Редактор Geektimes
887,0
рейтинг
22 декабря 2013 в 20:41

Cubli: роботизированный куб с почти совершенной балансировкой



Разные компании выпускают достаточно большое количество игрушек и гаджетов, способных балансировать при разных условиях. В том же СССР еще выпускали пластиковую птицу, которая опиралась на основу лишь клювом, довольно тонким, а все «тело» находилось в воздухе. На днях в Сети появилось видео с демонстрацией работы роботизированного «куба», способность которого к балансу весьма высока.

Этот «куб» может балансировать на любом из углов, причем не только на горизонтальной поверхности, но и на поверхностях с сильным наклоном. Кроме того, это устройство может соблюдать равновесие даже при кружении на одном из углов.

Создали этот девайс специалисты из Цюрихского института, ETH Institute for Dynamic Systems and Control. Внутри Cubli — три вращающихся колеса, каждое из которых отвечает за баланс определенной области. Кроме того, внутри устройства расположено и небольшое вычислительное устройство, которое просчитывает скорость, с которой должны вращаться колеса, чтобы куб мог балансировать.

По мнению разработчиков, Cubli может пригодиться для работы в космических программах и робототехники. Ниже — видео с демонстрацией возможностей Cubli.



Via ETH Zurich
marks @marks
карма
170,7
рейтинг 887,0
Редактор Geektimes
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (115)

  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
    • +49
      • +9
        We didn't actually land on the moon — it just looked like we did because of precession. Also, gyroscopes caused 9/11.

        Стыдно признаться, но я до сих пор до конца не понимаю принцип действия гироскопа :(
        • +8
          представьте, что вы раскручиваете колесо в горизонтальной плоскости. кадая его точка будет пытаться улететь от центра вращения за счет центробежной силы. тут важно, что у силы есть вектор. за счет вектора, при попытке изменить плоскость колеса, оно будет стремиться вернуться в исходное положение.
          ну а дальше, чем сильнее раскрутили, тем больше сила. как-то так.
          • +17
            Лучше б вы и не объясняли, только запутали. Магия, чё!
            • 0
              Недавно читал простое объяснение на примере велосипедного колеса. Мол, если при быстром движении начать поворачивать руль (скажем, вправо), те части колеса, которые находятся сзади, начнут двигаться влево. А так как движение быстрое, эти части, продолжая двигаться влево, переходят вперёд, и, грубо говоря, начинают прикладывать усилие для поворота колеса в обратную сторону.

              Правда, не знаю, насколько это соответствует реальности. Признаюсь, никогда не был в ладах с физикой. :)
              • +1
                велосипедист не падает совсем не из-за эффекта гироскопа…
                • +1
                  Насколько я понял, велосипедист не падает в том числе и из-за эффекта. Поэтому, например, равновесие проще держать на высокой скорости. Но, конечно же, выше я лишь пересказывал простой пример. Разумеется, чтобы велосипедист мог не падать исключительно из-за эффекта гироскопа, скорость вращения колёс должна быть куда выше.
                  • +1
                    Нет, гироскоп на велике вообще почти не причем, его усилие там слишком мало. Просто на большей скорости механизм удержания равновесия подруливанием работает быстрей и эффективней.
                    • +2
                      От этого на скорости проще ехать без рук.
                      • +1
                        А еще падается больнее.
              • 0
                если при быстром движении начать поворачивать руль (скажем, вправо), те части колеса, которые находятся сзади, начнут двигаться влево
                И вот он, щелчок понимания :) Спасибо.
                • +1
                  Да, но как быть с теми частями колеса, которые находятся спереди, и начинают двигаться вправо, нивелируя еффект задних чатей?
              • –1
                У велосипеда все не так. Если стоять и повернуть руль, то можно заметить, что передок велосипеда приподнимется. Так выгнута вилка. Соответственно, самое устойчивое положение колеса — ровно по курсу. Стоя на месте эффект слабо проявляется, потому что велика сила трения покоя между шиной и землей. А если хоть чуть ехать, то колесо само выровняется.

