Токийский университет: быстродействующий робот-манипулятор для разгрузки БПЛА

Токийский университет: быстродействующий робот-манипулятор для разгрузки БПЛА

Выпуск 12 (6711) от 25 июня 2020 г.
РУБРИКА: РОБОТОТЕХНИКА

Беспилотные летательные аппараты получают все большее распространение в повседневной жизни. Одна из перспективных сфер их применения – ​доставка заказчикам различных продуктов и товаров. При этом для повышения эффективности использования беспилотных летательных аппаратов требуется сокращение времени разгрузки. Решение в этой области предложили ученые Токийского университета.

Сегодня беспилотные летательные аппараты (БПЛА) городской доставки получили довольно широкое распространение. Пройдет ли эта мода или новая бизнес-модель докажет свою жизнеспособность – ​покажет время, при этом оптимизация энергопотребления и времени доставки, безусловно, станет большим плюсом для беспилотников. Самая большая трата времени и энергии происходит во время получения клиентом заказа, когда БПЛА зависает неподвижно над заданной точкой. Этот этап необходим потому, что беспилотники часто доставляют вещи (например, еду и напитки), которые нужно держать в вертикальном положении и при разгрузке не сбрасывать на парашюте.

Идеальная система доставки заказов при помощи БПЛА означает полет этих устройств на полной скорости, при этом операции погрузки–разгрузки выполняются безопасно, без необходимости приземления или зависания на длительное время. В ближайшее время такая система вряд ли будет реализована, но облегчить ситуацию можно. Например, группа исследователей профессора Масатоши Исикавы (Ishikawa Group Laboratory) из Токийского университета создала систему погрузки–разгрузки, состоящую из роботизированного манипулятора и быстродействующей системы технического зрения. Она позволяет достаточно быстро прикрепить посылку к дрону, когда он пролетает мимо, или снять ее.



Источник: Токийский университет

Концептуальная схема беспосадочной передачи посылки с использованием высокоскоростного шестиосевого робота с визуальным контролем


Группа Исикавы работает с высокоскоростными системами технического зрения и манипуляторами уже более 10 лет, сопровождая свою работу видеоклипами в хостинге YouTube (большую популярность приобрели их клипы High Speed Dribbling и Rock Paper Scissors). Система, представленная на видео, использует конфигурацию, общую для многих из проектов группы: две высокоскоростные камеры (1000 кадров в секунду) на наклонно-поворотных опорах, которые могут очень точно отслеживать объекты (в данном случае – ​крюк на нижней части БПЛА) при одновременном расчете их положения в пространстве. Одна дополнительная камера используется для отслеживания беспилотника, когда он находится дальше от базовой станции, поскольку высокоскоростные камеры оптимизированы для относительно близких и ярких объектов. Манипулятор представляет собой всего два линейных привода с платформой для полезной нагрузки.

В самом БПЛА нет ничего особенного. Единственная модификация, необходимая для того, чтобы он переносил пакеты с заказами, – ​это простой крюк, который может быть установлен на любой тип беспилотника. Кроме того, это обеспечивает гибкость в отношении габаритов переносимого груза – ​нет внутреннего отсека загрузки. Если заказ подходит к крюку и находится в пределах подъемного веса БПЛА и аэродинамических допусков, вы можете осуществить доставку.

Демонстрация концепции на видео показывает, что беспилотник движется со скоростью 1 м/с, а фактическая передача происходит примерно за 0,3 с. Очевидно, это намного быстрее, чем любой другой метод загрузки посылки на беспилотник. Моделирование показывает существенное улучшение эффективности доставки на короткие расстояния – ​сокращение срока доставки до 65% в день на расстоянии до 1 км. Преимущество значительно снижается на более дальних дистанциях, так как время получения составляет меньшую долю от общего времени доставки. Так, при доставке груза на 4 км моделирование предполагает сокращение времени доставки до 18%. В дальнейшем исследователи планируют модернизировать двухосевой манипулятор робота, используемый для передачи, до шестиосевого, который мог бы перезаряжаться, а также участвовать в согласовании скорости, чтобы уменьшить время погрузки.

Непосредственное преимущество такой системы может быть не очень значительным – ​просто потому, что рынок услуг существующих потребительских служб доставки с использованием БПЛА (все они находятся на стадии опытных работ) еще не достиг точки насыщения, когда минуты или секунды действительно имеют значение. Кроме того, время автономной работы исчисляется несколькими десятками минут, а это означает, что все равно придется сажать беспилотник для замены источника питания. Однако по мере улучшения качества и срока службы аккумуляторов без подзарядки, а также совершенствования самих методов доставки, такие системы способны занять достойное место на рынке.


Ackerman Evan. High-Speed Robot Arm Hands Off Package to Delivery Drone. IEEE Spectrum, May 21, 2020: https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/drones/high-speed-robot-arm-hands-off-package/


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