Форма титульного листа реферата

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Дальневосточный федеральный университет»

ИНЖЕНЕРНАЯ ШКОЛА

Кафедра Автоматизации и управления

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Основы мехатроники и робототехники»

Специальность 221000.62 «Мехатроника и робототехника»

на тему «Boston Dynamics»

Выполнил студент гр. Б3121 ___________ И.В.Горских

Проверил старший преподаватель ____________ А.С.Губанков (зачтено/незачтено)

г. Владивосток

2013

Boston Dynamics Содержание

1. Компания Boston Dynamics.

2. Leg Lab

3. DARPA

4. Petman

5. Atlas, Pet-Proto

6. BigDog

7. LS3

8. LittleDog

9. SandFlea

10. RHex

11. Cheetah

12. RiSE

13. SquishBot

14. Список информационных ресурсов.

Boston Dynamics

Это инжиниринговая компания, являющаяся субподрядчиком агентства передовых оборонных исследовательских проектов DARPA, основной задачей которой является конструирование роботов. Наибольшую популярность получила благодаря созданию такого робота как BigDog, четвероногого робота спроектированного специально для американских военных при финансовой поддержке Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), а также благодаря проекту DI-Guy, программа по 3D-моделированию человека. На данный момент в компании работает около ста человек.

В самом начале, компания работала с American Systems Corporation, у них был контракт с Naval Air Warfare Center Training Systems Division (NAWCTSD), по которому они должны были заменить морские учебные видеофильмы по запуску авиации интерактивным 3D-симулятором. Тогда и появилась программа DI-Guy.

Президентом, основателем и руководителем компании Boston Dynamics является Марк Рэйберт (Marc Raibert). Марк Рейберт родился 22 декабря 1949 года, бывший преподаватель Университет Карнеги-Меллона (CMU) и профессор Массачусетского технологического института (MIT). Основал CMU Leg Lab в 1980 году, затем перенес ее в MIT в 1986 году, в этой лаборатории занимались созданием роботов, в которых упор делался на ноги, это бегуны и кенгуру-подобные роботы, способные бегать (13 миль/ч), ходить по ровной поверхности, прыгать через препятствия, подниматься по лестнице, выполнять элементарные гимнастические элементы и прочее. Некоторые роботы от MIT Leg Lab даже появляются в фильме «Восходящее солнце» 1993 года. В MIT Марк Рейберт проработал до 1995 года.

В 1992 году основал компанию Boston Dynamics и создал первых роботов с самостоятельным балансированием при прыжке, это был значительный шаг вперед в области робототехники. Он получил бакалавра наук в области электротехники от Северо-Восточного университета (Northeastern University) в 1973 году и степень доктора в Массачусетском технологическом институте в 1977 году.

В интервью 17 марта 2013 года Марк Рэйберт заявил, что роботы не так уж совершенны на данное время, по сравнению с человеком. У людей и животных имеется множество мышц, суставов, сухожилий, и робототехника нашего времени просто не дошла до такого, чтобы передать всю гибкость и подвижность живого организма роботу. Но заявил, что в своей компании они стремятся создавать роботов с максимально отточенными и приближенными к человеку действиям, таким как ходьба, бег. Они пытаются создать фундаментальные основы для производства роботов в будущем, не исключено, что они будут изготавливаться в промышленных масштабах. Большинство из того, что они создают на сегодняшний день, это так и не законченные до конца продукты, они не выполняют всех функций, по крайней мере комплексно, так робот BigDog может нести 120 фунтов, пройти 12 миль, подниматься по пересеченной местности, но он может выполнять только одну из этих функций в одно время, в связи с чем был создан AlfaDog который может совмещать выполнение этих функций. Еще они очень дорогие. Также он сказал, что помимо разработки самих роботов они активно стараются увеличить энергоемкость батарей, создаются более дешевые бортовые компьютеры, стараются вместить больше программ и возможностей в эти компьютеры, чтобы следовательно было больше возможностей и у робота. Эта компания поставила технические возможности их проектов на первое место, Марк заявил, что их внешний вид и похожесть человека или животное для них не так важно.

Организации по всему миру, от DARPA, армии США, ВМС и Корпуса морской пехоты до Sony Corporation обращаются к Boston Dynamics за помощью в создании самых передовых роботов на Земле.

