Робот‑беговел выполнил сальто и прыжком встал на колёса

Инженеры научили двухколёсного робота на базе детского беговела выполнять сальто и самостоятельно вставать прыжком на колёса из положения «на спине». Модель весом 23,5 килограмма имеет пять степеней свободы, может ездить вперёд и назад, балансировать на месте, прыгать на заднем колесе и делать сальто. Робот разгоняется до 8 м/с и способен запрыгнуть на платформу высотой 1 метр — это примерно 130% от его собственной высоты. Препринт с описанием устройства и системы управления доступен на arXiv.org: https://arxiv.org/html/2602.22118v3.

Ходячие роботы хороши на неровной поверхности, но их конечности требуют сложной механики: у собак‑роботов и двуногих машин обычно по нескольку степеней свободы на ногу, что даёт десятки приводов. Это добавляет массу, стоимость и повышает риск поломки. Колёсные машины экономичнее и быстрее, но зависят от ровности дороги. Часто решением становятся гибриды с колёсами на концах ног, однако их компоновка с боковыми колёсами затрудняет проезд через узкие проходы.

Велосипедная схема — колёса одно за другим — лишена этих ограничений, но для баланса на низкой скорости традиционно требуются маховики или гироскопы, что снова увеличивает массу и мешает прыжкам. Команда RAI под руководством Бенджамина Боксера (Benjamin Bokser) и Сурья Сингха (Surya Singh) сумела обойтись без таких вспомогательных устройств: их двухколёсный робот UMV (Ultra Mobility Vehicle) не только стабильно держит равновесие — в том числе стоя на одном месте — но и выполняет прыжки, ездит на заднем колесе и двигается задом наперёд. Впервые UMV показали в феврале 2025 года; с тех пор он освоил новые трюки и теперь, как видно в демонстрациях, делает сальто и встает прыжком на колёса после опрокидывания.

Конструкция построена на детском беговеле и дополнена двумя модулями — «головой» и «шеей». В «голове» сосредоточены три актуатора, батарея, бортовой компьютер и электроника, всё это защищено каркасом из углепластиковых труб и пластин. «Шея» соединяет модуль с рамой через механизм с двумя тягами и позволяет верхней части смещаться продольно и отклоняться в стороны. Смещая сосредоточенную вверху массу, система генерирует импульсы, необходимые для прыжков.

Морфологию и механику оптимизировали в симуляторе, а все навыки робот получил методом обучения с подкреплением в Isaac Lab. Управление формализовали как марковский процесс принятия решений с ограничениями: при нарушении физических лимитов — слишком высокая скорость приземления, выход за пределы суставов или перегрузка моторов — тренировочный эпизод прерывался. Нейросетевая политика — многослойный перцептрон со скрытыми слоями 512, 256 и 128 нейронов — работает на частоте 50 Гц и выдаёт целевые позиции для приводов. Робота учили четырём типам движений: обычная езда, езда на заднем колесе с прыжками, переднее сальто и прыжок на платформу; каждая политика была перенесена на реальную машину без дополнительной настройки.

В испытаниях UMV стабильно ездил вперёд и назад, удерживал равновесие на месте и разворачивался вокруг заднего колеса за счёт быстрого бокового переступания передним колесом — приём, который политика управления выработала самостоятельно. Во время сальто робот группировался в воздухе и стабильно приземлялся. Он также научился возвращать вертикальное положение при опрокидывании, подпрыгивая с пола. По максимальной скорости 8 м/с UMV превосходит многих ходячих четырёхногих роботов и сопоставим с гибридными «робособаками» с колёсами на ногах, при этом требуя меньше актуаторов.

В планах разработчиков — отказаться от внешней системы захвата движений и перейти на ориентирование по бортовым сенсорам, чтобы UMV смог передвигаться вне лаборатории. Накануне RAI показал ещё один экспериментальный колесно‑ходячий робот — двуногую машину, которая умеет ездить как с параллельным расположением колёс, так и в велосипедном формате, балансировать на одном колесе и менять ориентацию коленей для разворота направления движения.

N+1

Робот‑беговел выполнил сальто и прыжком встал на колёса • Опубликовано на FiNE NEWS

Источник