РОБОТОТЕХНИКА

БОЛЬШАЯ ЧЕТЫРЕХНОГАЯ ШАГАЮЩАЯ МАШИНА

Недавно разработанная шагающая машина имеет вид четырех­ногого существа и весит около 1350 кг. Она несет на себе человека - оператора и предназначена для увеличения его габаритов и силы, главным образом, для военных целей в трудных полевых условиях. Машина копирует движения четырех конечностей человека-опе­ратора. Разработка этой машины фактически финансировалась американской армией. В ней применяются методы силовой обрат­ной связи, разработанные для использования в манипуляторах.

Машина предназначена в основном для таких целей, как подъем по крутым склонам, преодоление речных берегов и т. д. Это делает исследование интересным, хотя из ряда работ, например Баллин­гера [1], следует, что возможности гусеничного автомобиля для этих целей, по-видимому, еще полностью не использованы.

«Четырехножка» имеет 3,3 м в высоту и может двигаться со ско­ростью около 8 км/ч по равнинной поверхности с грузом 225 кг. У каждой из четырех ног длиной 2 м две степени подвижности в бедре и одна в колене.

В машине используется гидравлический привод, основным источником энергии является бензиновый двигатель. Три движе­ния каждой ноги ограничены по амплитуде; движения в лодыжке или вокруг собственной оси отсутствуют. Нога человека, для сравнения, имеет восемь различных движений, к которым добав­ляются три возможных движения таза. Эта работа вряд ли когда- нибудь найдет непосредственное применение в роботоподобных устройствах, хотя из нее можно извлечь полезные уроки. Опера­тор, пристегнутый ремнями к сидению, управляет одновременно 12 движениями и реагирует на 12 входов силовой обратной связи.

Обратная связь от подошв ступней шагающей машины отсутст­вует. Увеличение хода рук и ног оператора равно 4. При первом же обучении оператора управлению машиной обнаружилось, что невозможно успешно ходить, если ее задние ноги не видны опера­тору. Поэтому прежде всего было необходимо поставить зеркала заднего вида, хотя после небольшой практики этот же оператор смог приспособиться к требованиям нового способа передвижения и даже управлял машиной с завязанными глазами.

Обучаясь управлять машиной, оператор неожиданно столкну­лся с различными трудностями. Например, человеку непривычно передвигаться при горизонтальном положении тела, а кроме того, бортовая, килевая качки и рысканье машины не совпадают по фазе, тогда как оператор ограничен тем, что его обычные во­семь степеней свободы движения ноги уменьшены всего лишь до трех. Зависимость момента от угла сгибания в коленном суставе нелинейная, и в то же время оператор должен приспособиться к различиям в динамической характеристике, трении, силе ног и т. д. Одна из трудностей состоит в том, что при ходьбе оператор всегда располагает одну ступню неподвижно отностельно земли, что невозможно, когда он управляет машиной. Из-за этих ограни­чений машина «хромает».

Разновидности действий, к которым оказалась способной та­кая «четырехножка» после 15 ч тренировки оператора, следующие: хождение, поворот, балансирование на трех ногах (или на двух, расположенных по диагонали). Машина преодолевает препятст­вия высотой 1,2 м, проходит по узким тропинкам и пробирается между препятствиями; приподнимает задок «джипа», используя одну ногу; подталкивает «джип» передними ногами; раскачиваясь и скользя, перемещается с 450 кг груза. Она поднимает одной ногой груз весом 225 кг и точно устанавливает его на тележку.

Основной бензиновый двигатель мощностью 67 кВт, гидравли­ческие насосы, теплообменники для масла и воды с вентиляторным охлаждением, аккумулятор, фильтры и т. д. должны быть выпол­нены в расчете на гидравлическое управление. Подача рабочей жидкости составляет примерно 225 л/мин при давлении около 1500 кПа, тогда как при давлении около 23 ООО кПа система позволяет получить максимальные усилия. Управление полно­стью гидравлическое, электроника не применяется.

Утверждается, что устройство, подобное этому, может^конку - рировать с вертолетом при использовании на неровной местно­сти и имеет то преимущество, что для подготовки оператора не требуется продолжительной и дорогостоящей тренировочной про­граммы. С точки зрения робототехники эта работа интересна главным образом тем, что демонстрирует возможности четырех­ногой шагающей машины. Кроме того, она выявляет трудности, которые могут возникнуть при функционировании такого транс - спортного средства совместно с робототехническим «мозгом», поскольку человек-оператор обнаруживает необходимость в ве­сьма обширной координации. Именно она отнимает значительное время при обучении, и поэтому следует ожидать, что для обуче­ния системы, управляющей четырехногим транспортным сред­ством, понадобится достаточно продолжительное время.

До того как была полностью сконструирована четырехногая шагающая машина, проводились некоторые предварительные испытания со «скелетной» машиной, не снабжавшейся никакой дополнительной энергией, кроме энергии самого оператора, и эти испытания также прошли успешно.