Инженеры сделали робота легче, поставив на него мячик для настольного тенниса

Разработка единственной ноги робота стала логичным следующим шагом после создания одиночного сочленения. Автор уже с первых итераций knew, что идеальным решением будет конструкция на основе коаксиального пятизвенного механизма, так как она распределяет нагрузки по звеньям эффективнее, чем стандартные ноги четырехногов. Такой подход делает платформу CARA уникальной, ведь большинство квадов не используют такую схему. Пятизвенник отлично работает с вальцовым приводом, предлагая самый компактный способ реализовать три степени свободы. Зная внешний вид конечности, инженеры превратили разработку в задачу оптимизации, ставя цель снизить стоимость, вес и сложность сборки. В первую очередь упростили конструкцию за счёт уменьшения зеркальных пар деталей. Если раньше CARA 1.0 требовала много одинаковых компонентов, вызывающих путаницу при сборке, то теперь каждая нога робота абсолютно идентична. Однако эта мера позже сыграла злую шутку с командой. Также сократили количество винтов: зачем крепить что-то на четыре штуки, если хватит двух? Каждый дополнительный винт удорожает изделие, увеличивает вес и время сборки. Убрали и избыточные ребра жёсткости, так как в реальном мире детали никогда бывают идеально точными. Переупрощённая конструкция стола на четырёх ногах часто бывает хуже трёхногой версии, где четвёртая ножка лишь создаёт проблему перенапряжения при малейшем отклонении длины. Для снижения веса заменили массивные подшипники на более тонкие, что критично для радиально нагруженных узлов ноги. Вес одной ноги удалось довести до 1,47 кг. Важным изменением стал пересмотр соотношения длины верхнего и нижнего звена пятизвенника. В первой версии автор использовал соотношение 1:2 без анализа, но матлаб-симуляции показали, что пропорция 1:1 обеспечивает максимальный диапазон движения. Поскольку такой вид выглядел странно, остановились на соотношении 2:3, добившись хорошего баланса между производительностью и эстетикой. Максимально радикальным изменением стала замена подошвы из гибкого пластика TPU на мячик для настольного тенниса. Промежуточные шары обеспечивают отличную податливость и сцепление, стоят копейки и уже используются в MIT Mini Cheetah и Stanley. Выбирали жёсткие желтые мячи с двойной точкой, которые наименее упругие. Так как центральный шар не мог быть размещён в геометрическом центре механизма, пришлось вывести новые уравнения обратного кинематического анализа. Умно, что для вывода этих формулок достаточно школьной геометрии. Сложная робототехническая структура сводится к серии треугольников, и принцип работы механизма понятен любому, кто освоил этот метод.