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In komplexen Umgebungen für die Erkundung von schwierigem Gelände und extreme Rettungseinsätze stellt die vertikale Kletterfähigkeit von vierbeinigen Robotern seit jeher eine große technische Herausforderung dar.
In diesem Video präsentieren wir den innovativen KLEIYN vierbeinigen Wandkletterroboter.
Durch die Einführung eines aktiven Hüft-/Taillen-Gelenks (Active Waist Joint) und die tiefe Integration von Reinforcement Learning (RL) Algorithmen erreicht dieses Projekt erfolgreich ein effizientes vertikales Chimney Climbing in engen Wandstrukturen mit einer Breite von 800–1000 mm.
Die Klettergeschwindigkeit erreicht dabei das 50-Fache herkömmlicher vierbeiniger Roboter.
In dieser bahnbrechenden Forschung dienen die hochleistungsfähigen CubeMars Gelenkaktuatoren als zentrale Antriebslösung und liefern die erforderliche hohe dynamische Reaktionsfähigkeit sowie präzise Kraftregelungsunterstützung für die Taillen- und Beingelenke des KLEIYN-Roboters.
Herkömmliche vierbeinige Roboter verfügen normalerweise nur über Freiheitsgrade in den Beinen, während der Rumpf als starre Struktur ausgelegt ist.
Dieses Design bietet eine hervorragende Stabilität auf ebenem Gelände, stößt jedoch beim Klettern an vertikalen Wänden oder in engen Bereichen wie Kaminen und Rohrleitungen auf erhebliche physikalische Einschränkungen.
1. Fehlender Kraftansatzpunkt durch den Rumpf: Ein starrer Rumpf kann die Kräfte der Beine durch Bewegungen wie „Rückenwölben“ oder Verdrehen nicht effektiv auf die Wand übertragen.Dadurch entstehen unzureichende Reibungs- und Haltekräfte.
2. Einschränkungen herkömmlicher Steueralgorithmen: In engen Räumen benötigt der Roboter extrem häufige Anpassungen seiner Körperhaltung.Herkömmliche Steuerungsmethoden sind nur schwer in der Lage, solche hochdimensionalen und nichtlinearen dynamischen Probleme zu bewältigen.
Um diese Herausforderungen zu lösen, entwickelte das KLEIYN-Team ein innovatives aktives Taillengelenk für den Roboter und implementierte eine auf Reinforcement Learning basierende Steuerungsstrategie.
CubeMars Gelenkmotoren unterstützen dieses Projekt in folgenden wichtigen Bereichen:
Leistungsstarke und agile Antriebskraft für die „aktive Taille“: Die aktive Taille ist die entscheidende Komponente für die Wandkletterfähigkeit von KLEIYN.Sie muss häufig große Pitch- und Gierbewegungen ausführen.CubeMars Gelenkmotoren verfügen über eine hohe Drehmomentdichte und extrem geringe Rotorträgheit.Dadurch können sie sofort starke dynamische Kräfte erzeugen und gleichzeitig eine hohe Reaktionsbandbreite aufrechterhalten.So kann sich die Bewegung der Roboter-Taille flexibel und dynamisch wie eine biologische Bewegung verhalten.
Optimale Unterstützung für die Low-Level-Ausführung von Reinforcement-Learning-Algorithmen (RL): Reinforcement-Learning-Algorithmen erfordern Aktuatoren mit extrem hoher Regelgenauigkeit und minimaler Verzögerung.CubeMars Motoren integrieren hochauflösende Encoder und fortschrittliche FOC-Steueralgorithmen.Dadurch können Positions-, Geschwindigkeits- und Drehmomentbefehle des übergeordneten Controllers mit hoher Frequenz (z. B. 1000 Hz) präzise umgesetzt werden.Dies gewährleistet eine genaue Übertragung der RL-Steuerungsstrategie in reale Umgebungen.
Extrem leichtes Design: Bei Wandkletterrobotern erhöht jedes zusätzliche Gramm Gewicht erheblich die Anforderungen an Motordrehmoment sowie Haft- und Stützmechanismen.CubeMars Motoren integrieren Treiber, Motor und Getriebe in einer äußerst kompakten und leichten Einheit.Dadurch kann KLEIYN zusätzliche Freiheitsgrade durch die aktive Taille realisieren und gleichzeitig das Gesamtgewicht des Roboters streng kontrollieren.
In diesem Video können Sie die beeindruckende Leistung des mit CubeMars Motoren ausgestatteten KLEIYN-Roboters direkt erleben:
Test zum Klettern an schmalen Wänden: Demonstriert, wie der Roboter seine aktive Taille nutzt, um sich an der Wand abzustützen und mit einer Geschwindigkeit von 150 mm/s stabil in vertikalen Wänden mit einer Breite von 800–1000 mm nach oben zu klettern.
Nahaufnahme der Bewegung der aktiven Taille: Zeigt deutlich die Beugungs-, Streck- und Verdrehbewegungen der aktiven Taille während jedes Kletterschritts.Diese Bewegungen können von herkömmlichen starren vierbeinigen Robotern nicht ausgeführt werden.
Vergleich mit herkömmlichen Lösungen: Veranschaulicht den deutlichen Vorteil von KLEIYN gegenüber traditionellen vierbeinigen Robotern hinsichtlich der Klettereffizienz.
F1: Sind CubeMars Motoren für Taillengelenke von Robotern geeignet?
A:Ja.CubeMars AK-Serie Gelenkmodule bieten hohe Drehmomente, geringes Spiel und eine hohe Reaktionsfrequenz.
Sie werden häufig in Taillen-, Hals- und Gelenkverbindungen von humanoiden Robotern und vierbeinigen Robotern eingesetzt und unterstützen komplexe Ganzkörper-Dynamiksteuerungen zuverlässig.
F2: Unterstützen Ihre Motoren fortschrittliche Steueralgorithmen wie Reinforcement Learning (RL)?
A:Ja.CubeMars Motoren bieten hochfrequente CAN-/RS485-Kommunikationsschnittstellen, unterstützen verschiedene Steuerungsmodi wie Positions-, Geschwindigkeits- und Drehmomentregelung und stellen offene Low-Level-Kommunikationsprotokolle bereit. Sie können nahtlos mit verschiedenen Reinforcement-Learning-Frameworks wie Isaac Gym und MuJoCo integriert werden und ermöglichen eine schnelle Sim2Real-Übertragung (Simulation zu Realität).
Egal, ob Sie einen vierbeinigen Wandkletterroboter, humanoiden Roboter oder komplexen Roboterarm entwickeln – CubeMars bietet kompakte Aktuatorlösungen mit hoher Leistungsdichte und schneller Reaktionsfähigkeit, die speziell auf Ihre Anforderungen zugeschnitten sind.
[Mehr über Spezifikationen und Abmessungen der CubeMars AK-Serie Gelenkmodule erfahren]
