Более десяти лет назад Ральф Холлис (Ralph Hollis) из Института робототехники при Университете Карнеги-Меллона изобрёл шаробот — элегантный по своей простоте робот, чья высокая и достаточно тонкая конструкция скользит поверх шара. Последний по своему размеру чуть меньше, чем шар для боулинга. (Кто знает, может быть, именно он вдохновил создателей седьмого эпизода "Звёздных войн", которые придумали робота BB-8?)
Последняя версия SIMbot обладает столь же изящным мотором с только одной двигающейся частью – шаром.
Сферический индукционный двигатель (spherical induction motor, или SIM) Холлис придумал совместно с Масааки Кумагаи (Masaaki Kumagai), профессором инженерии Университета Тохоку Гакуина.
Такое устройство исключает использование механических приводных систем, которые используются в предыдущих версиях шароботов. Из-за этого исключительного решения SIMbot нуждается в меньшем техническом обслуживании и менее прочих подвержен механическим повреждениям.
Новый двигатель может перемещать шар в любом направлении. Электронное управление балансирует конструкцию SIMbot поверх шара.
В целом индукционные двигатели не представляют собой ничего нового. Они используют магнитные поля для индуцирования (по сути, выработки) электрического тока в роторе двигателя без какого-либо источника энергии вовне.
Новизна SIMbot состоит в том, что ротор имеет сферическую форму, и благодаря математике и современному программному обеспечению робошар может двигаться в любом направлении. Кроме того, конструкция Холлиса и Кумагаи позволяет шару поворачиваться. То есть не только двигаться вперёд, но и назад.
Так как SIMbot использует экспериментальный индукционный двигатель, а не механическую систему привода, робот имеет минимальное количество движущихся частей.
Механическая простота SIMbot – значительный прорыв для всех шароботов, типов роботов, которые, по утверждению Холлиса, идеально подходят для работы с людьми. Поскольку робот фактически балансирует на вершине шара, он может быть таким же высоким, как и человек (тогда конструкция будет похожа на перевёрнутый роликовый дезодорант). Вместе с тем робот может быть достаточно тонким, чтобы проходить через дверные проёмы и между предметами мебели. Шароботы также могут помочь человеку встать с кресла и перенести тяжёлые вещи.
До настоящего момента поддержанием баланса роботов на шаре занимались механические системы. Шаробот Холлиса, например, использовал особый метод, в котором четыре мотора приводили в действие ролики. Последние упирались в шар так, что он мог двигаться в любом направлении по полу, пока пятый мотор контролировал рыскание самого бота.
"Но ремни, которые управляли роликами, изнашивались и нуждались в замене. А после замены ремней вся система должна быть заново откалибрована", — рассказывает исследователь Майкл Шомин (Michael Shomin). Новая конструкция двигателя позволяет избавиться от этих недостатков.
SIMbot опирается на полый железный шар, расположенный внутри медной оболочки. Шесть ламинированных стальных статоров расположены рядом с шаром и производят магнитные волны, направляя шар в нужном направлении.
Замена ременного привода на электрический ток уменьшает трение и делает механизм более эффективным и надёжным, поскольку он в этом случае требует меньшего профилактического обслуживания. В долгосрочной перспективе уход от механических компонентов может сделать такие устройства и более дешёвыми.
"Двигатель использует большое количество электроники и программного обеспечения. Все эти компоненты становятся всё более дешёвыми. Механические системы, напротив, не дешевеют, по крайней мере, дешевеют не так стремительно, как электроника", — подводит итог Холлис.