Leg Lab

Это лаборатория, проектирующая и создающая роботов для исследования движения.

Шагающие роботы:

Spring Flamingo (1996-2000). Двуногий робот. Разработан в целях изучения движения на двух ногах.

1. Скорость ходьбы 0.75 м/с (максимальная скорость 1.2 м/с)

2. Надежный (работает 9 из 10 раз, более 200 удачных попыток, при которых было пройдено 15 миль)

3. Большая стабильность, устойчивость (Восстанавливает свое положение после того как толкнули)

4. Высокая надежность (срок эксплуатационной гарантии более 3 лет)

Spring Turkey (1994-1996). Двуногий робот. 60 см в высоту и весит около 10 кг. Разработан в целях изучения движения на двух ногах.

Geekbot (1994-1995). Двуногий робот. Разработан в целях изучения движения на двух ногах.

Бегающие-прыгающие роботы:

Quadruped (1984-1987) (Четвероногий) – Четвероногий робот, созданный для изучения перемещения на четырех конечностях. Умеет шагать, бегать и комбинировать шаг и бег, делать движения между шагами.

Planar Biped (1985-1990). Двуногий робот. Построен для изучения движения робота с двумя конечностями, запрограммированному на алгоритмы выполнения движения на одной ноге, то есть в один момент времени работает лишь одна нога. С его помощью изучали прыжки в высоту, изменение положения тела, различные маневры.

Monopod (1988-1989). Одноногий робот. Исследование работы шарнирных ног с вращающимися соединениями. Шарнирные ноги обеспечивают механические преимущества, такие как более низкий момент инерции, большой диапазон движения, большая компактность, прочность и легкость конструкции. Но также добавились некоторые сложности в движении и проблемы связи между степенями свободы. Эта связь очевидна из того, что смещение двух соединений не вызывает ортогонального перемещения пальца ноги или бедра. Шарнирные ноги могут быть более легче, быстрее и надежней, чем телескопические ноги.

Uniroo (1991-1993). Одноногий робот, передвигающийся прыжками, подобно кенгуру.

Другие роботы:

Passive Dynamic Doll (1993-1994). Этот робот выполняет сальто, в котором обеспечивает стабильность движением рук.

Zero Gravity Robot (1988) – Робот созданный, для работы в невесомости. Принцип движения прост: в области нулевой гравитации, наскакивая на стену, отталкивается от нее, благодаря одной из своих ног. При этом, в других условиях работать не может.

Recti-Blob (1994-1997). Это робот, который имеет характеристики и ног, и колес. Больше всего напоминает передвижения гусениц танка. Recti-Blob II имеет более широкий диапозон углов поворота.

DARPA

Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) – агентство Министерства обороны США, отвечающее за разработку новых технологий для использования в вооружённых силах. Миссией DARPA является сохранение технологического превосходства вооруженных сил США, предотвращение внезапного для США появления новых технических средств вооруженной борьбы, поддержка прорывных исследований, преодоление разрыва между фундаментальными исследованиями и их применением в военной сфере.

Является одним из главных заказчиков и инвестором Boston Dynamics.

DARPA было основано в 1958 году в ответ на запуск в СССР первого искусственного спутника Земли. Перед DARPA была поставлена задача сохранения военных технологий США передовыми. DARPA независимо от обычных военных научно-исследовательских учреждений и подчиняется непосредственно руководству Министерства обороны. Штат DARPA насчитывает около 240 сотрудников (из которых примерно 140 — технические специалисты); бюджет организации составляет 3,2 миллиарда долларов. Эти числа приблизительны, поскольку DARPA концентрируется на краткосрочных проектах (от двух до четырёх лет), выполняемых небольшими, специально подобранными командами.

Изначально агентство называлось ARPA, затем оно было переименовано в DARPA (с добавлением слова Defense) в 1972 году, затем опять в ARPA в 1993, и, наконец, снова в DARPA 11 марта 1996 года.

ARPA была ответственна за спонсирование разработки сети ARPANET (которая переросла в Интернет), а также версии BSD (университета Беркли) системы Unix и стека протоколов TCP/IP. В настоящее время спонсирует, в частности, разработку автомобилей-роботов.

В декабре 2009 DARPA запускало красные шары-метеозонды в небо США, чтобы протестировать возможности сбора, анализа и обмена информацией с помощью социальных сетей. Все 10 шаров были найдены примерно за 12 часов, призовой фонд проекта составил 40 000 $.

Структуру Агентства составляют 6 основных подразделений:

Адаптивного управления (AEO) — исследования в области построения адаптивных платформ и архитектур, включая универсальные программные платформы, модульные аппаратные средства, многофункциональные информационные системы и средства разработки и проектирования;

Оборонных исследований (DSO) — исследования в области фундаментальной физики, новых технологий и приборов на новых физических принципах, энергетики, новые материалы и биотехнологии, прикладной и вычислительной математики, медико-биологические средства защиты, биомедицинские технологии.

Инноваций в информационных технологиях (I2O) — информационные системы мониторинга и управления, технологии высокопроизводительных вычислений, интеллектуальный анализ данных, системы распознавания образов, когнитивные системы машинного перевода;

Микросистемных технологий (MTO) — технологии электроники, фотоники, микромеханических систем, перспективной архитектуры интегрированных микросхем и алгоритмов распределенного хранения данных;

Стратегических технологий (STO) — системы связи, средства защиты информационных сетей, средства радиоэлектронной борьбы (РЭБ), устойчивость систем к кибер-атакам, системы обнаружения замаскированных целей на новых физических принципах, энергосбережение и альтернативные источники энергии;

Тактических технологий (TTO) — современные высокоточные системы вооружения, лазерное оружие, беспилотные средства вооружений на базе воздушных, космических, наземных и морских платформ, перспективные космические системы мониторинга и управления.

PETMAN

Petman — антропоморфный робот, созданный для проверки спецодежды с химической защитой, используемой армией США, в частности, по отношению к воздействию токсичных промышленных химикатов и токсичных промышленных материалов. Система Petman была создана, чтобы выполнять движения, какие мог бы выполнять солдат в условиях боя в одежде химзащиты. Вследствие этот манекен, подобно живому человеку будет нагреваться, имитируя тепловыделение человека, также будет имитировать потоотделение, будет способен дышать. В будущем должен будет быть в состоянии держать, целиться и стрелять из различного оружия. В идеале, робот будет способен самостоятельно передвигаться, не имея абсолютно никакой внешней поддержки, все жидкости будут содержаться внутри, батарея питания также будет внутри. Также робот должен быть устойчивым к различным промышленным химикатам и различным токсическим материалам. Должна быть возможность для очистки робота до незначительных уровней химических веществ, без ущерба для его работы. Робот будет работать до 24 часов до оперативного обслуживания, 6 месяцев до профилактики, 12 месяцев до калибровки. Как минимум, она должна быть способна работать в течение 12 часов до оперативного обслуживания, 3 месяца до профилактики, 6 месяцев до калибровки.

Оперативное обслуживание определяется как технические процедуры, необходимые для подготовки Petman к каждому тесту, например, заполнение потовыделительных камер. Профилактика определяется как техническое обслуживание по предотвращению технических ошибок и предупреждению сбоя программ.

Робот Petman должен быть способен ежесекундно исследовать технику, технологический процесс, экипировку и регистрировать температуру кожи, частоту дыхания, скорость потоотделения, общую массу (в нанограммах) химических паров, проникающих под костюм химзащиты.

Моделирование человека. Система Petman должна моделировать следующие экологические и физиологические условия:

• Температура: реальные различия температур тела в зависимости от части тела и уровня физической активности, и нагрузок, или, как минимум фиксированное значение температуры в зависимости от части тела.

• Пот: реальные различия скорости потоотделения (от 0.11 до 1.8 л/час) в зависимости от уровня физической активности и нагрузок, или, как минимум фиксированной скорости потоотделения 0.4 л/час.

• Дыхание. Реальные различия в частоте дыхания ( в диапазоне 10-115 л/мин с переменных вдыхаемым объемом воздуха и частотой дыхания) в зависимости от уровня физической активности и нагрузок, или, как минимум, частота дыхания 50 л/мин (фиксированного дыхательного объема 1.5 л и частоты дыхания 33 раза в минуту).

Условия тестовой камеры:

• Температура: должна варьироваться от -25 до 125 градусов по Фаренгейту и изменяться каждые 5 минут. Как минимум, система должна работать при 90 градусах по Фаренгейту.

