На каналі James Bruton вийшов ролик «Auto-Driving Ball-Wheeled Omni-Directional Car». Інженер показав повнорозмірну платформу, на якій можна сидіти, і яка вміє рухатися вперед, назад, боком, крутитися на місці й самостійно орієнтуватися в просторі. Керує всім нова плата Arduino Ventuno Q.
Ідея не нова для Bruton — він уже експериментував із кульовими колесами на менших платформах і навіть на велосипедах. Цього разу завдання було амбітніше: зробити машину, яка витримує вагу людини, має повноцінну автономну навігацію й при цьому залишається відносно простою в збірці.
Чому саме кульові колесаЗвичайні омні-колеса мають ролики по периметру. Тут використали інший підхід, який колись запропонували в університеті Осаки. Кожне з чотирьох коліс складається з двох півсфер. Вони активно обертаються навколо однієї осі, а в перпендикулярному напрямку крутяться вільно. Завдяки цьому платформа голономна — може рухатися в будь-якому напрямку незалежно від того, куди дивиться корпус.
Півсфери зібрали з багатошарової фанери й вертикальних ребер, зверху додали 3D-друковані куполи з гнучкого пластику,
а по краю наклеїли зносостійку гумову стрічку. На самому кінці кожної півсфери стоїть невелике додаткове коліщатко. Воно потрібно для того, щоб машина могла вільно перекочуватися навіть тоді, коли вся вага припадає на верхівку кулі.
Чотири такі колеса стоять під кутом 45°. Шасі зібране з жорсткого алюмінієвого профілю 40×40. Конструкція вийшла достатньо міцною, щоб легко нести людину.
Привід і «мозок»Кожне колесо крутить безколекторний мотор ODrive S1 номінальною потужністю 2 кВт. Чотири таких мотори дають солідний запас тяги. Під час одного з тестів, коли машина все ж зачепила конус, Bruton жартома зауважив, що «тут шість кіловатів» — мабуть, маючи на увазі реальне споживання в той момент, а не сумарний номінал.
Головний контролер — Arduino Ventuno Q. Це вже не класична Arduino. Плата має два процесори: потужний Qualcomm Dragonwing для Linux і штучного інтелекту (до 40 TOPS) і окремий STM32 для реального часу. Саме тому на ній без проблем працює ROS 2 і повний навігаційний стек Nav2.
Для огляду простору стоять два лідари RPLIDAR S3. Вони дають 360-градусний огляд.
Машина сама будує карту, бачить перешкоди, оновлює costmap і прокладає маршрут. Керувати можна і вручну — звичайним джойстиком.
«Це виглядає так, ніби все працює. Але в майстерні місця замало, щоб показати справжні можливості», — каже James Bruton у ролику.
Що показало тестуванняСпочатку автор вручну проїхав трасу з конусів і коробок, щоб зняти карту. Потім просто вказував ціль на екрані — і машина їхала сама. Іноді вона була надто обережною й залишала великий запас. Іноді, навпаки, підрізала кути занадто близько. Одного разу навіть спробувала проїхати прямо через конус. Але загалом система працювала: нові перешкоди з’являлися на карті, старі зникали, маршрут перераховувався.
Швидкість невелика — близько пів метра на секунду (таку ж показувала менша тестова платформа на звичайних омні-колесах). Для демонстрації й більшості сценаріїв у приміщенні цього цілком достатньо. Точних даних про вагу всієї машини, час роботи від акумуляторів і собівартість збірки в ролику немає.
Що з цього цікаво українським розробникам:
Кульові колеса самі по собі мають обмеження: вони добре працюють лише на рівній твердій поверхні.
На бездоріжжі чи навіть на нерівній підлозі їхня перевага швидко зникає. Натомість схема з двома лідарами для повного огляду, робота з ROS 2 і costmap, а також використання однієї плати, яка поєднує Linux і реальний час, — підходи, які можна зустріти й у відкритих проєктах українських команд, що займаються наземними платформами.
Arduino Ventuno Q при цьому виглядає як спроба закрити типову проблему робототехніки — коли для ROS потрібен окремий комп’ютер, а для моторів — окремий контролер. Тут обидва «мізки» сидять на одній платі. Для мейкерів і невеликих команд це може виявитися зручнішим, ніж збирати стек із кількох пристроїв.
Файли проєкту James Bruton викладає на GitHub. Сам ролик варто подивитися не тільки через ефектні кадри — там добре видно весь шлях від фанерних півсфер до працюючої автономної навігації, з помилками, переробками і моментами, коли потужні мотори раптом нагадують про себе.
Запис Інженер зібрав самокеровану машину на кульових колесах, яка їздить у будь-який бік спершу з'явиться на ProstoMob.