                Соответственно при наклоне уже самым низким положением будет колесо, повернутое в сторону наклона. И велосипед поворачивает в ту сторону, компенсируя наклон.
            • +8
              Возьмите какой-то груз на нитке. Начните его раскручивать вокруг оси. Возникнет центробежная сила. Попытайтесь его поднять или опустить (например силой тяжести) — при достаточной скорости вращения он все равно примет положение, что нитка, удерживающая его, будет перпендикулярна оси вращения. Теперь замените камень на кольцо вокруг себя — каждая точка ровно так же стремиться от вас удалиться за счет центробежной силы и при большой скорости вращения он будет стремиться занять положение, при котором его плоскость вращения перпендикуляра оси вращения. Теперь представьте, что ось закреплена с ним жестко. Это его стремление занять перпендикулярное положение оси будет её удерживать в начальном положении. При попытке отлонить ось, он начнет прецессировать, т.е. пытаться совместить ось вращения с вектором внешнего момента по кратчайшему пути, но это уже из другой оперы.

              Поскольку осталось все равно не понятным то, как он удерживается в вертикальном положении (я сейчас про юлу) — пойдем дальше. Допустим, у нас ось чуть чуть наклонена на восток. Возникает момент, который вращает эту ось, его вектор направлен на юг. Соответственно, за счет прецессии ось гироскопа начинает поворачиваться на юг. Но, поскольку у нас уже ось отклонена на юг, то вектор внешних моментов направлен уже на запад и ось начинает поворачиваться на запад. И так дальше — поэтому верх юлы описывает окружности. Это, к слову, называется нутацией.
              • 0
                О, спасибо, я понял!
              • +1
                Я всегда думал, что когда ось описывает окружность — это и есть прецессия.

                UPD Кстати, Вики со мной вроде как согласна:
                Нута́ция (от лат. nūtāre — колебаться) — слабое нерегулярное движение вращающегося твёрдого тела, совершающего прецессию.

                ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D1%83%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F
                • 0
                  Нутация и прецессия — это разные процессы. Прецессия это попытка волчка совместить ось собственного вращения с осью вынуждающего (вектором внешнего момента). А нутация это реакция на ударное воздействие, выражающаяся в колебательном движении.
                  • 0
                    Нутация порождается прецессией как раз таким образом, как я объяснил (т.е. за счет постоянного поворота внешнего момента и соответственно направления прецессии). При отсутствии поля (гравитационного в случае волчка) не будет постоянного внешнего момента и он не будет нутировать. В обратную сторону не работает — на сколько я понимаю — нет нутации без прецессии, поскольку нет постоянного вращающегося вращающего момента.
    • +32
      image
      • –1
        Скорее вот эти штуки:

        image

        Они тоже отлично балансировали и передвигались за счёт внутренней раскрутки. А куб — всего лишь куб.
        • 0
          Зря вы так про Куб-Компаньон.
    • 0
      Что-то мне напоминает…
    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
      • +3
        Верно, это просто система роторов, задающих угловую скорость всему кубу, изменяя скорость собственную.

        Гироскоп (от др.-греч. γῦρος — круг + σκοπέω — смотрю) — устройство, способное реагировать на изменение углов ориентации тела, на котором оно установлено, относительно инерциальной системы отсчета. В данном случае, куб остаётся на месте, валы роторов жёстко зафиксированы.
        За отклонениями куба следят отдельные схемы (акселометры или гироскопы) по трём осям.

