KONSTRUKCJA PLATFORMY NO NEJ ROBOTÓW MOBILNYCH

Transkrypt

1 W Y B R A N E P R O B L E M Y I NY N I E R S K I E N U M E R 2 I N S T Y T U T A U T O M A T Y Z A C J I P R O C E S Ó W T E C H N O L O G I C Z N Y C H I Z I N T E G R O W A N Y C H S Y S T E M Ó W W Y T W A R Z A N I A Mirosław TARGOSZ *, Wojciech SKARKA, Marek WYLEOŁ, Piotr KASZA, Wojciech MOCZULSKI Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika lska, Gliwice * miroslaw.targosz@polsl.pl KONSTRUKCJA PLATFORMY NONEJ ROBOTÓW MOBILNYCH Streszczenie: Artykuł zawiera opis konstrukcji gsienicowej platformy nonej, przeznaczonej dla robotów mobilnych pod roboczymi nazwami Transporter oraz Explorer. Konstrukcja platformy nonej została wykonana przez zespół badawczy z Katedry Podstaw Konstrukcji Maszyn Politechniki lskiej w Gliwicach we współpracy z Instytutem Technologii Eksploatacji-PIB w Radomiu w ramach projektu badawczego nr RC/2/II.4.1/PS Wielozadaniowe mobilne roboty wykorzystujce zaawansowane technologie finansowanego ze rodków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego. 1. Wstp Platforma nona robotów mobilnych została skonstruowana w ramach projektu badawczego Wielozadaniowe mobilne roboty wykorzystujce zaawansowane technologie, który dotyczy opracowania i wykonania zespołu robotów mobilnych przystosowanych do monitorowania obiektów technicznych i wykonywania specjalistycznych zada w ramach nadzoru eksploatacyjnego oraz ochrony przed zagroeniami. Opracowanie konstrukcji gsienicowej platformy nonej było jednym z etapów realizacji projektu. Konstrukcja została opracowana przez zespół autorów. Na etapie opracowywania załoe wstpnych i koncypowania zespół był wspierany przez pozostałych wykonawców zadania, czyli pracowników i studentów Katedry Podstaw Konstrukcji Maszyn Politechniki lskiej w Gliwicach oraz pracowników Instytutu Technologii Eksploatacji-PIB z Radomia. W kolejnych rozdziałach przedstawiono wymagania stawiane robotom mobilnym oraz wynikajce z tego załoenia konstrukcyjne platformy nonej. Nastpnie przedstawiono opis opracowanej konstrukcji. Opisano równie przebieg pracy zespołu i wskazano obszar dalszych prac. Opracowane oryginalne rozwizanie bdzie stanowi baz do budowy specjalizowanych robotów mobilnych, których fizyczne prototypy przewidziane s jako rezultat kocowy zadania badawczego. Dotychczasowe efekty pracy zespołu oraz dodatkowe informacje mona znale na stronie projektu (strona ta jest okresowo aktualizowana).

2 2. Podstawowe wymagania Na etapie koncypowania opracowano załoenia dotyczce zakresów funkcjonalnoci robotów, w tym m.in.: przeznaczenie poszczególnych robotów oraz całej grupy, warunki pracy, sposoby sterowania i poruszania si, rodzaje i zasady współdziałania grupy robotów, wstpne parametry systemów komunikacji oraz lokalizacji. Zespół projektowy opracował przykładowe scenariusze misji dla robotów, tj. przewóz ładunków niebezpiecznych, pobranie próbek na skaonym terenie, detekcja i lokalizacja wycieków instalacji chemicznych oraz zagroenia poarowego, lokalizacja osób poszkodowanych na terenie gruzowiska, pogorzeliska, monitorowanie pomieszcze i przestrzeni otwartych, wizualna ocena stanu otoczenia itp. W ramach dalszych prac dokonano analizy stanu wiedzy [1,2] oraz opracowano koncepcje robotów Transporter, Explorer i małego robota kołowego Pathfinder. Biorc pod uwag przykładowe misje grupy robotów, sprecyzowano przeznaczenie poszczególnych robotów. Przeznaczenie robota Transporter : pobieranie i transport robotów typu Pathfinder, pobieranie i transport przedmiotów niebezpiecznych. Przeznaczenie robota typu Explorer : inspekcja wizyjna obiektów z moliwoci pobierania próbek, np. gleby, detekcja rónego rodzaju zagroe, tj. na przykład: nadmierne stenie CO, zagroenia poarowe. W tabeli 1 zaprezentowano podstawowe wymagania funkcjonalnoci robotów Transporter i Explorer, które stanowiły punkt wyjcia do załoe projektowo-konstrukcyjnych platformy nonej. W celu opracowania koncepcji układu mechanicznego robotów Transporter i Explorer dokonano przegldu rozwiza konstrukcyjnych robotów spełniajcych podobne funkcje. W analizie porównawczej uwzgldniono midzy innymi roboty polskie: Inspector, Expert, Scout oraz Ibis wytwarzane przez PIAP [3] oraz roboty zagraniczne: 510 Packbot, SUGV, 710 Warrior, 210 Negotiator firmy irobot [6] oraz roboty innych producentów [2,5,6]. Dua masa robota oraz złoono układu nonego okazały si w wielu dotychczasowych rozwizaniach układów nonych w znanych konstrukcjach jednym z głównych czynników wpływajcych na ich mał przydatno w kontekcie realizowanego zadania. Skutkiem tego przy opracowaniu koncepcji układu mechanicznego decydujcym kryterium było uzyskanie jak najmniejszej masy całego układu oraz pewnoci działania i prostoty rozwiza. Dla załoonego zestawu funkcji robotów Transporter i Explorer zdecydowano si na zastosowanie dla obu robotów wspólnej gsienicowej platformy bazowej. W kolejnym przyblieniu rozpatrywano dwie wersje platformy nonej robotów rónice si połoeniem dodatkowej gsienicy (po wewntrznej lub zewntrznej stronie głównych gsienic napdowych). Ostatecznie wybrano rozwizanie z gsienicami pomocniczymi umieszczonymi po wewntrznej stronie gsienic napdowych.

3 Tab. 1. Wymagania dotyczce funkcjonalnoci robota Transporter i Explorer Tab. 1. Specification of functionality of robots Transporter and Explorer Warunki pracy warunki terenowe: zalegajcy nieg, błoto, piasek, tereny lene o umiarkowanym zagszczeniu runa lenego i zrónicowanej ciółce, podłoe trawiaste, podłoe kamieniste lub inne utwardzone, obszary o rónorodnej formie ukształtowania: umiarkowane pagórki, grzdy, rowy itp., praca w terenie otwartym w dzie i noc, praca w pomieszczeniach oraz ich obszarach o rónym stopniu owietlenia i widocznoci, temperatura otoczenia: od -5 do 40 C, warunki atmosferyczne: redni opad niegu lub deszczu, umiarkowany wiatr, mgła, poruszanie si w budynkach (pokonywanie standardowych otworów drzwiowych oraz schodów), typowe przeszkody w terenie otwartym i w budynkach. Zasilanie moliwo łatwej wymiany akumulatorów, akumulatory doładowywane na robocie z zewntrznego ródła zasilania, zasilanie awaryjne z pominiciem akumulatorów, monitorowanie stanu akumulatorów. Sposób poruszania si ruch przód/tył z okrelon prdkoci ok. 5 km/h, skrt lewo/prawo po łuku, obrót lewo/prawo w sposób czołgowy. 3. Opis konstrukcji platformy nonej Podczas prac badawczych opracowano konstrukcj platformy nonej. Model wirtualny pokazano na rys. 1. Skonstruowana platforma moe równie funkcjonowa w wersji uproszczonej, bez przedniej gsienicy, pozbawiajc platform pewnych moliwoci mobilnych, ale za to wersja taka charakteryzuje si mniejsz mas. Platform non stanowi podwozie gsienicowe, zamocowane na ramie nonej wykonanej z ktowników. Podłoga oraz powierzchnie boczne wykonane s z blachy ze stopów lekkich. Górn powierzchni platformy mechanicznej robota stanowi płyta T-rowkowana zastosowana w celu umoliwienia szybkiego i uniwersalnego montau oprzyrzdowania dodatkowego (czujników, manipulatora, uniwersalnego kosza itp.).

4 Rys.1. Model platformy nonej robotów mobilnych Fig.1. Model of base platform of mobile robots Platforma wyposaona jest w dwa rodzaje gsienic: główne oraz pomocnicze; przy czym gsienice pomocnicze s o regulowanym pochyleniu w stosunku do platformy nonej. Układ napdowy stanowi dwa niezalene silniki elektryczne 24 VDC, przekazujce moment poprzez przekładnie na koła napdowe gsienic głównych. Na gsienic pomocnicz moment napdowy przekazywany jest poprzez sprzgnicie koła zwrotnego gsienicy głównej z kołem napdowym gsienicy pomocniczej. Zmiana kta pochylenia gsienicy pomocniczej dokonywana jest równie z uyciem silnika 24 VDC poprzez zespół przekładni. Zestaw podnoszenia gsienic pomocniczych zawiera take hamulec w celu unieruchomienia ramion gsienic w dowolnej pozycji. Zasilanie platformy stanowi akumulatory litowo-fosforowo- elazowe (LiFePO4) umieszczone w bocznej czci robota, zainstalowane w specjalnie zaprojektowanych skrzyniach znajdujcych si w przestrzeni pomidzy gsienicami głównymi. Dostp do nich (np. w celu wymiany ogniw) jest moliwy poprzez klapy boczne. W wewntrznej czci platformy znajduje si przestrze do montowania układów elektronicznych. Na rys. 2 zaprezentowano widok wewntrznej czci modelu platformy nonej (dla skupienia uwagi niektóre elementy celowo nie zostały pokazane). Wymiary oraz masa robotów powinny umoliwi przejazd przez drzwi oraz podjazd pod schody w standardowych budynkach. Przewiduje si, e masa całkowita platformy nonej wyniesie ok. 100 kg. Masa robota Transporter po zainstalowaniu manipulatora oraz kosza załadunkowego wzronie do ok. 150 kg. Natomiast robot Explorer ze swoim oprzyrzdowaniem bdzie posiadał mas ok. 120 kg. Przewit platformy nonej to ok mm. Wymiary gabarytowe platformy nonej przedstawiono na rys. 3.

5 Rys.2. Widok wewntrznej czci modelu platformy Fig.2. Inside view of the platform model Rys.3. Wymiary gabarytowe Fig.3. Overall dimensions 4. Podsumowanie Konstrukcja platformy mechatronicznej robotów Transporter / Explorer została opracowana przez zespół wykonawców z Katedry Podstaw Konstrukcji Maszyn. Prace modelowe wykonano z uyciem systemu CATIA V5. Na etapie koncypowania oraz rozwizywania poszczególnych problemów dotyczcych konstrukcji zespół projektowy był

6 wspomagany przez pozostałych uczestników zadania, którymi s pracownicy i studenci Katedry PKM oraz pracownicy Instytutu Technologii Eksploatacji-PIB z Radomia. Praca nad platform wymagała współpracy całego zespołu i przebiegała współbienie z projektem małego robota Pathfinder (którego konstrukcja nie stanowi zakresu niniejszej publikacji) oraz pozostałymi projektami specjalizowanego oprzyrzdowania robotów. Wymiana informacji, danych projektowych, plików modeli była realizowana za pomoc serwera pracy grupowej E-Groupware, który pozwala na sprawne zarzdzanie tego typu danymi. Dodatkowo zespół z Gliwic oraz zespół z Radomia spotykały si na cotygodniowych telekonferencjach, podczas których prezentowano wyniki pracy (uywano do tego celu systemu Mikogo, który pozwala na tworzenie wirtualnych zebra, dzielenie pulpitu operatora itp.). Wyniki prac zespołu (w postaci dokumentacji technicznej) zostały przekazane pracownikom warsztatu w Radomiu w celu wykonania prototypu platformy nonej. W biecym roku planuje si uruchomienie platformy i przeprowadzenie pierwszych testów. Po tych badaniach planuje si doposaenie platformy w specjalizowane układy w cely wykonywania załoonych misji dla robotów Transporter oraz Explorer. Prace wykonane w ramach zadania badawczego nr. RC/2/II.4.1/PS Wielozadaniowe mobilne roboty wykorzystujce zaawansowane technologie współfinansowanego przez Uni Europejsk ze rodków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego. Literatura 1. Adamczyk M. i in. : Multi-robot group for inspecting large area objects. Problemy Eksploatacji, Maintanance Problems 2008, 3 (70), s z dnia z dnia z dnia z dnia z dnia DESIGN OF BASE PLATFORM OF MOBILE ROBOTS Summary: The paper deals with the design of a caterpillar base platform, used in mobile robots Transporter and Explorer. The design was made within the project No RC/2/II.4.1/PS "Multifunctional mobile robots using advanced technologies", co-financed by the European Union through the European Regional Development Fund, implemented by the Silesian University of Technology in cooperation with the Institute for Sustainable Technologies- National Research Institute.