Hexapod

• Detto anche: Hexapod Robot, Six-Legged Robot, Insect Robot
• Categoria: Mechanical structure › Robot morphologies
• Tag: legged-robot, locomotion, hexapod, walking, servo

Robot camminante a sei zampe, con una stabilità eccezionale grazie alla locomozione con andatura a treppiede ispirata agli insetti.

Definizione

I robot esapodi sono macchine camminanti a sei zampe ispirate a insetti come formiche, coleotteri e scarafaggi. La configurazione a sei zampe offre una stabilità eccezionale: un esapode può sempre mantenere un appoggio stabile a treppiede (tre zampe a terra) mentre porta avanti le altre tre, il che consente una locomozione fluida e affidabile.

Caratteristiche principali dei robot esapodi: - Stabilità statica: con l'andatura a treppiede, gli esapodi mantengono sempre tre punti di contatto con il suolo, formando un triangolo di appoggio stabile. Questo li rende intrinsecamente più stabili dei quadrupedi o dei bipedi. - Ridondanza: se una zampa si danneggia o incontra un ostacolo, le cinque restanti possono ancora garantire una locomozione stabile, un vantaggio notevole per i robot da campo. - Andature versatili: possono usare l'andatura a treppiede (veloce, 3 zampe si muovono contemporaneamente), l'andatura a onda (lenta, una zampa alla volta) e l'andatura a increspatura (velocità moderata, compromesso tra velocità e stabilità). - Adattabilità al terreno: il posizionamento indipendente di ogni zampa permette di muoversi su terreni accidentati e irregolari mantenendo stabile la piattaforma del corpo per sensori o carichi utili.

Gli esapodi sono popolari nella comunità della robotica open source perché sono meccanicamente semplici da costruire: ogni zampa usa tipicamente 3 servomotori (giunti di coxa, femore e tibia), per un totale di 18 gradi di libertà. Si possono costruire progetti economici basati su servo con meno di 200 dollari, usando parti stampate in 3D e servo standard da modellismo.

Le applicazioni comuni comprendono l'ispezione di terreni, la ricerca e il soccorso, il monitoraggio agricolo e la didattica. La serie PhantomX, vari esapodi basati su Arduino e numerosi progetti stampabili in 3D hanno fatto degli esapodi una delle piattaforme di robot con zampe più accessibili per hobbisti e studenti.

Perché è importante

Un esapode è un robot a sei zampe, e la coppia di zampe in più offre una stabilità che conta a livello strutturale: con sei zampe la macchina può sempre tenerne tre a terra in un triangolo stabile mentre muove le altre tre, quindi è staticamente stabile in ogni istante della camminata. Questo rende il controllo dell'andatura nettamente più semplice rispetto a un bipede o persino a un quadrupede, e rende il robot tollerante alla perdita di una zampa: ecco perché gli esapodi compaiono nei lavori di ispezione e in ambienti pericolosi.

Applicazioni principali

• Ispezione su terreni accidentati o instabili, dove la stabilità conta più della velocità
• Ambienti pericolosi in cui la perdita di una zampa non deve porre fine alla missione
• Ricerca e didattica sulla generazione dell'andatura e sul coordinamento delle zampe
• Ispezione di condotte, serbatoi e spazi confinati
• Monitoraggio agricolo e sul campo su terreni irregolari
• Piattaforme per studiare la locomozione ispirata agli insetti

In pratica

La classica andatura a treppiede alternato è quella che usa la maggior parte degli esapodi hobbistici e di ricerca: due gruppi di tre zampe si alternano e il corpo è sempre sostenuto. Ogni zampa ha tipicamente tre giunti, quindi una macchina a diciotto servo è lo standard, e questo è anche il costo principale del progetto: molti attuatori, molto cablaggio e una massa considerevole dedicata alle zampe. Il vantaggio che compensa è che un esapode può camminare lentamente su terreni molto accidentati senza bisogno dei controllori di equilibrio dinamico che servono a un bipede o a un quadrupede al trotto.

Idee sbagliate comuni

• Sei zampe lo rendono più veloce: il vantaggio è stabilità e ridondanza, non velocità; i quadrupedi sono più rapidi
• Gli esapodi sono nel complesso più semplici dei quadrupedi: il controllo dell'andatura è più semplice, ma ci sono il cinquanta per cento di attuatori in più da costruire e mantenere
• Stabilità statica significa che non può cadere: può comunque ribaltarsi sui pendii o quando il baricentro esce dal poligono di appoggio
• Più zampe significano sempre una migliore gestione del terreno: lunghezza e sbraccio delle zampe contano spesso più del loro numero

Chi dovrebbe saperlo

• Chiunque scelga una piattaforma con zampe in cui la stabilità conta più della velocità
• Ingegneri che valutano i requisiti di ridondanza per missioni a distanza
• Studenti che imparano la generazione dell'andatura, dove l'andatura a treppiede è l'esempio didattico
• Costruttori che mettono a confronto diciotto attuatori con dodici
• Chiunque confronti configurazioni con zampe per terreni accidentati

Tecnologie correlate

• Andatura a treppiede
• Generatore centrale di pattern (CPG)
• Cinematica inversa
• Andatura
• Robot quadrupede
• Piattaforma di Stewart
• Robotica bioispirata
• Adattamento al terreno

Termini correlati

• Gait
• Servo Motor
• DOF
• Quadruped

Progetti correlati

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