Колёсные и гусеничные роботы, Общие сведения – Основы робототехники

Колёсные и гусеничные роботы, Общие сведения - Основы робототехники Самолеты

Описание:

Автономный колесный робот SRX1 способен совершать автоматические проезды по запрограммированному маршруту без участия человека. Робот создан для движения по дорожкам, покрытие которых обеспечивает надежное сцепление шин с поверхностью. Это может быть асфальт, бетон, гравий или сухой грунт.

Робот не предназначен для движения по автомобильным дорогам общего пользования. Наилучшая скорость и надежность перемещения достигается на безлюдных территориях. Его эксплуатация затруднена, а порой и невозможна во время регулярного движения людей и транспортных средств.

Автономные наземные колесные роботы имеют обширные перспективы использования в повседневной жизни людей. Они становятся надежными помощниками при выполнении профессиональных и бытовых задач. В отличие от антропоморфных человекоподобных роботов, колесный робот имеет доступную цену.

Введение

В современном мире все большее распространение получает использование мобильных роботов. Это связано с тем, что стремительно совершенствуются сами конструкции роботов, алгоритмы управления и мощности устройств управления. Использование мобильных роботов позволяет проводить широкий спектр различных работ, исключая вмешательство человека. Это играет огромную роль, когда появляется необходимость производить работы в среде, враждебной по отношению к человеку.

Таким образом, количество различных мини-роботов, выполняющих те или иные работы, постоянно растет. Но для внедрения новых, более удобных, дешевых и производительных роботов необходимо постоянно совершенствовать принципы построения таких мехатронных систем, частью которых эти роботы и являются.

Это подразумевает под собой исследование новых более прочных и легких материалов, изобретение новых конструкций мини-роботов, оптимизация старых и разработка новых алгоритмов для всех уровней этих систем.

Данная работа посвящена краткому обзору мини-роботов, анализу их сильных и слабых сторон, а также предложение своей конструкции мини-робота шарового типа и системы прямого компьютерного управления этим роботом, разрабатываемой на кафедре АиВТ СПбГПУ.

Основное внимание в работе уделяется моделированию предложенной конструкции робота, системы управления таким роботом и анализу сильных и слабых сторон такой конструкции.

Автоматическое управление движением робота днем и ночью:

Автоматическое управление движением робота по маршруту основывается на распознавании изображения с бортовых видеокамер. В дневное время суток колесный робот ориентируется по видимым ориентирам, находящимся в поле зрения двух камер, направленных вперед и назад.

Этот метод дает хорошие результаты на территориях с многочисленными строениями и иными искусственными сооружениями. Однако, он малопригоден на открытых пространствах, где нет объектов с четкой геометрией. В этом случае оптимальна прокладка маршрутов движения робота по пешеходным дорожкам.

При автоматическом движении в ночное время необходимо, чтобы маршрут был освещен уличными фонарями. Для надежной навигации достаточно освещенности, принятой для пешеходных тротуаров в городе – 10 lx. Если на каком-либо участке маршрута движения необходимую освещённость получить не удастся, потребуется установка ночных маркеров. Их можно размещать на столбах или стенах строений.

Препятствия, возникающие на пути движения робота, детектируются встроенной системой стереокамер. Алгоритм обработки стереоизображений позволяет рассчитать расстояние до препятствия и выбрать оптимальный путь объезда. В случае объезда препятствия, приведшего к значительному отклонению от заданного маршрута движения, колесный робот автоматически остановится. Стереокамеры робота задают путь проезда при движении вдоль бордюра или сплошного забора.

Для надежной работы системы обнаружения препятствий в ночное время колесный робот оснащен фарой ближнего света. Фара включается автоматически с наступлением сумерек или при локальной недостаточной освещённости участка предстоящего движения.

Автомобиль/трицикл/реечно-зубчатый привод

Такой тип роботов имеет два мотора — один для движения, другой для рулежки.

