Diseño Inteligente del Robot Spot de Boston Dynamics
Introducción:
Después de una caída desde casi 20 pies de altura, el robot Spot de Boston Dynamics, también conocido como {boston dynamics spot}, se ve como una criatura muerta. Sin embargo, con la ayuda de su motor inteligente y su mecanismo inteligente, se recuperará como un animal inteligente. El diseño del ángulo de la pierna del robot Spot es bastante interesante, ya que tiene una curvatura hacia atrás. Pero ahora hay otro robot para competir con el Spot original, el {boston dynamics’ spot}.
Ventaja del diseño de piernas curvadas hacia atrás:
La velocidad máxima que pueden alcanzar ambos robots es casi la misma, pero ¿qué pasa con el desafío para subir escaleras? El robot con la pierna curvada hacia adelante choca con las escaleras, pero la pierna curvada hacia atrás le brinda una clara ventaja al permitirle subir las escaleras. Una razón divertida por la que los ingenieros de Spot eligieron un diseño de pierna curvada hacia atrás es porque este tipo de robot puede darte un apretón de manos sin problemas.
Diseño del Robot Spot:
Vamos a explorar el diseño del robot Spot, comenzando por el diseño más simple posible. En este diseño simple de Spot, cada pierna obviamente necesita dos motores para su funcionamiento. En las imágenes se muestran claramente los detalles de la conexión del motor en la articulación de la cadera. Se utiliza un conjunto de engranajes planetarios entre el motor y el brazo superior para la multiplicación del torque. Podemos ver cómo opera el brazo superior cuando se activa el motor. El {dynamics robotic} Spot es un ejemplo de ingeniería avanzada.
Conexión del Motor de la Rodilla:
El motor de la rodilla se conecta a la parte inferior del brazo superior. La extremidad inferior ahora está conectada al rotor del motor de la rodilla. Es un arreglo interesante. La extremidad superior es compatible con un motor y esta extremidad está soportando otro motor. Con estos ocho motores se pueden lograr cualquier ángulo para las ocho extremidades.
Controlando el Robot Spot:
Ahora podemos conectar un controlador al robot y variar estos ángulos al azar. Claramente, el robot no podrá hacer movimientos significativos si simplemente le damos ángulos al azar. Podemos imitar la naturaleza y resolver este problema grabando los ángulos de las extremidades de un perro en diferentes momentos mientras camina. Luego, alimentamos al robot con estos ángulos y ¡voy! El robot se mueve hacia adelante suavemente.
Optimizando el Consumo de Energía:
Sin embargo, con este diseño, la carga de la batería de Spot se agota rápidamente. Analicemos por qué sucede esto. Cuando el motor de la cadera gira, tiene que levantar el peso del brazo superior, la extremidad inferior y el motor de la rodilla. Además, durante la operación de levantar la pierna, se muestran aquí los diversos torques que actúan sobre el motor. Se puede reducir la energía necesaria para levantar simplemente moviendo el motor de la rodilla más cerca del motor de la cadera.
Mecanismo para Controlar la Extremidad Inferior:
Pero, ¿cómo controlamos la extremidad inferior que está lejos del motor de la rodilla? La respuesta es obviamente un mecanismo entre el motor de la rodilla y la extremidad inferior. Antes de entender este mecanismo, hagamos un pequeño cambio en el diseño para reducir ligeramente el requisito de torque: reemplacemos todas estas patas voluminosas por patas delgadas de fibra de carbono.
El Mecanismo de la Articulación de la Rodilla:
El mecanismo que los ingenieros de Boston Dynamics idearon para operar la articulación de la rodilla es muy interesante. Primero, extendieron la extremidad inferior detrás de la articulación de la rodilla. Ahora, si el motor puede dar un movimiento lineal a la punta de la extremidad inferior, obviamente girará. La mejor manera de reducir el movimiento lineal desde un motor es un mecanismo de tornillo de bola. En este mecanismo, el tornillo de bola y la tuerca giran juntos como una sola pieza. No hay movimiento lineal aquí. Sin embargo, cuando se detiene la tuerca, obtienes un movimiento de salida lineal de la tuerca. En el arreglo de tornillo de bola del robot, tampoco habrá movimiento lineal si la tuerca de bolas no está detenida. Por eso se usa un portador. El portador detiene la rotación de la tuerca de bolas y la tuerca de bolas se mueve linealmente. Perfecto, ahora la extremidad inferior se controla con bastante precisión utilizando un motor lejano. Solo queda agregar algunos codificadores absolutos y sensores de par, y el robot Spot está listo para enfrentar desafíos con confianza.
Recuperación del Robot:
Al comienzo de este video, vimos cómo el robot Spot tuvo un accidente. La solución para recuperarse de esta posición es un cambio de diseño interesante: agregar un motor más y conectar su rotor con el cuerpo del motor de la cadera. Parece un arreglo loco, ¿verdad? Esto es lo que le sucede al motor de la cadera cuando el motor de inclinación funciona. Cuando se operan todos los nuevos motores juntos, las patas se ensanchan y el robot se ve mucho más elegante. Ahora veamos cómo se recupera de esta posición. La importancia del tercer motor que introdujimos, el motor de inclinación, es muy clara en estas imágenes. Cuando operas los cuatro nuevos motores juntos, las patas se ensanchan y el robot se ve mucho más gracioso. El robot inteligente se ha volcado, pero ahora veamos cómo se recupera de esta posición.
Diseño de Robot Versátil:
El patrón de caminar que hemos visto hasta ahora se llama patrón de trote. Nuestros queridos amigos peludos, perros y gatos, caminan de esta manera. Nuestro robot Spot también puede realizar otro patrón de caminar interesante: el arrastre. Obviamente, el robot seleccionará este tipo de patrón cuando la estabilidad sea de suma importancia. Además, el Spot se puede equipar con un brazo en sus rieles de montaje. Este brazo incluye seis motores para seis grados de libertad y una pinza para sujetar objetos. Para detectar objetos, se coloca una cámara dentro de la pinza. Con este brazo, puede manipular fácilmente palancas en industrias u abrir puertas en un entorno lleno de personas.
Caminar hacia abajo:
El robot Spot que hemos desarrollado es realmente inteligente. Sin embargo, es interesante notar que un robot tan inteligente fallará con una simple bajada de escaleras, debido a la misma razón que exploramos en la introducción. Hemos explorado que las piernas curvadas hacia atrás del Spot le ayudan a subir sin colisionar. Esto significa que, mientras baja, el robot de pierna curvada hacia atrás chocará con las escaleras. Aquí hay un truco para resolver este problema: simplemente programa al robot para caminar hacia atrás durante la operación de descenso por las escaleras. Por eso, el robot Spot tiene un conjunto de cámaras en su espalda.
Conclusión:
El genial diseño del robot Spot de Boston Dynamics es resultado de un análisis cuidadoso y del ingenio de sus ingenieros. Su diseño de piernas curvadas hacia atrás y su mecanismo inteligente permiten que el robot se recupere ante caídas y desafíos. Además, el Spot es versátil y puede realizar múltiples patrones de caminar. Con su brazo y cámara integrada, puede interactuar con su entorno de manera efectiva. Este robot es un ejemplo de diseño inteligente y promete un futuro emocionante para la robótica.
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