ロボットは監視、検査、メンテナンスの雑用のために壁を登ります

祖父の時計の振り子のように揺れるモーターと尾の2つの爪を振り回す、ROCR（「ロッカー」）という名前の小さなロボットが、カーペットを敷いた8フィートの壁を15秒強でスクランブルします。これは効率的に登るように設計された最初のロボットです。人間のロッククライマーや木々の間を揺れる猿のように動きます。

「このロボットは最終的には検査、保守、監視に使用できますが、おそらく最も短期的な可能性は教育ツールとして、または本当にかっこいいおもちゃです」とユタ大学の機械工学の助教授であるロボット開発者のウィリアム・プロヴァンチャーは言います。

ROCR振動登山ロボットの開発に関する彼の研究は、今月、Transactionsによってオンラインで公開される予定です。電気電子工学研究所とアメリカ機械工学協会のジャーナルであるMechatronicsについて。

Provancherと彼の同僚は、ほとんどの登山ロボットは「建物の外観、橋やダム、貯蔵タンク、核施設、建物内の偵察などの環境。」

しかし、これまで、ほとんどの登山ロボットは効率を考慮せずに設計されていました。基本的な目標：登っている壁から落ちないこと。

「以前の登山ロボットは、速度、壁への付着、移動方法と場所の決定などの問題に焦点を当てていましたが、ROCRが最初です。効率的な登山に集中するために」とProvancher氏は言います。

以前の登山ロボットの1つは、毎秒6.2インチで登ることができるROCRの約4倍の速さで登りましたが、ROCRは登山テストで20％の効率を達成しました。 「車のエンジンの効率が約25％であることを考えると、これは比較的印象的です」とProvancher氏は言います。

ロボットの効率は、登山の際に実行される作業と、ロボット、彼は言います。

Provancherの開発者自己完結型ロボットの開発、テスト、および研究は、ユタ大学の機械工学の博士課程の学生であるMark Fehlbergと、現在ニューハンプシャーのエンジニアとして働いている元ユタ州の修士課程の学生であるSamuelJensen-Segalによって共同執筆されました。会社。

国立科学財団とユタ大学が研究に資金を提供しました。

ROCRは、トップへの道を切り開くスウィンガーです
他の研究者は、クライミングロボットが壁にくっつくためのさまざまな方法を研究してきました。これには、乾式接着剤、マイクロスパイン、いわゆる「ダクチル」スパイン、ROCR、サクションカップ、磁石などの大きな爪、さらには乾式の混合物が含まれます。壁を登るゲッコを模倣するための接着剤と爪。

ロボットがさまざまな壁の表面を登るためにさまざまな方法が試され、証明されたので、「汎用性と使命を備えたロボットを使用する場合-人生、効率は焦点を当てるべきもののリストの一番上に上がります」とプロヴァンチャーは言います。

それにもかかわらず、クライミングロボットが一般的に使用される前に、「やるべきことはもっとたくさんあります」と彼は言います。追加します。

以前のクライミングロボットの中には、2〜8本の脚を備えた大型のものもありました。対照的に、ROCRは小型で軽量です。幅はわずか12.2インチ、長さは上から下まで18インチ、重さはわずか1.2ポンドです。

ロボットの尾を駆動するモーターと、湾曲した桁のようなものスタビライザーバーはロボットの上半身に取り付けます。上半身には、ロボットが登るときにカーペットを敷いた壁に沈む2つの小さな鋼製のフックのような爪もあります。スタビライザーがないと、ROCRの爪は、壁が登って落下するときに壁から離れる傾向がありました。

モーターがテールの上部にあるギアを駆動し、テールを前後に揺らします。ロボットを上向きに推進します。バッテリーは尾の端にあり、ロボットを上向きに振る​​のに必要な質量を提供します。

「ROCRは交互に片手で壁をつかみ、尾を振って中心を作ります。フリーハンドを上げる重力シフトの影響で、クライミング面をつかみます」と研究は述べています。 「手はグリップの役割を交換し、ROCRはその尾を反対方向に振ります。」

ROCRは自己完結型で自律的であり、マイクロコンピューター、センサー、パワーエレクトロニクスを使用して、希望の尾の動きを実行して登ります。 。

Provancherは、効率を達成するために、ROCRは動物や機械を模倣すると述べています。

「自然と人工の両方で効率的なシステムを模倣する設計で、この効率の目標を追求しています。 」と彼は言います。 「木々の間を揺れるギボンとおじいさんの時計の振り子を模倣しています。どちらも非常に効率的です。」

調査によると、「ROCRのコアイノベーション–エネルギー効率の高いクライミング戦略とシンプル機械的設計–人間の登山者の質量移動と動物の腕の動きを観察することから生じます。」

登山ロボットのシミュレーションとテスト
ロボット自体をテストする前に、Provancherらは、コンピューターソフトウェアを使用してROCRの上昇をシミュレートし、そのようなシミュレーションを使用して最も効率的な上昇戦略を評価し、ロボットの物理的特徴を微調整しました。

次に、実験を行い、ロボットの尾を振る速度と距離を変えて、短いナップカーペットで覆われた高さ8フィートの合板をロボットが最も効率的に登る方法を決定しました。

ロボットは、祖父の時計の振り子がその固有振動数で揺れるのと同じように、共振の近く、つまりロボットの固有振動数の近くで動作したときに、最も速く最も効率的に動作しました。尻尾の揺れが遅いため、登りましたが、それほど速くも効率的でもありませんでした。

研究者は、尻尾が120度（または60度真っ直ぐ下の両側）、尾が1秒間に1.125回前後に揺れたとき、および爪が4.9インチ離れていたとき。

尾が1秒間に2回振られると、速度が速すぎてROCRが壁から飛び出し、安全コードに引っ掛かったため、損傷しませんでした。

Provancherによると、この調査は最初の調査です。将来のモデルを比較できるクライミングロボットの効率のベンチマークを設定します。彼は、将来の作業には、ロボットの設計の改善、レンガや砂岩などのさまざまな種類の壁をつかむためのより複雑なメカニズムの統合、ロボットのより複雑な制御方法の調査が含まれると述べています。これらはすべて効率の向上を目的としています。

「より高い登山効率は、自己完結型の自律型ロボットのバッテリー寿命を延ばし、ロボットが実行できるさまざまなタスクを拡大します」と彼は言います。

ユタ大学、ウィリアム・プロヴァンチャー。

ユタ大学の機械エンジニアであるウィリアム・プロヴァンチャーらによって開発されたROCR振動登山ロボットは、2つのフックのような爪、モーターと祖父の時計の振り子のように揺れる尾を使用して、カーペット敷きの壁を効率的に登ることができます。重さはわずか1.2ポンド、幅は12.2インチ、長さは18インチで、監視、検査、保守、教育工学、さらにはおもちゃとしても使用できる可能性があります。