        А жаль — было бы гораздо интереснее, если бы отклонение отслеживалось по датчикам давления на осях роторов. Тогда, при отклонении куба по одной из осей, на валу ротора с перпендикулярной осью возникала бы сила, благодаря которой куб бы начинал прецессию. Но, вовремя отследив появившееся усилие и скомпенсировав его двигателем, система возвращала бы куб в исходное положение.
        Тогда можно было бы говорить о гироскопах.
        Извиняюсь за такое количество текста.
    • +3
      Автор пишет:
      A shout-out to those who think that Cubli is a gyroscope. It is not. In a gyroscope the wheel spins at a high angular velocity to keep constant orientation. In the Cubli we use reaction torques to balance. These torques are what the Cubli's structure 'feels' when the three motors attached to it accelerate or decelerate the wheels. In fact, Cubli's controller tries to minimize wheel velocities in addition to keeping the structure upright. This method is more reactive to external disturbances and reduces vibrations and sensor noise.
  • +1
    Забавная игрушка)
    • +1
      Ага.
      Ванька-встанька, теперь банановый на гироскопе.
  • 0
    В демонстрации его слегка толкают пальцам, а как он поведет себя если хорошо приложиться?
    • +5
      упадет и встанет опять — )
      • +68
        И затаит обиду.
        • +16
          На обиженных… кхм
          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
            • +4
              На первый портал-то? О_О
              • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                • +1
                  Эмм. Я купил на распродаже первый портал и прохожу его.
                  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                    • +1
                      Лучшая — это вторая часть

                      Этот спойлер чуть не испортил впечатления от прохождения
                      GLaDOS- картошка
    • –6
      А если его раз в 20 увеличить?
      • +63
        То он станет больше в 20 раз.
        Или вы о чём?
        • –19
          Двойку вам.
          Марш учить закон масштабирования (или закон квадрата-куба).
          • +41
            Мне, пожалуйста, двойку удалых коней. Спасибо.

            Перед тем как отправлять тот коммент я думал сострить на тему закона квадрата-куба… Но так-как автор не сказал, что именно он собирается увеличивать «в 20 раз», любая математическая шутка выглядела бы как банальное задротство и придирки. Если бы он сказал, что собрался увеличивать, размер, массу, или что-нибудь ещё, то да, можно было бы дать волю фантазии и математическо-физическим навыкам. А тут пришлось довольствоваться лишь шуткой в стиле «Капитан Очевидность», ибо токовая оставалась самой лаконичной и понятной, какой и должна быть хорошая шутка.
            Прошу вас впредь, прежде чем стараться поставить кому-то оценку, подумать самому, что бы вы сделали на его месте, и какой бы это дало эффект.

            С наилучшими пожеланиями,
            Искренне ваш,
            Shultc
            • –31
              Мое почтение, я, каюсь, не смог удержаться, и направил на путь истинный человека, кто считает, что шутка в стиле КО может быть лаконичной и понятной (а еще смешной и свежей).

              Более того, мои телепатические навыки настолько ослабели с приходом зимы, что за отсутствием внятного контекста, диалог вида:
              А если его раз в 20 увеличить?
              То он станет больше в 20 раз.
              Или вы о чём?
              немного маразматичен, вы не находите?
            • –18
              Вы конечно остряк, тут не поспоришь. Но все таки если оценивать с точки зрения ценности информации, комментарий SoulAge лучше чем ваш. Поясню — из вашего комментария я ничего нового не узнал, а вот из его комментария я узнал новое и интересное. Все таки развлекать могут на другом сайте, на хабре важна полезность прежде всего.
              • +13
                Спасибо. Но плюсики уже не вернешь ;)

                p.s. Я перечитал свое сообщение выше, и осознал, что был дерзок, груб и неточен в формировании мысли, так что все заслуженно ;)

                p.s.s. Мне не дает покоя, что же имел в виду PDEMON?
                • +2
                  Наверняка то, что при определенном увеличении массы этого куба, человеку будет уже не под силу нарушить баланс ни каким толчком. Концептуальный дом, например, привлекающий туристов.
                  • 0
                    Внутри которого крутятся диски и режут людей. Интересный дом, привлекающий туристов.
                    Не думаю, что законы поменяются увеличив размер и в 200 раз.
                    • –1
                      Законы то не поменяются, но и от размера многое зависит.
                      Вот мой заминусованный комментарий, в котором описан закон масштабирования. Все же рекомендую ознакомиться.
                  • –2
                    Подозреваю, что это невозможно.
                    При увеличении массы, материалы становятся более хрупкими.
                • 0
                  Отвечал на комментарий где человек спрашивал что с ним будет если хорошо приложиться. Мне интересно посмотреть на такую конструкцию размером так с 9 этажный дом.