При условии, что отсутствует боковая пробуксовка колес, пересечем оси передних и задних колес, чтобы сформировать прямоугольный треугольник, и в результате получим:

Радиус траектории, которую описывают задние колеса:

За время Delta tvDelta tvDelta tDelta theta

Движение и состояние робота для плоскости

Если предположить, что робот ограничивается перемещением на плоскости, его местоположение может быть определено вектором состояния Xxxythetathetax^Wx^Rx^Rx = y = theta = 0

Движение трехколесного мобильного робота

3. Симонова С.Н. О многолинейной системе с потерями с входящим полумарковским потоком требований // Кибернетика, 1967. № 6. С. 48-53.

4. Сорокин А.С. Математическое моделирование оценки надежности технологических систем // Вестник Кузбасского государственного технического университета, 2008. № 5. С. 28 – 37.

Ларкин Евгений Васильевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, elarkin a mail.ni, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Антонов Максим Александрович, аспирант, [email protected],yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

DISPATCH MODELS E.V. Larkin, M.A. Antonov

The necessity of modeling a command generator for a mobile robot is shown. A characteristic feature of the proposed concept is an interactive mode of interaction between the operator and technical means, which allows the use of simulation results, the results in the simulation of 2 parallel processes.

Key words: command generator, mobile robot, scheduling, 2 parallel process.

Larkin Eugene Vasilevich, doctor of technical science, professor, [email protected],mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Antonov Maxim Aleksandrovich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University

УДК 629.7.06(082)

ДВИЖЕНИЕ ТРЕХКОЛЕСНОГО МОБИЛЬНОГО РОБОТА

О.А. Лучанский, Т.А. Акименко

Рассматриваются вопросы моделирования движения трехколесного робота. Представлена общая кинематическая схема трехколесного мобильного робота и динамика мобильного колесного робота с амортизацией и демпфированием.

Ключевые слова: мобильный колесный робот, динамические характеристики, платформа, системы технического зрения.

Мобильные колесные роботы (МКР) применяются для сбора информации в различных областях человеческой деятельности: для предотвращения чрезвычайных ситуаций, экологического мониторинга, разведки полезных ископаемых, в военной сфере и т.п. [3, 4, 5, 6, 7]. Для сбора информации об окружающем пространстве МКР оснащают системами технического зрения (СТЗ), которая, как правило, закреплена на мобильном

133

основании и перемещается вместе с МКР по твердой поверхности. При движении мобильного робота по пересеченной местности СТЗ подвергается различного рода механическим воздействиям, что оказывает существенное влияние на качество изображений [7, 8]. Следовательно, необходимо оценить колебания платформы МКР. Для примера рассмотрим расчет колебаний платформы мобильного трехколесного робота.

Общая кинематическая схема для расчета колебаний платформы трехколесного робота приведена на рис.1, где показаны: точки А, В, С -точки подвеса платформы на опорах; Ял, Яв, Яс – реакции опор А, В, С, соответственно; Mg – вес платформы с установленной СТЗ; сл, св, сс – жесткости пружин подвесок А, В, С; сшл, сшв, сшс – жесткости прокладок (шин) опор А, В, С; щ, Цв, Цс – коэффициенты вязкого трения подвесок А, В, С; ПшЛ, г/шв, ПшС – коэффициенты вязкого трения в шинах А, В, С; тл, тв, тс -приведенные массы опор А, В, С.

Смотрите про коптеры:  Радиоуправление летательными аппаратами - НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА

Следует отметить, что в трехколесном МКР колеса А, В и С движутся каждое по своей индивидуальной траектории, причем, все траектории параллельны. Поэтому можно считать, что на подрессоренную платформу оказывается три различных механических воздействия, приложенных по углам треугольника АВС [1, 2].

В трехколесном МКР, приведенном на рис. 1, имеется шесть степеней свободы. К ним относятся: вертикальное линейное перемещение платформы г; продольное вращение по углу места поперечное вращение по углу крена у; линейные перемещения приведенных масс тл, тв, тс опор робота.

Рис. 1. Кинематическая схема трехколесного МКР

Колебания в МКР возникают вследствие воздействий со стороны дороги, которые передаются через подрессоренные опоры на платформу.

