Transcript Prezentacja multimedialna nr 1

Prezentacja multimedialna:
Roboty mobilne
Wykonał: Mariusz Czajkowski
Temat: „Projekt i wykonanie platformy
mobilnej”
Promotor: dr inż. Marcin Derlatka
1. Co to jest robot mobilny


Robot mobilny
Robot mobilny to taki robot, który może dowolnie zmieniać swoje
położenie w przestrzeni. Roboty tego rodzaju mogą pływać, latać
lub jeździć. Roboty mobilne z założenia powinny być robotami
autonomicznymi tzn. takimi których prawie nic nie ogranicza np.
przewody sterujące bądź zasilające (a jedyne ograniczenia to np.
ściany lub przestrzeń w jakiej się znajdują itp.)
1.1 Klasy mobilności dla robotów
kołowych




Klasa robota zapisywana jest jako (Δm,Δs) gdzie:
Δm [stopień mobilności robota] liczba stopni swobody bazy
(korpusu) robota, które mogą być zmieniane poprzez zmianę
prędkości koła.,
Δs [stopień sterowalności (kierowalności) robota] oznacza liczbę
niezależnie orientowanych kół kierowanych (skrętnych).
Liczby te (aby ruch był możliwy) zawierają się w granicach:
1.1. Klasy mobilności dla robotów
mobilnych










Przedstawienie poszczególnych klas mobilności:
(3,0) - robot posiada trzy koła szwedzkie *,
(2,1) - robot posiada jedno koło kierowane oraz dwa koła Kastora **,
(2,0) - robot zwany inaczej unicycle, posiadający dwa koła umieszczone na wspólnej
osi z których każde może obracać się z różną prędkością oraz jedno koło Kastora,
(1,2) - robot posiadający dwa koła kierowane oraz jedno koło Kastora (roboty tego
typu sprawiają największy problem podczas sterowania),
(1,1) - robot zwany samochodem kinematycznym, zachowujący się podczas
sterowania tak samo jak samochód posiada jedno koło kierowane.
Klasa (3,0) opisuje robot, który jest holonomiczny ***. Pozostałe klasy dotyczą
robotów nieholonomicznych.
* Koło szwedzkie zwane także kołem omnikierunkowym, stosowane jest w
robotach mobilnych, a dokładniej w robotach o klasie (3,0). Dzięki nim robot staje się
robotem holonomicznym.
** Koło Kastora - jest to koło umożliwiające ruch robota. Nie posiada ono żadnych
dodatkowych właściwości, tzn. nie jest ani napędzane, ani kierowane. Mocowane jest
tak, aby obracało się zgodnie z kierunkiem ruchu robota.
*** Holonomiczność jest to pojęcie nierozerwalnie związane z robotami mobilnymi
oraz ograniczeniami Pfaffa i opisuje ograniczenia ruchu jakim podlega robot. Razem z
nim występuje przeciwstawne pojęcie nieholonomiczność. Robot jest
holonomiczny, jeśli może zmienić kierunek swojego ruchu (swoją orientację) w
miejscu.
2.1. Zastosowanie robotów mobilnych
w przemyśle



Roboty mobilne w nowoczesnym
przemyśle służą głównie do
dwóch zadań. Pierwszym z nich
jest przenoszenie materiałów
(np.: gotowych produktów z linii
produkcyjnej do magazynu), bądź
służą do inspekcji i diagnostyki
konstrukcji. W przypadku
pierwszych z nich roboty te
klasyfikuje się na dwa rodzaje:
roboty poruszające się po stałym
torze
autonomiczne roboty mobilne
(AGV - Automated Guided
Vehicles)
2.1. Zastosowanie robotów mobilnych
w przemyśle
Robot AGV
Robot poruszający się po
stałym torze
2.2. Roboty mobilne do zadań
specjalnych w wojsku i policji

Roboty bojowe widziane w filmach SF przestały być fikcją i dzięki
nowoczesnym technologiom możliwe zostało ich zbudowanie.
Takie roboty są wykorzystywane do niebezpiecznych dla człowieka
prac. Roboty te mogą służyć do różnych celów, od rozbrajania
bomb, obserwowania terenu, aż do kierowania ostrzałem
artyleryjskim. Takie platformy mobilne mają konstrukcję bardzo
specjalizowaną do zadania jakie mają wykonywać.
2.2. Roboty mobilne do zadań
specjalnych w wojsku i policji






Robot INSPECTOR zastępuje człowieka w
sytuacjach zagrożenia życia lub zdrowia.
Antyterrorystyczny robot inspekcyjnointerwencyjny (EOD/IEDD) INSPECTOR w
swojej klasie wyróżnia się dużą siłą
udźwigu i uciągu oraz zdolnością jazdy po
trudnym terenie, a także pokonywania
wysokich przeszkód.
Typowe zastosowania:
Inspekcja, przenoszenie i neutralizacja
ładunków niebezpiecznych.
Wspomaganie operacji
antyterrorystycznych.
Praca w warunkach szkodliwych lub
niebezpiecznych dla człowieka.
Ochrona i inspekcja obiektów.
2.2. Roboty mobilne do zadań
specjalnych w wojsku i policji


