Basitçe inşa edilmiş bisiklet robotu atlamaları ve hareketleri gösterir

Robotik ve Yapay Zeka Enstitüsü'ndeki (RAI) bir araştırma ekibi, yüksek hızlarda bile engellerin üzerinden atlayabilen, Ultra Mobilite Aracı (UMV) adı verilen iki tekerlekli, bisiklet benzeri bir robotik platform geliştirdi. Ayrıca dengesini kaybetmeden arka tekerleğe binmek gibi hileleri de yapabilmelidir. Çevik robot geçilmez arazilerde bile hareket edebiliyor.

Arxiv'in ön baskısında yer alan “Ultra Mobilite Aracının Sistem Tasarımı: Sürüş, Dengeleme ve Zıplayan Bisiklet Robotu” çalışmasının ortak yazarları Ben Boser ve Surya Sing, farklı arazi türlerinde hızlı hareket etmek zorunda olan robotların zorluğu onları dengede tutmaktır, mobil robotların geliştirilmesindeki zorlukları özetliyor. Bilim insanları neredeyse her türlü araziyi idare edebilecek bacaklara sahip bir robot tasarlayabilirler. Ancak bu tür robotlar karmaşıktır, yüksek enerji tüketimine sahiptir ve daha yüksek geliştirme maliyetleri anlamına gelir. Öte yandan tekerlekli robotlar daha verimli hareket eder ve yapımı daha kolay ve daha ucuzdur. Araştırmacılar, UMV'lerini geliştirirken iki tekerlek üzerinde engelleri aşabilen, zorlu arazilerde yüksek hızlarda sürüş yapabilen ve aynı zamanda tek bisiklet üzerinde denge kurabilen deneme ve dağ bisikletçilerine odaklandı.

Bilim insanları bir bisikletçinin hareketlerini mümkün olduğunca basit bir şekilde nasıl taklit edebileceklerini düşündüler. Bir bisikletçinin vücut ağırlığı dağılımını simüle etmek için iki tekerlekli bir araçtaki bir kütleyi dinamik olarak kaydırmaya karar verdiler. Eklem mekanizmasını basit ve kompakt tutmak için hareketli yapının mümkün olduğunca az serbestlik derecesine sahip olması gerekir. Aynı zamanda robotun zorlu arazilerde yüksek hızlara ulaşabilmesi ve kendisinden büyük engelleri aşabilmesi gerekiyor.

RAI Enstitüsündeki bilim insanları tarafından geliştirilen robotik platform, arka arkaya iki tekerlekle donatılmış bisiklet benzeri bir çerçeveden oluşuyor. Bir elektrik motoru arka tekerleği tahrik eder, ön tekerlek ise yönlendirme için kullanılır. Araya araştırmacılar beş serbestlik derecesine sahip kütle temelli bir eklem mekanizması yerleştirdiler. Bu esas olarak, bağlantı çubukları ile bir boyun aracılığıyla bisiklet çerçevesine hareketli bir şekilde bağlanan ağır bir kafa ünitesidir. Bilgi işlem ve kontrol ünitesinin yanı sıra piller ve aktüatörler kafanın içinde yer alır ve böylece merkezi robot kütlesini oluşturur. Bununla birlikte, RAI Enstitüsü'ndeki bilim adamlarına göre tasarım nispeten hafif, yapımı kolay ve basit yapısı nedeniyle çok az hata kaynağına sahip.

Ağırlık değişimleri

Bu kütlenin konumu değiştirilerek robotun ağırlığı sürüş durumuna bağlı olarak iki tekerlek üzerinde dengelenebiliyor ve denge korunabiliyor. Ayrıca ağırlığın konumunda ani değişiklikler olması da mümkündür, böylece UMV atlayışları başlatabilir.

Bilim adamları ilk olarak UMV'yi takviyeli öğrenmeyi (RL) kullanarak bir simülasyonda eğittiler ve verileri herhangi bir başka ayarlama yapmadan gerçek robota aktardılar. Bu, bisiklet robotunun yalnızca eğitimli hareketleri gerçekleştirmekle kalmayıp, aynı zamanda öğrenme algoritmasının bağımsız olarak keşfettiği yeni hareket davranışlarını da geliştirebildiği anlamına geliyordu.

Robot, RL'yi kullanarak, örneğin engellerden en iyi şekilde kaçınmak veya geçilmez arazileri aşmak için sürekli olarak yeni hareket stratejileri geliştirebilir. UMV bunu şaşırtıcı bir çeviklikle başarıyor. Kendi yüksekliğinin yaklaşık yüzde 130'u kadar olan, bir metre yüksekliğindeki engelleri aşabiliyor. Bisiklet robotu ayrıca 8 m/s (28,8 km/saat) hızla oldukça hızlı hareket ediyor.

(olb)