Создание биоподобного робота с шасси на четырех подвижных опорах, имитирующего движение животных и свободно перемещающегося в пространстве, оснащенного стрелой манипулятором с клешневым захватом.

Роботы играют всё более важную роль в жизни человека. Их применение охватывает множество сфер – от медицины, промышленности и освоения космоса до повседневной помощи в быту. В частности, роботы широко представлены в приложениях, связанных с обеспечением жизнедеятельности человека в опасных условиях и расширением его функциональных возможностей. В опасных условиях роботы заменяют людей, беря на себя задачи, связанные с риском для жизни и здоровья.
Создание человекоподобных роботов – одна из самых сложных задач, требующих интеграции передовых технологий в области биомеханики, искусственного интеллекта, материаловедения и нейроинтерфейсов. 
Несмотря на уже достигнутый значительный прогресс в данной области, разработчики только сейчас начинают создавать роботов, полностью имитирующих движения человека – способных двигаться так же плавно и эффективно. Основные проблемы связаны с энергоэффективностью, устойчивостью и управлением сложными системами приводов.
Сохранение устойчивости и баланса у робота, передвигающегося на двух конечностях, достигается путем применения сложных электромеханических устройств (электрических приводов, гироскопов и пр.) и программных алгоритмов, что приводит к высокому энергопотреблению при постоянной коррекции позы. Также при создании экзоскелетов необходимо тщательно учитывать биомеханику движения человеческого тела, поскольку данные роботизированные комплексы функционируют в плотном контакте с телом человека.
Представленная работа является первым этапом на пути создания функциональных экзоскелетов и человекоподобных роботов. В работе исследовался биоподобный робот на четырех подвижных опорах. Изучение принципов биомеханики необходимо для построения подобных роботов, способных эффективно перемещаться в пространстве, обладающих устойчивостью и способных перемещать грузы.

Разработанный робот манипулятор с подвижным шасси служит моделью устройств, работающих с различными опасными предметами, в агрессивных средах и труднодоступных местах, минимизируя риск жизни и здоровью людей, работающих в этих сферах. Особенно это актуально для химической промышленности, металлургии, в условиях высоких температур, в атомной энергетике в условиях повышенной радиации, в военных и гражданских целях – разминирование и разбор завалов, возникших в результате техногенных происшествий и природных катастроф.
Разработанная модель робота манипулятора с подвижным шасси демонстрирует основные принципы работы сложных биоподобных робототехнических устройств, применяемых в различных сферах науки и техники. В ходе разработки робота были достигнуты основные требования, предъявляемые к подобным устройствам: устойчивость и прочность конструкции, высокая грузоподъемность, автономность функционирования.
Результаты, полученные в данной работе, будут использованы в дальнейшей разработке шагающих роботов – человекоподобных роботов и экзоскелетов, а также в изучении способов преодоления технологических барьеров при их создании.

Данный проект является первым этапом на пути создания учебной модели человекоподобного робота и экзоскелета.

Развитие представленного проекта видится следующим образом:
1. Первый этап (представленный в данной работе) – шагающий робот с клешневым захватом, имеющий подвижное шасси на четырех подвижных опорах, имитирующее движение животных. Робот свободно перемещается в пространстве и имеет стрелу манипулятор с клешневым захватом. Робот способен самостоятельно определять препятствия и управлять стрелой манипулятором.
2. Во втором этапе планируется усложнить функционал полученного робота. Робот сможет маневрировать в пространстве на четырех конечностях – двигаться не только вперед и назад, но и поворачивать влево и вправо. При конструировании робота будут использованы элементы, напечатанные на 3D принтере. В частности, в поворотном узле планируется использовать элементы, изготовленные методом 3D печати. Также робот будет в себе сочетать элементы конструктора Arduino с расширенным набором сенсоров. В частности, с помощью Arduino робот сможет распознавать предметы и выполнять элементарные действия с ними. В данных целях планируется применение программной библиотеки распознавания образов на основе искусственного интеллекта.
3. В третьем этапе планируется применить полученные знания при создании конструкции робота на двух опорах. На данном этапе планируется изучение принципов перемещения человека, разработка примерной конструкции нижних конечностей и их апробация. Оптимальные пропорции робота будут подбираться исходя из его веса, жесткости конструкции и темпа перемещения. Данный робот будет обладать теми же характеристиками, что и шагающий робот на четырех конечностях 2 этапа. 
4. На четвертом этапе планируется встроить сенсорный модуль с распознаванием голосовых команд.
5. Результатом пятого этапа видится человекоподобный робот, выполненный из деталей Lego Mindstorms и Arduino, способный идти прямо, назад, поворачивать влево, вправо и разворачиваться. Робот сможет распознавать образы и производить манипуляции с предметами, взаимодействовать с окружающей средой, распознавать голосовые команды и действовать сообразно обстоятельствам. Предполагается, что часть деталей робота будет изготовлена на 3D принтере.
6. На шестом этапе предполагается разработка модели экзоскелета, выполненного из деталей конструктора Lego Mindstorms. Моделью человека будет служить робот не способный передвигаться самостоятельно. Данный робот будет помещен в разработанный экзоскелет и за счет встроенных датчиков он сможет перемещаться в пространстве. Разработанный экзоскелет будет являться моделью для изучения принципов построения и функциональных возможностей экзоскелетов, пригодных для применения человеком.