Положение центра масс относительно точек опоры платформы в пространстве описывается следующим уравнением:

хо

х А

хВ хС

УО У А Ув УС

гО гЛ

гв

гС

1

1

0.

(1)

где хо, уо, го – координаты центра масс платформы; (ха, УА, да), (хв, ув, гв), (хс, Ус, ¿с) – координаты точек А, В, С.

С учетом того, что хл = Ьл; Ул = 0, хв = хс = – Ьвс, Ув = – Ус = Ь, (1) будет иметь вид

хо Уо гО

Ьл 0 гЛ

. Т ^вс Ь гв

Ь ^вс -Ь

1

0.

(2)

Вследствие того, что углы отклонения г и улежат в незначительных пределах, – 15о < &< 15о и – 15о < у< 15о можно считать координаты (хл, ул), (хв, ув), (хс, ус) точек А, в, с постоянными. Это позволяет существенно упростить выкладки при определении местоположения центра масс ¿о, а также углов в и у.

Совместное решение (2) и уравнения х = -Ьвс дает следующие значения угла у и координаты ¿вс, лежащей на пересечении плоскостей у = 0 и

АвС.

¿В ¿с

гвс

у = агС^

2

¿в

¿с

2 Ь

(3)

(4)

Совместное решение (2) и уравнения у = 0, с учетом (3), дает сле дующее значение местоположения центра масс го и угла г.

2Ьвсгл ЬЛ (гв гс).

го

г = агС£

2( Ьл Ьвс )

2гЛ – (гв гс) 2(Ьл Ьвс)

С учетом малости углов г и у, окончательно получим

гв гс.

у:

2 Ь 2Ь 135

(5)

(6)

(7)

1

1

1

& = — —^—^-. (8)

LA LBC 2(LA LBC ) 2(LA LBC )

Для определения динамических характеристик подвижной платформы составим систему дифференциальных уравнений, ее описывающих.

В состав системы дифференциальных уравнений входят:

уравнение сил относительно центра масс платформы, в котором учтены начальные поджатия рессор, уравновешивающих силу тяжести –

MZ O = tfoF ZO СА (ZoA – ZA ) CB (ZoB – ZB ) CC (ZoC – ZC ) (9)

Па (Z oA – ZA ) Пв (Z oB – ZB ) Пс (Z oC – ZC X V ‘

уравнение сил относительно центров масс опор A, B, C –

mAZоА = (ZА – ZoA )Па (НА – ZоА П шА (ZА – ZоА )cA (НА – ZоА )СшА ;

mBZoB = (ZB – ZоВ )Пв (НВ – ZоВ )ПшВ (ZB – ZоВ )CB (hB – ZоВ )СшВ ; (10) mCZ оС = (ZC – ZоС )Пс (НС – ZоС )ПшС (ZC – ZоС )cC (hC – ZоС )СшС

уравнение моментов при вращении МКР относительно центра масс по углу места

(ZoA – Z А ) С А (ZoA – Z А )]А – (11)

– ПВ (ZoB – ZB ) Пс (Z oC – Z С ) СВ (ZoB – ZB ) СС (ZoC – ZC )LBC

уравнение моментов при вращении МКР относительно центра масс по углу крена

JX7 nOMf = [nB (ZoB – ZB ) св (ZoB – ZB )-Пс (Z oC – ZC ) – СС (ZoC – ZC )L ,(12)

где tfoF – коэффициент вязкого трения платформы при поступательном движении; Цом – коэффициент вязкого трения платформы при вращательном движении; Jx, Jy – моменты инерции платформы относительно осей х и у, соответственно; На, Нв, hc – величины микронеровностей дороги под колесами А, В, С, соответственно; ZoA, ZoB, Zoe – координаты центров колес.

Система дифференциальных уравнений, описывающих движение платформы трехколесного мобильного робота в пространстве получается при совместном решение алгебраических уравнений (5), (7), (8) и дифференциальных уравнений (9)-(12).

Решение (5), (7), (8) относительно za, zb, zc имеет вид

Z А = zO ; zb = zo -®lBC Yl ; (13)

zc = z0-®lbc -yl.

Дифференцирование (13) по времени дает

Z А = zo ®lA ;

zb = z0 -®lbc YL; (14)

zc = zo-®lbc -YL.

Подстановка (13) и (14) в (9), (10), (11), (12) дает

[м1о (пж Пл Пв Пс ) ¿о (СЛ Св Сс ) ¿о ]

СС-оС;

СсЬвс )г

(-ПлгоЛ – СЛ-оЛ ) (-ПвгоВ – СВ-оВ ) (-ПсгоС

МЛЬЛ -ПвЬ вс -ПсЬ вс )г (слЬл _ [(Пв -Пс)Ь7 (Св – Сс)ЬГ] = 0;

(-Плго – СЛго ) [тоЛгоЛ (Пл ПшЛ )-оЛ (С Л СшЛ ) ¿оЛ ]

(-ПлЬЛг-СЛЬЛг) = (ПшЛИЛ СшЛИЛ ); (-Пв-о – Св-о ) [тов-ов (Пв Пшв )-оВ (СВ СшВ )-оВ ] (-ПвЬвсг- СвЬвсг) (-ЛвЬ7- СвЬГ) = (ПшвИв СшВИВ); (-Пс-о – Сс-о ) [тос-ос (Пс ПшС ) —оС (сС СшС )-оС ] (-ПсЬВСг-ССЬВС&) (ЯсЬ7 ССЬ7) = (ПшСИС СшСИС );

МАЬЛ – ПВЬВС – ПСЬВС )-о (сАЬЛ – СВЬВС – ССЬВС )-о ] (-ЛаЬЛ-оЛ – СЛЬЛгоЛ ) (1вЬВС-оВ СВЬВСгоВ ) ^ПсЬВС-оС ССЬВС2(

мг (плЬЛ пвЬВс псЬВс г (СлЬл СвЬе

с СсЬвс

[(-Пв Пс ) ЬЬвс 7 (-Св Сс ) ЬЬвс 7] = 0; [(Пв – Пс )Ь-о (сВ – Сс )Ь-о ] (-ПвЬ-оВ – СВЬ-оВ )

(15) )

(ПсЬ-оС СсЬ-оС ) [(-Пв Пс ) ЬЬвсг (-Св Сс УхГ (Пом ПвЬ2 ПсЬ2)Г (СвЬ2 СсЬ2)у Применяя к (15) преобразование Фурье

1 ~

I (®) = .— Ц )ехр(- ), л/2п

ЬЬвс = 0.

г

(16)

с учетом свойств операции преобразования, будем иметь следующую систему в операторной форме:

й( з®) ■

-о ( з®) ” Г 0

-оЛ (з®) ИА ( з®)

-оВ (з®) Ив (з®)

-оС (з®) Ис (з®)

з®) 0

г(з®) У V 0

(17)

Перечисленные параметры могут быть представлены в операторной форме следующим образом:

-О (з®) =

ДгА (з®)

К(з®)

Ав(з®)

К(з®)

Ас (з®)

Аз®) Аз®) Аз®)

(За)ЬА( (За)ЬА( ^с((з а)

К(з®) =

за)

Да (з®)

к(за)

Дгв (з®)

Ив(за)

Дгс (за)

Ис (за)

Д(з’а) Аз®) Д(з’а)

= ( з®)Иа (з ®) ^гв (з®)Ив (з ® ^гс (з ®)Ис (з ®);

К з®> =

(з®)

И А (з®)

а(з”®)

Ив (з®)

(з’®)

Ис (з®) =

А( з®) А( з®) А( з®)

= жгл ( з’®)иа (з ®) (]о)Ив (з ®) ^с (з®)Ис (з®),

Структурная схема [4, 5, 7, 8] трехколесного МКР приведена на рис. 2.

Рис. 2. Структурная схема движения трехколесного МКР

Передаточные функции структурных элементов схемы определяются зависимостями (18). Очевидно, что и на линейные и на угловые перемещения влияние оказывают воздействия с любой опоры платформы.

