Un robot transformable avec une jambe-roue omnidirectionnelle

Des chercheurs du Worcester Polytechnic Institute ont récemment créé OmniWheg, un système robotique qui peut adapter sa configuration tout en naviguant dans son environnement environnant, passant de manière transparente d’un robot à roues à un robot à jambes. Ce robot, présenté dans un article IEEE IROS 2022, pré-publié sur arXivest basé sur une version mise à jour des “whegs”, une série de mécanismes conçus pour transformer les roues ou les ailes d’un robot en jambes.

“Les robots quadrupèdes et bipèdes gagnent en popularité, et la raison en est peut-être la recherche d'”anthropomorphisation” dans laquelle le grand public s’engage couramment”, a déclaré le professeur Andre Rosendo, l’un des chercheurs qui a développé le robot, à TechXplore. “Alors que” être capable d’aller partout où nous allons” semble être un attrait excitant, le coût énergétique des jambes est très élevé. Nous, les humains, avons des jambes parce que c’est ce que l’évolution nous a donné, mais nous n’oserions pas créer une “voiture à pattes”. “, car nous savons que ce trajet ne serait pas aussi confortable ou économe en énergie qu’un trajet en voiture à roues.”

L’idée clé derrière les travaux récents de Rosendo et de ses collègues est que si les jambes rendent les robots plus faciles à comprendre, leur donnant une qualité humaine ou animale, elles ne sont pas toujours la solution optimale pour garantir que les robots accomplissent les tâches rapidement et efficacement. Au lieu de développer un robot avec un seul mécanisme de locomotion, l’équipe a donc entrepris de créer un système capable de basculer entre différents mécanismes.

“En regardant autour de nos maisons et de nos lieux de travail, nous pouvons voir que nos environnements sont plats à 95 %, avec éventuellement 5 % de terrains accidentés auxquels nous devons faire face lors de la” transition “entre les espaces”, a déclaré Rosendo. « Avec cela à l’esprit, pourquoi ne pas développer un système qui fonctionne avec une efficacité “semblable à une roue” dans ces 95 % des cas et qui passe spécifiquement à une efficacité inférieure dans les 5 % restants ? »

Rosendo et ses collègues ont entrepris de créer une roue qui pourrait changer sa configuration pour monter des escaliers ou contourner d’autres petits obstacles. Pour ce faire, ils ont exploré le concept de “whegs” (c’est-à-dire, les jambes de roue ou les jambes d’aile), qui existe depuis plus d’une décennie et a depuis reçu une attention considérable dans le domaine de la robotique.

Plusieurs systèmes roue-jambe ont été développés et testés au cours des dernières années. Cependant, la plupart de ces systèmes n’ont pas particulièrement bien fonctionné, principalement en raison de difficultés à coordonner les côtés droit et gauche du système roue-jambe, qui doivent être parfaitement alignés lorsqu’un robot monte des escaliers.

“Pour résoudre les problèmes de coordination couramment associés aux mécanismes roue-jambe, nous avons utilisé une roue omnidirectionnelle”, a expliqué Ruixiang Cao, l’étudiant principal à l’origine de la création. “C’est la dernière pièce du puzzle, car elle permet au robot de s’aligner à la volée sans faire tourner son corps. Notre robot peut avancer, reculer et latéralement à un coût énergétique très faible, peut rester dans une position stable sans coût énergétique, et peut rapidement monter les escaliers en cas de besoin.”

Pour fonctionner correctement, le système wheg créé par Rosendo et ses collègues nécessite l’ajout d’un servomoteur par roue et d’un algorithme simple. En dehors de cela, sa conception est basique et simple, de sorte qu’elle pourrait être facilement reproduite par d’autres équipes dans le monde.

“Les avantages de ce système sont si abondants et les inconvénients sont si peu nombreux que nous ne pouvons pas nous empêcher de penser qu’ils constituent une menace pour le” battage médiatique des robots à pattes “vu dans le domaine de la robotique”, a déclaré Cao. “Toute application robotique ayant éventuellement besoin de monter des escaliers pourrait adopter cette conception, en particulier si elle est associée à un robot manipulateur pour manipuler des objets lorsqu’elle court sur un sol plat tout en déplaçant son centre de gravité lors de la montée d’escaliers.”

Les chercheurs ont évalué leur système OmniWheg dans une série d’expériences axées sur une multitude de scénarios intérieurs réels, tels que le contournement d’obstacles, la montée de marches de différentes hauteurs et la rotation/le déplacement omnidirectionnel. Leurs résultats étaient très prometteurs, car leur robot à jambe de roue pouvait surmonter avec succès tous les obstacles courants sur lesquels il avait été testé, adaptant de manière flexible et efficace sa configuration pour relever efficacement les défis de locomotion individuels.

À l’avenir, le système créé par Rosendo et ses collègues pourrait être intégré dans les robots existants et nouveaux, afin d’améliorer leur efficacité dans la navigation dans les environnements intérieurs. De plus, le travail de l’équipe pourrait inspirer le développement de systèmes wheg similaires basés sur des roues omnidirectionnelles.

“Notre première itération de conception a adopté un moteur sans balais assez” cher “et nous pensons maintenant qu’un moteur plus léger, associé à une réduction de vitesse, aurait été plus efficace”, a ajouté Rosendo. “Nous prévoyons également d’ajouter un manipulateur à la base du robot afin de pouvoir tester la dynamique de la montée et de la descente des escaliers avec un centre de gravité plus élevé.”

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