Гуманоид с четырьмя реактивными двигателями демонстрирует стабильный полет в симуляциях с использованием нового прогностического управления.
Новая система управления позволяет реактивному гуманоидному роботу iRonCub летать стабильно и отслеживать траекторию полета в режиме симуляции даже в условиях сильных возмущений.
Итальянский институт технологий
Создатели легендарного iRonCub3 представили новый метод управления, который помогает реактивному гуманоидному роботу сохранять устойчивость и следовать траектории полета в процессе симуляции, что является шагом вперед в попытках объединить шагающих роботов с воздушной мобильностью.
Исследование под названием «Унифицированная многоскоростная модель прогностического управления для реактивного гуманоидного робота» представляет собой структуру модельного прогностического управления (MPC), которая явно моделирует как динамику полета робота, так и более медленное, нелинейное поведение его реактивных двигателей.
Авторы проверили подход на платформе iRonCub с использованием моделирования Mujoco и сообщили о сильном подавлении возмущений и стабильном отслеживании траектории.
Выравнивание быстрых соединений с медленными струями
Центральным нововведением статьи является многоскоростная конструкция MPC, которая согласует различные скорости отклика приводов сочленений и реактивных двигателей гуманоида. Контроллер использует линеаризованную модель центроидного импульса для описания динамики полёта робота и дополняет её нелинейной моделью второго порядка для реактивной двигательной системы.
Эта комбинированная предиктивная модель позволяет контроллеру вычислять совместные команды с высокой частотой обновления, одновременно выдавая команды на управление дросселями с более низкой частотой, согласуя каждый привод с его физическими возможностями. По мнению исследователей, эта унифицированная многоскоростная архитектура повышает отзывчивость и стабильность, предотвращая сдерживание более быстрых подсистем более медленными и встраивая динамику струй непосредственно в горизонт прогнозирования.
Имитационные испытания демонстрируют восстановление после возмущений и отслеживание траектории
Проверка проводилась в MuJoCo, при этом динамика струи была представлена нейронной сетью, обученной фиксировать сложное поведение двигателя.
Команда проработала несколько сценариев, включая толчок назад для продольных колебаний и боковую силу, вызывающую крен, и обнаружила, что контроллер может стабилизировать робота в обоих случаях. Отслеживание траектории оценивалось с использованием двух типов опорных траекторий.
Плавная траектория с минимальными рывками и более агрессивный маршрут с высоким ускорением. Для обеспечения плавного движения контроллер точно отслеживал центр масс робота в горизонтальной плоскости и поддерживал ориентацию, допуская лишь небольшое устойчивое смещение в вертикальном положении.
При динамической траектории ошибки отслеживания, как и ожидалось, увеличились, но робот сохранил устойчивость и следовал общей форме траектории.
Код моделирования для iRonCub доступен на GitHub, что позволяет другим исследователям воспроизводить и развивать результаты. Авторы представляют многоскоростной MPC как практичный способ управления приводом со смешанной скоростью в системах, где требуется координация направленной тяги и быстрого движения сочленений.
От лабораторной новинки к практическому видению
Эта работа стала результатом ощутимого прогресса в проекте iRonCub в Итальянском технологическом институте в Генуе. После почти десятилетия разработки платформа iRonCub3 этим летом поднялась в воздух: четыре реактивных двигателя подняли гуманоида примерно на 50 сантиметров за несколько секунд.
Директор лаборатории Даниэле Пуччи характеризует эту инициативу как нечто большее, чем просто академический трюк: «Мы верим в то, что в будущем сможем внести свой вклад в нечто уникальное», — говорит он, указывая на потенциальные задачи по реагированию на стихийные бедствия, в рамках которых робот сможет перелетать через препятствия, а затем ходить и манипулировать объектами на земле.
Комментаторы также видят более широкую ценность исследований, выходящих за рамки летающих гуманоидов. Как отмечает Эван Акерман из IEEE Spectrum, алгоритмы оценки тяги и аэродинамической компенсации могут быть непосредственно применены в других аппаратах с направленной тягой, включая проекты eVTOL, а флагманские проекты, такие как iRonCub, помогают привлекать и удерживать талантливых специалистов.
«Это действительно круто», — говорит Пуччи. Это напоминание о том, что подобные исследовательские робототехнические проекты могут стимулировать как технический прогресс, так и энтузиазм в этой области.
Sourse: interestingengineering.com