Смотрите про коптеры:  Как работает амт коробка — АвтоТоп

Характеристическое уравнение передаточных функций имеет 18-й порядок. Некоторые пары корней характеристического уравнения является комплексно-сопряженными. На частотах, соответствующих комплексно сопряженным корням, при недостаточном демпфировании системы при движении МКР наблюдается явление резонанса. Однако в общем случае порядок числителей передаточных функций меньше порядка знаменателей, вследствие чего амплитуда собственных колебаний платформы МКР затухает с ростом частоты колебаний.

Список литературы

1. Акименко Т.А., Лучанский О.А. Модели механического воздействия на транспортируемую аппаратуру // Системы управления электротехническими объектами. Сб. трудов 4-1 Всероссийской научно-технической конференции СУЭТО-4. Тула: ТулГУ, 2007. С. 27 – 30.

138

2. Акименко Т.А., Лучанский О.А. Продольное движение подвижного наземного объекта с колесными движителями // Приборы и управление. Вып. 5. Тула: Изд-во ТулГУ. C. 6 – 11.

3. Бурдаков С.Ф., Стельмаков Р.Э., Мирошкин И.В. Системы управления движением колесных роботов. С.-Пб: Наука, 2001. 227 с.

4. Ерофеенко В.Г., Козловская И.С. Основы математического моделирования. Минск: БГУ, 2002. 195 с.

5. Краснов М.П., Киселев А.И., Макаренко Г.И. Функции комплексного переменного. Операционное исчисление. Теория устойчивости. М.: Наука, 1971. 304 с.

6. Курочкин С.А., Лучанский О.А. Передаточные функции корректирующих устройств в системах с обратными связями // Известия ТулГУ. Сер. Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления. Системы управления. Тула: ТулГУ, 2006. Т. 1. Вып. 3. С. 258 -262.

7. Ларкин Е.В., Акименко Т.А., Лучанский О.А. Моделирование движения автономных колесных транспортных средств: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2022. 160 с.

8. Системы технического зрения мобильных колесных роботов : диссертация … кандидата технических наук: 05.11.16 [Электронный ресурс] URL: http://www.dissforall.eom/_catalog/t8/_science/5/101418.html (дата обращения: 10.01.2022).

Лучанский Олег Алексеевич, канд. техн. наук, tа[email protected], Россия, Министерство обороны Российской Федерации,

Акименко Татьяна Алексеевна, канд. техн. наук, доцент, tа[email protected],mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

MOVEMENT OF THE THREE-WHEEL MOBILE ROBOT О.А. Luchansky T.A. Akimenko

The issues of modeling the movement of a three-wheeled robot are considered. A general kinematic diagram of a three-wheeled mobile robot and the dynamics of a mobile wheeled robot with damping and damping are presented.

Key words: mobile wheeled robot, dynamic characteristics, platform, vision

systems.

Luchansky Oleg Alekseevich, candidate of technical sciences, [email protected], Russia. Ministry of Defense of the Russian Federation,

Akimenko Tatiana Alekseevna, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University

Зубчатая передача

Двигатели постоянного тока, как правило, обладают высокой скоростью вращения и низким крутящим момент, поэтому зубчатая передача практически всегда необходима для управления роботом.

Если Передача 1 имеет крутящий момент t_1

на Передачу 2. Крутящий момент Передачи 2 поэтому

Изменение угловой скорости между Передачей 1 и Передачей 2 вычислим, рассмотрев скорость в точке где они соприкасаются:

Интегральное движение на плоскости

Получая перемещения робота в некоторые моменты времени, мы можем найти весь путь, пройденный роботом, просуммировав эти значения, или перейдя к пределу (при стремлении количества измерений rightarrow infty(x, y, theta)(x, y, theta)pi < theta le pi

Рассмотрим робота, который может только двигаться вперед или поворачиваться на месте:

При прямолинейном движении робота на расстояние Dalphaalpha

Колёсные и гусеничные роботы

Наиболее простыми и широко распространенными являются роботы на колесных или гусеничных платформах. В действительности, нет более эффективной схемы перемещения по плоским твердым поверхностям, чем колесо.

