Amerikanische Ingenieure haben einem vierbeinigen Roboter beigebracht, autonom über Hindernisse zu springen. Sein Routenplaner besteht aus zwei Elementen, von denen eines eine Laufroute durch einen Bereich ohne Hindernisse legt und das zweite für die Berechnung der Flugbahn eines Sprungs über nicht sehr hohe Hindernisse zuständig ist. Der Artikel wird auf der Konferenz CASE 2021 vorgestellt, ist aber bereits auf arXiv.org verfügbar.
Die Entwickler von vierbeinigen Robotern positionieren sie als Werkzeug zur Inspektion von schwer zugänglichen und für den Menschen gefährlichen Bereichen, da sie unebenes Gelände und Hindernisse unterwegs, beim Übersteigen oder Klettern besser meistern als fahrbare Roboter. Auch vierbeinige Roboter, zumindest einige von ihnen, können springen. 2019 zeigten beispielsweise die Entwickler von Mini Cheetah am MIT, wie er Backflip lernte, und später demonstrierte Unitree Robotics dasselbe. Doch Springen ist bisher nur eine spektakuläre Leistungsdemonstration, die bei vierbeinigen Robotern nicht als eine der Bewegungsarten verwendet wird.
Ingenieure der University of California in Berkeley unter der Leitung von Koushil Sreenath zeigten den Mini Cheetah als Beispiel dafür, wie das Springen in den autonomen Routing-Algorithmus eines vierbeinigen Roboters integriert werden kann. Der Roboter selbst ist ein Modellgerät zur Erarbeitung von Algorithmen und verwendet einen Konstruktionsstandard für solche Roboter mit zweiteiligen Beinen, die von Elektromotoren angetrieben werden.
Die Berkeley-Ingenieure ließen auch eine Tiefenkamera in ihren Roboter einbauen. Mit seiner Hilfe erstellt der Roboter 3D- und 2D-Karten des Raums davor. Durch die Bestimmung der Tiefe in den Bildern markiert es den Raum in Voxel (ein dreidimensionales Analogon von Pixeln) und erstellt daraus auch eine zweidimensionale Karte, in der die Höhe von Objekten angezeigt wird. Nachdem der Roboter von der Person den Punkt erhalten hat, zu dem er kommen muss, berechnet der Roboter die Route anhand der Höhe der Objekte - ist das Hindernis auf dem Weg zu hoch, baut er eine Route umfahrend, und wenn sie übersprungen werden kann, sie ist als befahrbar markiert und die Route wird durch sie hindurch gebaut. Der Algorithmus schätzt auch die Höhe von Hindernissen von oben ab: Befindet sich beispielsweise ein fensterförmiges Loch im Weg, berechnet der Algorithmus, ob der Roboter beim Sprung mit der Spitze kollidiert.
Raum mit einem Roboter scannen
Nachdem sich der Roboter dem Hindernis genähert hat, startet er eine Sprungsequenz: Abstoßen mit den Vorderbeinen, Anheben des Vorderkörpers, dann Abstoßen mit den Hinterbeinen und tritt in die Flugphase ein, in der er eine Kollision seiner Beine vermeidet mit einem Hindernis und landet schließlich auf allen vier Beinen …
Experimente haben gezeigt, dass der Roboter zusammen mit einem 2,25 Kilogramm schweren Sensorsatz bis zu 13 Zentimeter hohe Hindernisse überspringt und ohne Sensoren auch 24 Zentimeter große Hindernisse überwinden kann.
Nach und nach stellen Ingenieure vierbeinigen Robotern alle neuen Bewegungen zur Verfügung. Im vergangenen Jahr haben beispielsweise italienische und belgische Entwickler dem Roboter beigebracht, auf zwei von vier Beinen zu balancieren.
