Принято считать, что механизм, способный выполнять сложные движения и маневры, должен быть сам по себе достаточно сложным. Это утверждение было опровергнуто несколько лет назад группой создателей робота Ballbot, робота, способного балансировать и передвигаться, стоя на одном большом шаре. И недавно группа создателей робота Ballbot вернулась со своим новым творением, роботом SIMbot, шар которого представляет собой ротор асинхронного электрического двигателя. За счет этого конструкция робота упростилась до самого минимума и в ней насчитывается всего одна движущаяся часть.
Оригинальный робот Ballbot был разработан группой профессора Ральфа Холлиса (Ralph Hollis) из университета Карнеги-Мелоун (Carnegie Mellon University). Этот высокий и тонкий робот, имеющий питание от аккумуляторных батарей, имеет большую маневренность и занимает очень мало места, что дает ему ряд очевидных преимуществ в условиях стесненной окружающей среды. Он способен проходить в узкие проемы, с достаточно высокой скоростью передвигаться между столами в офисных помещениях и освобождать место для прохода людей.
Конструкция робота Ballbot оказалась настолько удачной, что ее повторили другие робототехники из Японии, Швейцарии и Испании. Кроме этого, был разработан робот mObi, который уже используется в некоторых больницах и офисах крупных компаний.
Однако, конструкция робота Ballbot не лишена ряда серьезных недостатков. В ней присутствует большое количество движущихся механических узлов, некоторые из которых, в частности ролики, вращающие шар в разных направлениях, быстро изнашиваются и требуют достаточно частой замены. «Замена «пояса» роликов является достаточно сложным делом» — рассказывает Майкл Шомин (Michael Shomin), один из исследователей, — «Кроме того, после каждой такой замены система робота должна быть перенастроена и откалибрована на специальном стенде».
Обнаружив вышеописанные недостатки, группа разработчиков задумалась над упрощением конструкции разработанного ими робота. Это привело их к идее превратить шар робота в ротор асинхронного электрического двигателя, способного вращаться в любом направлении. Но реализация этой идеи в виде сферического асинхронного двигателя (spherical induction motors, SIM) оказалась достаточно сложной задачей, с которой исследователям удалось справиться благодаря сложному компьютерному моделированию и разработанным алгоритмам управления таким двигателем.
Ротор двигателя, шар, на котором стоит робот SIMbot, представляет собой железную сферу, заключенную в оболочку из меди. Вокруг этого шара расположены шесть неподвижных статоров, намотанных на сердечниках из слоев трансформаторной стали. Синхронизированная работа этих статоров создает магнитное поле очень сложной формы, которое заставляет сферический ротор вращаться в необходимом направлении.
Замена роликов с электроприводами одним сферическим асинхронным двигателем позволила уменьшить трение, что делает робота SIMbot более эффективным, нежели его предшественник. Кроме этого, за счет уменьшения движущихся частей надежность конструкции нового робота увеличилась во много раз.
«Новый двигатель делает все тоже самое, что и более сложный старый, за счет использования большего количества управляющей электроники и более сложного программного обеспечения» — рассказывает профессор Ральф Холлис, — «В то время, как электроника и процесс разработки программного обеспечения становятся более дешевыми, механические системы, наоборот, только дорожают со временем. Это говорит о том, что мы выбрали правильный подход и роботы типа SIMbot в недалеком будущем смогут работать на благо людей, используя для этого все их достаточно уникальные возможности».
Источник:
