のなだらかな丘火星または、月は最寄りのレッカー車から長い道のりです。そのため、次世代の探査ローバーは、ゆるい素材で覆われた丘の登山と柔らかい粒状の表面への閉じ込めを避けるのに得意とする必要があります。
「ミニローバー」として知られる新しいロボットは、持ち上げられ、ホイールを「小刻み」にすることができる車輪付きの付属物で構築されました。これは、そのような粒状の素材で覆われた丘を登るのに十分な堅牢な複雑な移動技術を開発およびテストしました。
複雑な動きを使用して、研究者が「リアローテーターペダル」と呼ばれ、ロボットはそのユニークなデザインを使用してパドリング、ウォーキング、ホイールスピニングの動きを組み合わせて斜面に登ることができます。ローバーの行動は、テラダイナミクスとして知られる物理学の枝を使用してモデル化されました。
「ゆるい材料が流れると、それがそれを横切って移動するロボットの問題を引き起こす可能性があります」と、ジョージア工科大学の物理学部のダン家族教授であるダン・ゴールドマンは言いました。 「このローバーには十分な自由度があり、ジャムからかなり効果的に抜け出すことができます。前輪から素材を雪崩を雪を吹き飛ばすことにより、実際の斜面ほど急ではないバックホイールに局所的な液体の丘を作ります。
ローバーは常に自己生成し、それ自体にとって良い丘を自己組織化しています。」
この研究は、ジャーナルの表紙の記事として2020年5月13日に報告されます科学ロボット。作業はによってサポートされていましたNASANational Robotics Initiative and The Army Research Office。
NASAのジョンソン宇宙センターによって構築されたロボットは、ホイールをスピンし、それらの車輪で表面を掃除し、必要に応じて車輪付きの各付属器を持ち上げる能力を開拓し、幅広い潜在的な動きを生み出しました。ジョージア工科大学の研究者は、社内の3Dプリンターを使用して、ジョンソン宇宙センターと協力して、12種類のモーターが駆動する四輪めろいを備えたスケーリングされた車両でそれらの機能を再現しました。
「ローバーは、モジュール式のメカトロニクスアーキテクチャ、市販のコンポーネント、および最小限の部品で開発されました」と、ジョージア工科大学のジョージW.ウッドラフ機械工学学校の学部学生であるシッダールスシュリバスタバは述べています。 「これにより、チームはロボットを堅牢な実験ツールとして使用し、ローバーの損傷、サービスのダウンタイム、パフォーマンスの制限に到達することを心配することなく、創造的で興味深い実験を探ることに努力することができました。」
ローバーの幅広い動きにより、研究チームは、粒状抗力測定と修正抵抗力理論を使用して研究された多くのバリエーションをテストする機会を与えました。 ShrivastavaとSchool of Physics Ph.D.候補者のアンドラス・カルサイは、NASA RP15ロボットによって探索された歩行から始まり、フルサイズのローバーでテストできなかった移動スキームを実験することができました。
また、研究者は、粒子基板を制御する役割を評価するために傾く可能性のある散布（任意の地形の体系的な創造と探索的ロボットのテスト）として知られる流動化床システムを使用して、惑星と月の丘をシミュレートするように設計された斜面での実験的歩行をテストしました。 KarsaiとShrivastavaは、Goldman's Labのポスドク研究員であるYasemin Ozkan-Aydinと協力して、散布試験施設でローバーの動きを研究しました。
「RP15ローバーに似た機能を備えた小さなロボットを作成することで、制御された実験室環境でさまざまな歩行で機関車の原理をテストすることができました」とKarsai氏は言いました。 「私たちのテストでは、私たちは主に歩行、運動媒体、ロボットが登らなければならなかった勾配を変化させました。多くの歩行戦略と地形条件をすばやく繰り返して、出現した現象を調べました。」
論文では、著者は、前輪が粒状材料（ラボテスト用のケシの種子）を攪拌し、後輪に向かって押し戻して、ローバーが急な斜面に登ることができる歩行について説明しています。後輪は側面から側面から揺れ、持ち上げて回転して、水中のパドリングに似た動きを作成します。後輪に押し込まれた材料は、リアホイールが登らなければならなかった斜面を効果的に変化させ、ローバーが単純な車輪付きロボットを止めた可能性のある丘を着実に進歩させることができました。
この実験は、脚やフリッパーで動くことを伴うゴールドマンのグループで初期のロボフィジック作業のバリエーションを提供しました。
「動物をモデルにした純粋な脚のロボットの以前の研究では、秘密が混乱しないことであると考えていました」とゴールドマンは言いました。 「ほとんどのロボットを混乱させすぎると、粒状の素材をパドリングして掘り下げるだけです。迅速な移動が必要な場合は、動きのパラメーターを微調整することで材料をできるだけ固体に保つようにする必要があることがわかりました。」
しかし、単純な動きは、火星のローバーにとって問題があることが証明されていました。ゴールドマンは、シュリバスタヴァ、カルサイ、オズカン・エイディンによって発見された歩行は、将来のローバーがその運命を避けるのを助けることができるかもしれないと言います。
「リフティングとホイーリングとパドリングのこの組み合わせは、適切に使用すると、たとえ遅い場合でも前方の進歩を維持する能力を提供します」とゴールドマンは言いました。 「私たちの実験室実験を通じて、私たちは惑星探査の堅牢性の改善につながる可能性のある原則を示しました。
研究者たちは、次に珍しい歩行をより大きなロボットに拡大し、ロボットとそのローカライズされた環境を一緒に研究するというアイデアを探求することを望んでいます。 「私たちは、機関車とその環境を単一のエンティティとして考えたいと思います」とゴールドマンは言いました。 「確かに、探求すべき興味深い粒状と柔らかい物理学の問題がいくつかあります。」
ミニローバーは月と惑星の探査を研究するように設計されていましたが、学んだ教訓は、プロジェクトのスポンサーの1つである陸軍研究所に関心のある領域である地上の移動にも適用できます。
「基礎研究は、複雑な地形における運動と粒状侵入のためのカウンターに反する原則と斬新なアプローチを明らかにしています」と、米国陸軍戦闘能力開発コマンドの陸軍研究所の要素である陸軍研究室のプログラムマネージャーであるサミュエル・スタントン博士は述べています。 「これは、高動作テンポを維持するために、車輪付きの動きモードと脚のある動きモードをインテリジェントに移行できる、地形認識の新しいプラットフォームにつながる可能性があります。」
すでに述べたものを超えて、研究者はNASAのロバート・アンブローズとウィリアム・ブルースマンと協力し、NASA JSCに旅行してフルサイズのNASAローバーを研究しました。
参照：「粒状地形での材料のリモデリングは、ロボ物理的ローバーの堅牢性の利点をもたらします」シッダールス・シュリバスタヴァ、アンドラス・カルサイ、ヤセミン・オズカン・アイディン、ロス・ペッティンガー、ウィリアム・ブルースマン、ロバートO.アンブーズ、ダニエルI.ゴールドマン2020、2020年5月13日科学ロボット。
doi：10.1126/scirobotics.aba3499
この作業は、陸軍研究室（W911NF-18-1-0120）とNASA National Robotics Initiative（NNX15AR21G）によってサポートされていました。この資料で表明された意見、調査結果、結論または推奨事項は著者のものであり、スポンサー機関の見解を必ずしも反映しているわけではありません。
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