Rodzaje mobilności robotów

Transkrypt

1 WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI KATEDRA AUTOMATYKI Rodzaje mobilności robotów Dr inż. Mariusz Dąbkowski

2 Plan prezentacji 1. Wstęp. Czym jest mobilność? 2. Podstawowe sposoby przemieszczania się robota a. Roboty kołowe b. Pojazdy gąsienicowe c. Maszyny kroczące (walkers) d. Inne typy mobilności 3. Podsumowanie

3 Wprowadzenie Czym jest system mobilności? Systemem mobilności robota lądowego lub pojazdu są te wszystkie części ułatwiające poruszanie się z jednego miejsca do innego. To oznacza wszystkie silniki, skrzynie biegów, części zawieszenia, napęd i przełożenia, koła, opony, gąsienice, kończyny (łapy, nogi, stopy ), wiązania, mechanizmy przenoszenia środka ciężkości, mechanizmy zmiany kształtu lub geometrii.

4 Wprowadzenie Rodzaje mobilności Systemy mobilności można podzielić na cztery ogólne kategorie: Kołowe Gąsienicowe Maszyny kroczące (ang. Walkers) Inne np. toczące się,wężeitd.

5 Roboty kołowe Roboty kołowe - cechy Najpowszechniejszą formą pojazdu jest układ czterokołowy ze skrętnymi kołami przednimi. Jednakże rozwiązań jest bardzo dużo, stosuje się od jednego do ośmiu kół w zależności od potrzeb. Tereny nieprzejezdne dla robotów kołowych to: Bardzo miękki teren: luźny piasek, głębokie błoto i miękki śnieg Przeszkody takiej wielkości, że mogą zostać zablokowane między kołami Szczeliny

6 Roboty kołowe Podwozie trzykołowe przykładowe rozwiązania Dwa koła napędowe. Skręt odbywa się poprzez zmianę prędkości kół. Tylne koło pasywne ale skrętne. Przednie koła są napędzane oraz skrętne. Tylne koło nie skręca i może być pasywne lub napędowe.

7 Roboty kołowe Konstrukcje czterokołowe Godnym uwagi reprezentantem takiego rozwiązania jest Jet Propulsion Laboratory's Sample Return Rover (SRR), który został zaprojektowany przy współpracy z NASA dla celów przyszłej eksploracji odległych planet.

8 Roboty kołowe Konstrukcje czterokołowe cd. Algorytm poprawy przyczepności pojazdu na nierównym terenie.

9 Roboty kołowe Zawieszenie przegubowe robota SRR Zawieszenie przegubowe Nieruchome zawieszenie

10 Roboty kołowe Zawieszenie przegubowe robota SRR wyniki badań doświadczalnych

11 Roboty kołowe Robot czterokołowy YogiCub firmy Lego Przykładowy pojazd Szkielet systemu mobilności

12 Roboty kołowe Robot czterokołowy YogiCub firmy Lego

13 Roboty kołowe Robot czterokołowy YogiCub firmy Lego Porównanie możliwości skrętu robotów zaprojektowanych przez NASA z robotem firmy Lego.

14 Roboty kołowe Robot czterokołowy YogiCub firmy Lego Mobilność oryginału zaprojektowanego przez NASA, czyli Sojouner

15 Roboty kołowe Podsystem mechaniczny pojazdu YogiCub firmy Lego

16 Roboty kołowe Robot czterokołowy Differtimento firmy Lego

17 Roboty kołowe Robot czterokołowy Differtimento firmy Lego cd. Szkic możliwości ruchowych Widok z boku

18 Roboty kołowe Robot czterokołowy Differtimento firmy Lego cd.

19 Pojazdy gąsienicowe Pojazdy gąsienicowe Długo istniał przesąd, że gąsienice mają lepszą mobilność niż koła i każdy kto chce zaprojektować wysoce mobilny pojazd powinien użyć gąsienic. Gąsienice potrafią przejechać przez teren, w którym koła mogą utknąć. Istnieje zaledwie kilka rodzajów przeszkód i ukształtowań terenu, które są w stanie zatrzymać sześciokołowy pojazd terenowy, ale nie zatrzymałyby podobnych rozmiarów pojazdu gąsienicowego.

20 Pojazdy gąsienicowe Pojazdy gąsienicowe Przeszkodami takimi mogą być: Bardzo miękki teren: luźny piasek, głębokie błoto i miękki śnieg Przeszkody takiej wielkości, że mogą zostać zablokowane między kołami Szczeliny Jednakże wyższa mobilność pojazdów na gąsienicach otrzymywana jest w wyniku większej złożoności i niższego współczynnika sprawności jazdy, zatem gąsienice są lepsze dla wyżej wymienionych przeszkód, ale nie muszą być lepsze w ogólnym spojrzeniu.

21 Pojazdy gąsienicowe Pojazdy gąsienicowe przykładowe rozwiązania Robot wąż Soryu

22 Pojazdy gąsienicowe Pojazdy gąsienicowe przykładowe rozwiązania Widok z przodu Robot gąsienicowy firmy Lego Widok z boku

23 Pojazdy gąsienicowe Pojazdy gąsienicowe przykładowe rozwiązania Robot gąsienicowy firmy Lego

24 Cechy: Roboty kroczące Maszyny kroczące (walkers) Statycznie stabilne konstrukcje (pająk, skorpion) są łatwiejsze do implementacji niż stabilne dynamicznie (np. Roboty humanoidalne). Projektowanie statycznie stabilnego systemu wymaga znacznie mniej specjalistycznej wiedzy w wielu dziedzinach inżynierii Badanie wykazują, że sześć kończyn jest rozwiązaniem optymalnym dla większości aplikacji Spotyka się także rozwiązania hybrydowe zawierające zarówno kończyny jak i koła, są to tzw.roller-walkers

25 Roboty kroczące Maszyny kroczące (walkers) Kończyny robota kroczącego mogą mieć odjednegodotrzech stopni swobody, a urządzenia wykonawcze mogą być liniowe lub obrotowe. Kończyny robota o kolejno: jednym, dwóch i trzech stopniach swobody

26 Roboty kroczące Maszyny kroczące przykładowa realizacja Scorpion

27 Roboty kroczące Maszyny kroczące przykładowa realizacja Budowa szkieletowa systemu mobilności widok z góry

28 Roboty kroczące Maszyny kroczące przykładowa realizacja Scorpion widok z przodu

29 Roboty kroczące Maszyny kroczące przykładowa realizacja Mechanizmy napędowe

30 Roboty kroczące Scorpion badania symulacyjne Komputerowa analiza ruchów Scorpiona

31 Roboty kroczące Scorpion wyniki badań eksperymentalnych Dane techniczne robota: Wymiary: 60 cm x 22 cm x 15 cm x 35 cm Waga: 9,5 kg (z bateriami) Stopnie swobody: 24 Prędkość maksymalna: 20 cm/sek. Zasięg operacyjny: 1 godz. Przeznaczenie: Świat rzeczywisty Procesor: C167 / C164 Język programowania: C i Assembler

32 Roboty kroczące Scorpion wyniki badań eksperymentalnych Schodzenie z rampy Przejście przez kamienie

33 Tumbleweed Inne typy mobilności Zgoła innym rodzajem mobilności w stosunku do przedstawionych wcześniej cechuje się robot o nazwie Tumbleweed, która w wolnym tłumaczeniu oznacza: toczący się przez zielska wędrowiec lub roślina której górne części są odrywane od korzeni i unoszą się na wietrze. Oba stwierdzenie są prawidłowe, jeżeli przyjrzeć się budowie i zasadzie działania tego robota. Projekt tego pojazdu został opracowany przez Jet Propulsion Laboratory (JPL) przy współpracy z NASA na potrzeby eksploracji odległych terenów naszego globu jak iplanetsąsiadujących z Ziemią.

34 Tumbleweed Tumbleweed - motywacja W większości projektów wędrowcy (ang. rovers) są projektowane jako roboty podobne do czterokołowych pojazdów, w tej sytuacji niekonwencjonalne rozwiązanie dużej, wypełnionej gazem sfery ma swoje zalety. Ograniczenie wielkości i masy są dwoma czynnikami, które były wyzwaniem dla inżynierów od początku prac nad wędrowcami. Tumbleweed dostarcza znakomitego i nowoczesnego rozwiązania dla obu czynników. Pomysł napędzania wiatrem eliminuje potrzebę stosowania silnika, niewrażliwych na wstrząsy układów zawieszenia oraz układów paliwowych. To z kolei czyni wędrowca lżejszym, co obniża koszty transportu i zmniejsza liczbę ruchomych części, które mogą ulec zniszczeniu lub zużyciu podczas trwania misji.

35 Tumbleweed Tumbleweed - budowa Dla sfery o średnicy 3m: Waga: mniej niż 12 kg Czas pompowania: do 15 min Min prędkość wiatru: 2 m/s Zasilanie własne: brak Zastosowanie: określanie topografii terenu w mroźnych lub gorących klimatach

36 Tumbleweed Tumbleweed - budowa

37 Tumbleweed Tumbleweed wyniki eksperymentów Animacja przedstawiająca koncepcje projektu Tumbleweed

38 Tumbleweed Tumbleweed wyniki eksperymentów Pierwsze jazdy testowe

39 Tumbleweed Tumbleweed wyniki eksperymentów Próby pustynne

40 Tumbleweed Tumbleweed wyniki eksperymentów Kolejny test na Alasce

41 Wąż Inne typy mobilności - węże Nietypowym systemem mobilności cechują się również roboty węże, które w zamierzeniu maja naśladować ruch żywego węża, jednakże wiele rozwiązań wciąż zawiera takie elementy jak koła czy gąsienice, np. Wąż na kołach Pneumatyczny wąż pełzający

42 Wąż Inne typy mobilności - węże Zalety robotów węży: sposób poruszania się małe pola przekroju korzystny stosunek długości do ciężaru brak kończyn zdolność do poruszania się po chropowatym podłożu duża niezawodność łatwość transportowania stabilność adaptacja do terenu przyczepność efektywność rozmiar nadmiarowość uszczelnianie

43 ładunek użyteczny, stopnie swobody, kontrola termiczna, prędkość. Wąż Inne typy mobilności - węże Wady robotów węży: Obszary zastosowań robotów węży: eksploracja, przeszukiwanie, zwiad terenu, środowiska niebezpieczne, przeciąganie przewodów.

44 Skoczek Inne typy mobilności skoczek Mechanizmy napędowe skoczka

45 Skoczek Inne typy mobilności skoczek

46 Podsumowanie Podsumowanie 1. Mobilność robotów zagadnienie bardzo szerokie 2. Różnorodność rozwiązań zapewniających mobilność 3. Brak uniwersalnych rozwiązań zapewniających mobilność

47 Materiały źródłowe Materiały źródłowe 1. Marcin Drewa: Rodzaje mobilności robotów. Zasady porównywania systemów mobilności, Wydział Elektrotechniki i Automatyki. Politechnika Gdańska Rafał Łangowski: Roboty węże, Wydział Elektrotechniki i Automatyki. Politechnika Gdańska

48