                  potomushto, меня понял.
                  • 0
                    Теперь я спокоен. =)

                    При существующих материалах, такой кубик нельзя сделать размером с девятиэтажный дом, да и смысла в этом нет никакого, удержание баланса требует энергии.

                    Скорее, такие кубики будут стараться уменьшить в размерах, так как это первый (нулевой) шаг в сторону создания самосборных нанороботов. Серая слизь уже близко.
          • +1
            Очень интеретная ссылка. Спасибо огромное!
  • +12
    Он как живой. Это куб-компаньон без одёжки!!!
  • +34
    Положить в ящик и отучить кладовщика пить навсегда.
    • +1
      прекрасно!
  • +2
    Если добавить внутри увесистый поршень, который резко сможет дёргаться вверх-вниз, то штука сможет перемещаться по поверхности прыжками…
    Вот тогда это будет страшный робот!
    • 0
      Надолго ли его хватит? Развалится же ж.
      • +23
        Ну, если эта металлическая конструкция окажется хлипкой, места соединений всегда можно обмотать синей изолентой.
  • 0
    Интересно, что будет, если его не пинать, а сдвинуть и удерживать в отклонении, постепенно увеличивая угол?
    • +7
      Думаю просто будет плавно увеличиваться скорость, с которой крутятся внутренние колёса. А какие вообще ещё есть варианты?
      P.S. «Ага» сказали русские мужики...
    • +1
      Будет увеличивать скорость вращения маховиков, чтобы компенсировать силу тяжести, а когда двигатели выйдут на максимальные обороты — упадёт.
      И да, тут получается основную роль играет не гироскопический эффект(хотя он наверное тоже имеет место быть и учитывается в их расчетах), а инерция маховиков. Кстати похожим образом уже 40 лет управляют космическими аппаратами.
      • 0
        То есть например когда куб стоит на грани — маховики параллельные этой грани выступают в роли гироскопов, а маховик перпендикулярный ей изменяет положение куба за счет инерции раскручиваясь или наоборот замедляясь.
        А когда куб стоит на угле — там уже хитрым алгоритмом учитываются оба эффекта для всех трёх(?) маховиков.
  • 0
    Должен найти применение в барах и ресторанах. Для перебравших клиентов )
    • 0
      Не знаю, как насчет баров и ресторанов, а вот во всяких казино (при соотвествующей минимизации), имхо, вполне пригодится. И не только для перебравших посетителей…
  • +2
    А что за птица была ещё в СССР, можно какую-нибудь информацию?
    • 0
      Вот такая! link
      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
        • 0
          Извиняюсь. Была ссылка на птичку, такую же, что расположена ниже… сломалась.
          • 0
            Это JPG в base64, ещё бы не сломаться. Вообще, если http:// убрать, отображается что-то около верхней трети пикчи.
    • +12
      • 0
        Круто, спасибо! Правда меня интересовала именно та версия, которая была в ссср, отличалась ли она от этой.
        Эта какая-то иностранная :)
        • +8
          Думаю что-то такое, но обтянутое кожухом:
          Скрытое изображение
          image
          image
        • +4
          Боюсь вас разочаровать, но многие из советских игрушек были клонами западных.
          Например, программируемый вездеход — Big Trak, ЖК-игрушки Электроника — Nintendo Game&Watch итд.
      • 0
        Я последний год пользуюсь такими ссылками, когда хочу помочь человеку с поиском: lmgtfy.com/?q=%D0%B1%D0%B0%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%B8%D1%80%D1%83%D1%8E%D1%89%D0%B0%D1%8F+%D0%BF%D1%82%D0%B8%D1%86%D0%B0
        • +3
          когда хочу помочь человеку с поиском