Big Dog to czteronożny robot mobilny,
który potrafi podnieść ciężar do 40 kg.
Nogi zapewniają mu bardzo dobrą
stabilność - robot nawet wytrącony z
równowagi (np. podczas kopnięcia go),
potrafi powrócić do optymalnego dla
siebie położenia. Został zaprojektowany
do celów militarnych.
Firma która skonstruowała robota Boston Dynamics - twierdzi, że jest to
najbardziej zaawansowany
technologicznie robot czworonożny na
świecie. System aktywnego
balansowania oparty na wewnętrznych
czujnikach siły pozwala robotowi
utrzymać równowagę na nierównym
terenie, czy pod działaniem
zewnętrznych sił.
2.2. Roboty mobilne do zadań
specjalnych w wojsku i policji

Logistyczny robot wielozadaniowy
nazwie MULE (Muł) (z ang.
Multifunction Utility/Logistics and
Equipment) potrafi samodzielnie
pokonywać złożone przeszkody.
Jest w stanie wspiąć się na 76
centymetrowy stopień i
przejechać nad dziurą wielkości
1,77 metra. Co więcej, nie
potrzebuje do tego interwencji
operatora, a jedynie opis
przeszkody. Jego producentem
jest firma Lockheed Martin.
2.3. Rodzaje platform mobilnych w
robotyce amatorskiej
Amatorskie
Roboty mobilne
Roboty sumo
LineFollowery
Micromouse
3. Urządzenia pomiarowe
Urządzenia pomiarowe w robotach mobilnych składają się zazwyczaj
z następujących urządzeń, zawierają one przetworniki które wstępnie
dokonują transformacji wielkości fizycznej na inną wielkość fizyczną
możliwą do interpretacji przez system sterowania
Systemy
pomiarowe
Czujniki
zbliżeniowe
Czujniki
fotoelektryczne
Czujniki
Fotoelektryczne
odbiciowe
Czujniki
dotykowe
Czujniki
pomiaru
kąta
4. Elementy wykonawcze
Elementy wykonawcze w robotach tego typu mają za zadanie
umożliwić poruszanie się samego robota oraz możliwość
wykonywania powierzonych mu zadań np.: transportowanie
materiałów.
Elementy
wykonawcze
Silniki
elektryczne
Mostki H
Elektromagnesy
Elektrozawory
Manipulatory
Przekaźniki
5. Systemy sterujące platformami
mobilnymi
Systemy sterujące
Systemy
mikroporocesorowe
Układy
logiczne
Układy typu
B. E. A. M.
Inne układy
scalone
5.1. Systemy mikroprocesorowe
Najpopularniejsze systemy
sterowania robotami, opierające
się na jednym bądź kilku
mikrokontrolerach. Ich zaletą
jest minimalizacja ilości
elementów przy bardzo dużych
możliwościach przetwarzania
informacji. Mikrokontrolery
wyposażone są w takie
urządzenia jak timery, moduły
I/O, komparatory, moduły PWM,
przetworniki ADC, pamięć ROM,
RAM i EEPROM, interfejsy
komunikacji z urządzeniami
wewnętrznymi np.: USB,
RS232C.
5. Systemy sterujące platformami
mobilnymi


5.2. Układy logiczne
Roboty sterowane poprzez
zastosowanie prostych
układów logicznych, takich
jak bramki logiczne.
Konstrukcyjnie projektant
chce wykorzystać wszystkie
możliwości mikrokontrolerów
używając układów o małej
integracji, dodatkowo łączy
on urządzenia według
swojego pomysłu zamiast
narzuconego, dodatkowo nie
musi on wykorzystywać
wielu urządzeń jakie by
otrzymał w układach dużej
integracji.
5.3. Układy typu B.E.A.M.
B.E.A.M - Biology, Electronics,
Aesthetic, and Mechanics. Roboty
typu B.E.A.M. są to roboty
wykonane w najprostszy sposób
bez użycia jakiegokolwiek układu
scalonego który pozwalał by na
cyfrowe przetwarzanie danych.
Do takich konstrukcji
wykorzystuje się np.: proste
układy analogowe takie jak
wzmacniacze operacyjne. Roboty
tego typu mają za zadanie swoją
konstrukcją naśladować ludzkie
neurony, przez to wymagany jest
brak używania urządzeń
cyfrowych


5.4. Sterowanie innymi układami
scalonymi

Sterowanie robota można też zrealizować na innych układach
scalonych niż wymienione powyżej. Takim przykładem mogą być
systemy sterowania zrealizowane za pomocą technologii FPGA, lub
też systemy oparte na procesorach sygnałowych (DSP - Digital
Signal Processor). Ilość zastosowania różnych systemów
sterowania jest bardzo duża chociaż inne systemy które nie
zostały wymienione wcześniej są mało popularne poprzez
trudności związane z wprowadzeniem ich w życie, wyobraźmy
sobie tylko robota mobilnego sterowanego układem
pneumatycznym, funkcjonalnością mógłby dorównać systemom
opartym na układach logicznych ale znacznym problemem była by
wielkość tego rozwiązania oraz system zasilający.
6. Koniec

Dziękuję za uwagę