Колесные мобильные роботы – это дистанционно-управляемые машины, предназначенные для поиска и обезвреживания взрывных устройств (ВУ), размещенных в труднодоступных местах внутри или снаружи зданий и сооружений, под днищем или внутри транспортных средств, внутри урн и контейнеров, в местах оборудованных для массового отдыха людей и т.п.

Характерные особенности роботов данного класса заключаются в малых массогабаритных характеристиках, возможности доставки к месту проведения операции любым видом автотранспорта, возможности погрузки, выгрузки или переноски одним оператором без применения вспомогательных устройств, колесный или комбинированный движитель системы передвижения.

В состав систем передвижения существующих образцов колесных мобильных роботов, как правило, входят:

  • – автономные источники энергии (электрические, топливные);
  • – электродвигатели (реже двигатели внутреннего сгорания);
  • – механические трансмиссии (реже электромеханические);
  • – распределительные устройства;
  • – движитель со всеми ведущими колесами.

В этих системах крутящий момент от двигателей через редукторы передается одновременно на ряд колес движителя посредством наружных распределительных передач (ременных, цепных, зубчатых, роликовых).

Наиболее распространёнными роботами данного класса являются четырёхколёсные и гусеничные роботы. Создаются также роботы, имеющие другое число колёс – два или одно. Такого рода решения позволяют упростить конструкцию робота, а также придать роботу возможность работать в пространствах, где четырёхколёсная конструкция оказывается неработоспособна.

На практике потребность в шагающих аппаратах возникает в связи с необходимостью использования роботов для передвижения по местности с большим количеством препятствий или неровностей, а также, где от него требуется умение взбираться и спускаться по ступенькам обычной лестницы.

В условиях плохой проходимости гусеничное шасси имеет ряд преимуществ относительно остальных видов шасси. Мобильные гусеничные роботы имеют небольшое удельное давление на грунт, что дает им возможность передвигаться по болотистым местам и по снегу. Мощность двигателя у данного вида шасси более эффективно реализуется в тяговом усилии. Гусеничное шасси обладает большей площадью сцепления с поверхностью, относительно колесного, однако это накладывает некоторое ограничение по скорости пере-движениямобильного робота.

Основные недостатки подобных систем передвижения заключаются в низкой надежности распределительных передач, неудобстве их обслуживания в процессе эксплуатации, а также невозможности быстрой замены в случае выхода из строя.

Конфигурации колесных роботов

Существует множество различных конфигураций мобильных роботов.

Есть те, которые применяются реже, например, двухколесная платформа сигвей (segway) с динамическим балансом обладает хорошей высотой при малой площади и достаточно большим ускорением.

Или марсоход Opportunity, который имеет колеса на штангах для преодоления больших препятсвий.

Но чаще применяются другие типы конфигураций.

Это простые, надежные, прочные механизмы, пригодные для роботов, которые в основном передвигаются по плоскости.

Все эти роботы неголономны (используется два двигателя, но три степени свободы движения). Например, автомобилеподобный робот не может мгновенно двигаться в сторону.

Оценка движения c помощью датчиков

Очень часто, робот оценивает свое движение путем мониторинга собственных датчиков. Это может быть, например напряжение электродвигателя и колесные датчики. Эта информация называется одометрией.

Например, на основе очень простой оценки:

Пройденное расстояние пропорционально напряжению и времени. Здесь Kкалибровки.

Энкодеры дают большую точность измерения числа оборотов колес. Информация с энкодера может быть преобразована в линейное расстояние умножением на постоянный радиус колеса. Но все же, как правило, для большей точности, все равно проводится калибровка.