          Когда хотите поиздеваться.
          • 0
            Да, «помочь» нужно было в кавычки поставить. Каждый раз забываю, что у хабровчан часто парсер сломан и сарказм хреново различает. :)
  • –5
    SkyNet в детстве.
    • 0
      Только в очень далёком детстве: даже не на этапе эмбриона, а ещё когда есть только две клетки :)
      • 0
        Почему же в далёком? Примерно так железяки в фильме и встают, как этот куб переворачивается =)
  • +1
    Охтыж, я сразу вспомнил «тот самый куб».

    image
  • 0
    Я бы такую в офисе поставил, было бы очень в тему :)
  • +2
    Кто первый выпустит игральные кости с таким гироскопом внутри??? Чтобы всегда выпадала шестёрка :)
    • +4
      Чтоб всегда на ребро.
      • +4
        В универ же идти придётся.
        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
  • +5
    Соорудить бы с использованием Cubli системный блок. Забавная бы вышла штука. Бессмысленная, несомненно, но забавная.
    • +3
      Ой, у вас компьютер стоит.
      • 0
        Б: «Ой! У меня опять процессор завис»
  • 0
    Круто. Я с похожей вещью в дестве играл. Юла называется (волчек в других редакциях). Только там не было электроники. Совсем.
    А по факту не вижу ничего крутого — силовые гироскопы в космосе для ориентации спутников используют давно. Тут их собрали в кубик и научили его от этого балансировать. В чем практическая польза от этого?
    • –2
      Галина Борисовна?
  • 0
    Я думаю, что главный прикол тут не столько в том, что он может стоять одном из углов, сколько в том, что он сможет самостоятельно перемещаться. С грани на грань, но и может еще менять направление, при чем не только на 90°, а на любой уол.

    То есть в этом не столько прикол, сколько возможное практическое применение в будущем. А если две параллельные стороны смогут еще менять форму с квадратов на круги, то будет такая универсальная штука, которая может быть устойчивой, когда стоит, и мобильной, когда перемещается.
    • +1
      Немного фантазии: сделать надувные подушки на гранях, чтобы он мог превращаться в шар и… катиться захватывать мир!!!
  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
  • 0
    Ужас!!!

    Супербос из игры legend of grimrock вырвался в наше измерение!!!

    Слава богу он пока маленький…
    • 0
      Мне как-то не по себе. Они внушают страх.
    • 0
      Cube Army + Replication => Cube Grease
      Cube Grease + Mutation => World of Minecraft
  • +1
    Была недавно похожая новость с гироскопами и кубиками.
    "Самосборные конструкции из движущихся кубиков" от alizar.
  • 0
    Теперь я знаю, что хотел бы получить на Новый год в качестве подарка!
  • 0
    Чем-то напомнило
    www.youtube.com/watch?v=Z86V_ICUCD4
    с точки зрения полезности и стремления к сохранению состояния под воздействием внешних возмущений. (:
  • 0
    Кто знает, этот кубли будет одинаково стабильно работать на экваторе и на полюсе, или нужна будет постоянно рекалибровка сенсоров (или что там у него внутри)?
    • 0
      уточню вопрос — если запустить ламповый обычный гироскоп, например, на экваторе, то он будет «жить» в своей личной системе координат. И если Земля «уедет» вращаясь, то гироскоп все равно останется стабилен в своей системе. Для наблюдателя это будет выглядеть как отклонение оси гироскопа от горизонта (принцип гирокомпаса). Что в этом произойдет с Кубли? Если он позиционирует себя в пространстве с помощью сенсоров относительно Земли, тогда он будет «уезжать» вместе с планетой? В таком случае полезность девайса в космотехнике, навигации и тп. будет весьма сомнительна.
      • 0
        Расположение будет влиять только на скорость прецессии (изменение угла наклона маховика в связи с вращением земли), в остальном куб будет вести себя одинаково. Это корректируется элементарно, кубу нужно будет лишь небольшой замер провести перед полноценной работой.
      • 0
        Если там используется что-то типа БИНС, то он постоянно внутри себя решает уравнения и знает свое местоположение с точностью начальной выставки и ухода этой БИНС. Но скорее всего, там гораздо проще алгоритмы. Он измеряет направление гравитационного притяжения, и зная его, поворачивается на соотвествующий угол, такой, чтобы его центр масс и угол, на котором он стоит, лежали на прямой, параллельной этому вектору.
        Гироскопы, которые здесь на самом деле играют роль ДУСов (датчики угловой скорости), нужны для определения скорости, что, в свою очередь, необходимо для решения задачи управления (т.е. чтобы он с минимальными энергетическими и временными затратами вставал в необходимое положение), а так же чтобы он компенсировал возникающее вращение и вновь возвращался в устойчивое положение.

