O design do robô modular usa salto amarrado para exploração planetária

Os recentes avanços tecnológicos abriram novas possibilidades para o desenvolvimento de sistemas robóticos, incluindo a nave espacial para a exploração de outros planetas. Esses novos sistemas podem contribuir para nossa compreensão de nossa galáxia e as características únicas dos muitos objetos celestes que ele contém.

Pesquisadores da Romela, o Laboratório de Robótica e Mecanismos da Universidade da Califórnia em Los Angeles (UCLA), projetaram divisor (espaço e limite planetário, robô de exploração de tecnologia Tether Technology), um sistema multi-robô para exploração planetária compreendida por dois robôs quadrúpede abaixo de 10kg conectados conectados conectados conectados conectados conectados conectados conectados por uma corda.

Seu sistema proposto, definido para ser apresentado na Conferência Aeroespacial do IEEE (Aeroconf) 2025, poderia pular na superfície da lua ou asteróides, além de coletar dados de seus arredores. O trabalho também é publicado no arxiv servidor pré -impressão.

“A inspiração para este estudo surgiu dos desafios do controle de locomoção e atitude (controle de orientação 3D) em ambientes de baixa gravidade, como a lua ou asteróides”, disse Yusuke Tanaka, primeiro autor do artigo, ao Tech Xplore.

“Os rovers tradicionais são grandes, pesados ​​e lentos, limitando a área e a eficiência da exploração planetária.

“Soluções aéreas como drones podem observar áreas de superfície maiores que os rovers, mas são impraticáveis ​​devido à falta de atmosfera na lua ou asteróides. Nosso trabalho explora uma alternativa-liquidação dinâmica e sucessiva pistas de salto combinadas com morphing inercial para estabilidade em voo . ”

A equipe de pesquisa de Romela introduziu anteriormente um robô de escalada, que eles apelidaram de Scaler (robô de exploração de escalada com escalada aprimorada na coluna), que foi projetada para exploração planetária.

Quando testaram esse robô, no entanto, descobriram que ele se movia lentamente, tanto ao caminhar e escalar superfícies. Assim, eles se propuseram a explorar métodos para aumentar sua eficiência, sem alterar drasticamente sua estrutura geral.

“O objetivo principal deste artigo foi demonstrar o controle de atitude por meio da morphing inercial, ajustando a inércia com alterações nas configurações de membros e comprimento da corda, tornando o robô de divisor uma solução eficiente em massa e escalável para a exploração planetária”, disse Tanaka.

“A nossa é uma das primeiras (se não as primeiras) abordagens para alcançar o controle de atitude por meio de morphing inercial com um controlador preditivo de modelo (MPC)”.

Em seu novo estudo, Tanaka e seus colegas introduziram um mecanismo de morphing inercial baseado em um MPC. Esse mecanismo regula a orientação de seu robô enquanto está voando e melhora sua estabilidade.

“O mecanismo de morphing inercial aproveita o teorema da raquete de tênis (efeito dzhanibekov), que descreve como objetos com inércia assimétrica podem experimentar flips espontâneos ao girar em torno de seu eixo intermediário”, explicou Tanaka.

“Nosso controlador de atitude baseado em morfo inercial utiliza esse princípio para permitir a estabilização agressiva da estabilidade do voo no ar de maneira controlada”.

O artigo dos pesquisadores descreve o design do novo sistema robótico, apelidado de divisor, incluindo as especificações do atuador necessárias para sua operação. O robô consiste essencialmente por dois pequenos robôs de quatro pernas, chamados hemi-splitters, que são conectados por uma corda para formar uma estrutura semelhante a um haltere.

“Os membros do robô são poderosos o suficiente para pular sob gravidade reduzida, mas exigem controle estável no meio do vôo”, disse Tanaka. “Em vez de confiar em rodas de reação pesada ou impulso de gás para o controle de atitude, o divisor altera dinamicamente sua inércia ajustando o comprimento da corda e o posicionamento de seus membros”.

O novo sistema projetado por esta equipe de pesquisa pode ter várias vantagens sobre muitos robôs propostos anteriormente para a exploração planetária. Uma de suas principais vantagens é sua eficiência de massa, que elimina a necessidade de hardware de controle de atitude dedicado, como propulsores de gás, rodas de reação ou asas e agilidade aprimorada.

“O mecanismo de corda também é útil para a exploração planetária”, disse Tanaka. “Por exemplo, um hemi-splitter pode entrar em uma cratera ou caverna enquanto o outro lado está ancorado para apoiar. Nossa locomoção de salto bem-sucedida é eficaz, pois pode armazenar energia de salto na rotação, o que significa que ela pode continuar acelerando a cada salto”.

O design do robô dividido e o mecanismo que sustentam sua locomoção podem ser particularmente adequados para a exploração de ambientes de baixa gravidade. Nesses ambientes, os robôs convencionais de rodas são ineficientes, enquanto os robôs aéreos nem sempre são fáceis de implantar.

“Nossas descobertas demonstram que o divisor pode controlar a postura do robô no meio do ar através da técnica de morphing inercial com MPC em nossa simulação”, disse Tanaka. “Empregamos o MPC para mostrar que o sistema pode regular sua velocidade/orientação angular e manter a estabilidade sem exigir forças externas ou rodas de momento”.

Os pesquisadores prevêem a implantação de seus sistemas robóticos como um enxame de robôs, o que poderia atravessar e explorar eficientemente um ambiente vasto e não estruturado. O mecanismo morfico inercial baseado em MPC que eles desenvolveram também pode ser aplicado a outros robôs, bem como satélites e espaçonave, para melhorar sua estabilidade no espaço.

“Nossa pesquisa futura se concentrará em experimentos de divisor na simulação de alta fidelidade para validar ainda mais a morphing inercial MPC, na qual são possíveis simulação de física mais precisa e análise de movimento do robô”, acrescentou Tanaka. “Este artigo faz parte do divisor de projetos, nosso trabalho fundamental que pesquisa as tecnologias necessárias para desenvolver hardware de divisor”.

Atualmente, a equipe Romela da UCLA está trabalhando para melhorar ainda mais o hardware de seu robô. Por exemplo, eles estão se concentrando no desenvolvimento de novos atuadores e mecanismos de detecção para o divisor, o que pode ampliar suas capacidades.

“A experiência de nosso laboratório está em robôs pernas, principalmente para locomoção no solo na Terra. Pelo que aprendemos em nossas décadas de pesquisa desenvolvendo esses sistemas, agora estamos aplicando -os a aplicações espaciais, o que está novamente introduzindo um novo conjunto de desafios difíceis . ”

O Dr. Dennis Hong, o PI do projeto e diretor de Romela, disse à Tech Xplore: “Com novos desafios, criamos novas soluções e novos conhecimentos que tornam esse trabalho mais significativo e interessante”.

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