Оценка кругового 2d движения

Для случаев и дифференциального и трехколесного роботов мы можем получить выражения для RDelta thetaDelta theta

Планирование маршрута

Если предположить, что роботу известно местоположение, и как оно относится к мировой системе координат, то планирование маршрута на основе его местоположения позволит ему двигаться по точному пути вдоль последовательности заранее определенных точек. Различные криволинейные траектории могут быть спланированы, с оптимизацией таких критериев, как время движения по маршруту или потребление энергии. Здесь я рассмотрю конкретный, достаточно простой случай, предполагая, что:

Смотрите про коптеры:  Применение БПЛА в доставке грузов — NovaInfo 106

На первом шаге планирования маршрута, предположим, что текущее положение робота (x, y, theta)(W_x, W_y)(W_x, W_y)alphaalphaalpha-pi < alpha le frac{pi}{2}

Применение:

– тепловизионное обследование электрических подстанций,

– поиск и обнаружение утечек газа на промышленных и коммунальных объектах,

– охрана и регулярный обход территории,

– перевозка опасных грузов,

– в качестве снегоуборщика и снегоочистителя,

– сборка и сортировка мусора,

– полив зеленых насаждений,

– в сельском хозяйстве с дополнительным оборудованием, например, лазерной установкой для выращивания растений,

– в научных и образовательных целях.

Примечание: описание технологии на примере колесного робота SRX1.

карта сайта

колесные роботыколесный робот ардуиносистемы управления движением колесных роботов2 х колесный робот движение ардуино портфолио мобильный системы управления движением шасси

Коэффициент востребованности 1 323

Программирование пути движения колесного робота:

Обучение робота маршруту движения осуществляется при инсталляции роботов на объекте эксплуатации. На основе карт Google Maps или Яндекс Карт формируется электронная карта путей проездов. По маршруту движения расставляются маркеры с шагом в 50 метров.

Воспользовавшись пультом управления или планшетным компьютером, инсталлятор проводит робота по всем возможным путям проездов в режиме ручного управления. Колесный робот запоминает траекторию движения, переносит ее на электронную карту и привязывает к ней визуальные ориентиры, встречающиеся на пути.

Оператор имеет возможность скорректировать маршрут с целью наилучшего выполнения маневров и назначения приоритетных ориентиров. Далее робот запускается на маршрут в автоматическом режиме, с целью накопления информации о видимых ориентирах в условиях различной освещенности.

Наилучший результат достигается при обучающих проездах в течение всего светового дня в условиях переменной облачности. В течении следующих нескольких дней робот ездит по маршруту в режиме тестовой эксплуатации. При этом, маркеры остаются на своих местах, но находятся в выключенном состоянии.

Робот с дифференциальным приводом

Такая конфигурация используется в роботах-пылесосах.

Робот с дифференциальным приводом имеет два мотора, по одному на каждое колесо (на рисунке — это большие колеса). Изменение направления движения достигается за счет разных скоростей (отсюда и название — дифференциальный).

Обозначим скорости колес (линейные скорости с которыми они «покрывают» поверхность) V_LV_RV_RWRRDelta tDelta thetaDelta theta

Система координат

Для того чтобы математически описать движение мобильного робота нам потребуется определить системы координат. Я введу две системы координат —  мировую систему координат W (буду считать что он неподвижна в пространстве), и система координат робота R, которая перемещается в пространстве и остается неподвижной относительно самого робота.

Нам необходимо определить местоположение робота, то есть мы хотим знать, как преобразовывать координаты между W и R.

Степени свободы движения

Число степеней свободы определяет минимальное количество независимых переменных (обобщённых координат), необходимых для полного описания движения механической системы.

Твердое тело, которое перемещается и вращается двигаясь по одномерному пути имеет одну степень свободы — поступательную. В качестве примера можно привезти поезд, движущийся по рельсам.

Твердое тело, которое перемещается и вращается на плоскости имеет 3 степени свободы: 2 поступательных и 1 вращательную. Пример: наземный робот.

Твердое тело, которое перемещается и вращается в 3D-объеме имеет 6 степеней свободы: 3 поступательных и 3 вращательных. Пример: летающий робот.

Особый случай — это так называемый голономный робот, который способен перемещаться мгновенно в любом направлении в пространстве его степеней свободы (робот является голономным если число управляемых степеней свободы равно полному числу степеней свободы).

На видео показан пример четырехколесного робота со всенаправленными колесами.