        Соответственно, в таком исполнении ему все равно на широту.
      • 0
        Гирокомпас, на сколько я понял, устроен по-другому:
        Допустим ось гироскопа изначально установлена в положение север-юг горизонтально.
        Так как ось гироскопа все время смотрит в одну сторрону, а земля вращается — то за сутки работы ось гироскопа совершит полный оборот.

        Но на оси с одной из сторон крепится груз, который тянет одну из сторон оси вниз, а ось, из-за противодействия, отклоняется не вниз, а в сторону от усилия под 90 градусов. Груз подбирается так, чтобы тоже получился 1 оборот в сутки, но в другую сторону.

        И, как результат, получается гирокомпас, который через любое время будет ориентирован в одну и ту-же сторону.
        • 0
          Для стабилизации гироскоп устроен не так. Он так же вращается с объектом, на котором он закреплен, но есть моментный датчик, меряющий прецессию, и, соответственно, рассчитывающий из него внешний момент, который вращает гироскоп.
          В случае работы как ДУС, ось гироскопа фиксируется не жестко, а, так сказать, на пружинке. И мы меряем угол отклонения оси от того, в каком она якобы должна быть, если бы была закреплена жестко. Этот угол пропорционален (в каких-то пределах) скорости вращения объекта вокруг оси действия гиросокопа.

          ВНИМАНИЕ! Тут (и выше) я говорю исключительно о механических гироскопах. MEMS, оптические, лазерные работают совершенно иначе. Они называются гироскопами лишь из-за того, что дают те же измерения, принцип работы совершенно другой. Разве что у некоторых MEMS похож.
  • 0
    Интересно, будут ли его обучать ходить по канату?
  • +1
    А мне сразу вот этот куб напомнило. Он и сам переваливался на нужный ему бок.
    image
    • +2
      Кстати, да. Legend of Grimrock хорошая игра ;)
  • +2
    Я поискал глазами цилиндрик. Он стоял, касаясь пола краем торца, в
    положении, исключающем всякую возможность равновесия.
    — Положь умклайдет!


    (с) Понедельник начинается в субботу
    • 0
      Ага, и уже в те времена(написания) на лабораторных по ТАУ подобных вещей была масса.
      • 0
        Надо в смартфон эту штуку. Чтобы ползал за хозяином и делал стойку.
        • 0
          А ещё в пульт и носки, чтобы не терялись.
  • 0
    И брелки… и машину, чтоб сама за мной приезжала кувыркалась…
  • 0
    Где купить можно?
  • 0
    Интересно если я точку опоры поеняю на ту что в верху, чтобы как елочная игрушка висел. Я его сломаю?)))

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.