• Относительная влажность: идеальная относительная влажность от 0% до 100%, изменяется каждые 5 минут. Как минимум, система должна работать при 80%-ной относительной влажности.

• Скорость ветра: идеальная скорость ветра имеет диапазон от 0 до 161 миль/час. Как минимум, система должна работать при скорости ветра 0-10 миль/час.

• Давление: диапазон давления находится в области 0,25 дюймов водяного столба.

• Система должна работать в присутствии жидкости и пара химических веществ, в том числе: нервнопаралитических веществ, боевых отравляющих веществ кожно-нарывного действия.

Робот должен быть запрограммирован на выполнение серии упражнений и ежесекундные регистрации.

Упражнения:

• Стоять смирно

• Ходить

• Марш

• Прыгать (Прыжок в идеале, начать со стойки: ноги вместе, руки по швам, одновременно привести ладонь к ладони над головой во время прыжка и приземлиться с ногами на ширине плеч. Прыгнуть еще раз, возвращая ноги и руки в прежнее положение.)

• Сидеть

• Переход из положения стоя на корточки и назад.

• Движение рук во всех направлениях.

• Переход из положения стоя в лежачее и назад.

• Стоять на одном колене.

• Стоять на двух коленях.

• Движение ползком.

• Нацеливание оружием из разных положений.

Артикуляция.

Система Petman должна уметь двигаться как человек. Иметь очень много степеней свободы, чтобы суметь повторить все движения человека.

Примеры нынешних военных Petman – подобных систем.

Министерство обороны США и их коллеги из разных стран продолжали разработку Petman – подобных систем на протяжении многих лет. Но раннее роботы не выполняли таких функций, во-первых, эти роботы были не автономны, они крепились к системе поддержки, которая ограничивала свободу передвижения и влияла на совместимость со средствами защиты и системами вооружения, во-вторых, ни один робот еще в реальном времени не регистрировал столько данных и не моделировал такую физиологию человека. Также не было прежде таких передвижений, которые были бы похожие на человеческие (сравнение Petman с английским роботом Portonman и канадским манекеном без названия).

Оборудование, с которым должен будет работать робот:

• Костюмы

Joint Service Lightweight Suit Technology (JSLIST) Type II

JSLIST Type VII

All Purpose-Personal Protective Ensemble (AP-PPE)

Chemical Protective Undergarment (CPU)

• Шлемы

Advanced Combat Helmet (ACH)

Personal Armor System Ground Troops (PASGT) Helmet

Modular Integrated Communications Helmet (MICH)

Lightweight Helmet

• Ботинки

Green Vinyl Overboot (GVO) / Black Vinyl Overboot (BVO)

Multipurpose Overboot (MULO)

• Накидки

Lightweight Desert Combat Boot

Jungle Boot

Infantry Combat Boot

Temperate and Hot Weather Combat Boot

• Перчатки

7, 14, and 25 mil butyl gloves

JSLIST Block 1 Gove Upgrade (JB1GU)

JB1GU-Flame Retardant (FR)

• Баллистические жилеты защиты

Spall Vest

Interceptor Vest

• Маски, противогазы

M40/42 Series Masks

M45 Mask

M48 Chemical-Biological Apache Aviator Mask

Aircrew Eye Respirator Protection (AERP)

AP-22P Respirator Assembly

• Пистолет

• Все виды боевой одежды и боевых униформ

Робот будет иметь форму и размеры обычного человека, что делает его первым антропоморфным роботом, который движется динамично, как реальный человек.

Порог требований к Petman:

• Привязанный тип работы.

• Совместимость с оборудованием, с вооружением.

• Не разлагается под действием традиционных химических веществ; пригоден для обеззараживания без каких-либо побочных эффектов.

• Пригоден для использования костюмов, оборудования и прохождения процедур химзащиты.

• Постоянная температура кожи, потоотделение, дыхание .

• Работа в комнате с постоянными условиями окружающей среды.

• Максимальные возможности артикуляции рук и ног.

Цель:

• Полностью автономные движения.

• «Человеческая» реакция при воздействии на кожу токсичных веществ, при этом должна быть минимальная деформации «кожи».

• Реалистичная изменчивость температуры кожи, потоотделения и дыхания.

• Работа в изменчивых условиях окружающей среды.

• Полная гибкость движений, абсолютная имитация движений рук и ног человека.