Типы колес мобильных роботов | роботоша

Колёсные и гусеничные роботы, Общие сведения - Основы робототехники

Колесо, безусловно, является самым популярным механизмом перемещения в мобильной робототехнике и в транспортных средствах в целом. Колесо позволяет достигать высокой эффективности во многих приложениях при относительно простой механической реализации.

Существует четыре основных типа колес:

Типы колес

Все эти типы колес сильно отличаются своей кинематикой и поэтому тот или иной тип оказывает значительное влияние на всю кинематику мобильного робота.

Обычное колесо и поворотное колесо имеют основную ось вращения и, таким образом, являются строго направленными. Для движения в ином направлении, колесо должно быть сначала развернуто вдоль вертикальной оси. Основное отличие между этими двумя типами колес состоит в том, что обычное колесо может выполнить этот поворот без побочного эффекта, потому что центр вращения находится в точке контакта с поверхностью, в то время, как поворотное колесо вращается вокруг смещенной оси, в результате чего, исходное усилие будет двигать шасси во время рулежки.

Шведское колесо (Swedish wheel) или, как его еще называют, колесо Илона, изобрел инженер из шведской компании Mecanum AB Бенгт Илон в 1973 году — отсюда и варианты названий, соответственно. Конструкция таких колес позволяет вращаться на месте при минимальной силе трения и низком вращательном моменте.

Swedish weels

Шведское колесо и сферическое колесо спроектированы таким образом, что в меньшей мере ограничиваются направленностью по сравнению с обычным стандартным колесом. Функции шведского колеса такие же как и у обычного колеса, но также обеспечивает низкое сопротивление в другом направлении, иногда, перпендикулярном к обычному направлению, как в 90° шведском колесе, а иногда и на промежуточном углу, как в 45° колесе Илона. Маленькие ролики, прикрепленные по окружности являются пассивными и основная ось служит для передачи энергии в соединение. Главное преимущество этой конструкции в том, что, хотя вращение колеса работает только вдоль одной главной оси (через ось), колесо может двигаться кинематически с очень небольшим трением вдоль множества возможных траекторий, а не только вперед и назад. Зачастую колесо Илона называют всенаправленным колесом (omni weel).

Но все же, по-настоящему всенаправленным колесом, является сферическое колесо, часто сконструированное таким образом, что оно может активно вращаться в любом направлении. Одним из механизмов реализации такой сферической конструкции имитирует компьютерную мышь (ее устаревший вариант — с шариком), с активными приводными роликами, которые опираются на верхнюю поверхность сферы и передают усилие для вращения.

Шаровое колесо

Если же колесо используется лишь в качестве опоры, то такая конструкция значительно проще.
Шаровое колесо - опора

Независимо от того, иcпользуется колесо, во вседорожном роботе или нет, но с более чем тремя колесами, как правило, требуется система подвески для поддержания постоянного контакта колеса с поверхностью. Один из самых простых подходов в реализации подвески является создание гибкости (эластичности) самого колеса. Например, в случае некоторых четырехколесных роботов для помещений, использующих поворотные колеса, производители используют в колесе деформируемые шины из мягкой резины, чтобы создать примитивную подвеску. Конечно, это ограниченное решение не может конкурировать со сложной системой подвески в тех случаях, когда робот нуждается в более динамичной подвеске для сильно рельефной местности.


Вы можете пропустить чтение записи и оставить комментарий. Размещение ссылок запрещено.

Типы колесных баз, подъемных механизмов и колес робота — национальная сборная worldskills россия

4. Четырехколесные базы со всеми ведущими колесами представлены в двух вариантах: варианте с omni-колесами, когда мотор располагается под 45 градусов к ходу робота, и вариантом с механо-колесами, которые по своей сути являются вариацией omni-колес и обладают теми же возможностями. Но моторы, при этом, располагаются к ходу робота под прямым углом. Такие конструкции подходят только для передвижения по идеально ровным поверхностям.

Оцените статью
Радиокоптер.ру
Добавить комментарий

Adblock
detector