Kolový robot
Co je to kolový robot?
Koloví roboti jsou roboti, kteří používají motorizovaná kola k manévrování po zemi k pohybu. Tento design je dále přímočarý než robot s nohama. V rovinatém terénu je snazší navrhovat, stavět a programovat cestování pomocí designu založeného na kolech, protože je lze lépe ovládat než ostatní.
Nevýhodou robotů na kolečkách je, že překážky, jako je nerovný terén, strmé poklesy nebo oblasti s nízkým třením, nelze dobře navigovat. Na spotřebitelském trhu jsou nejběžnější kolové roboty, které nabízejí nízké náklady a jednoduchost díky svému diferenciálnímu řízení.
Roboti nemusí mít žádná kolečka, ale pro rovnováhu postačují minimálně 3 kola a další kola přispějí k vyvážení, ale pokud není země vyrovnaná, budou zapotřebí další mechanismy, které udrží všechna kola v zemi. Zajímavým typem kolového robota je kolový robot Mecanum, o kterém se dozvíme v dalším obsahu.
Jak to funguje?
Mnozí kolovali Roboty použijte diferenciální řízení, které pro pohyb používá kola, která jsou ovládána samostatně. Točením každého kola jinou rychlostí mohou měnit směr, a proto nepotřebují další pohyb řízení. Tato kola navíc mohou být přidána kola, která nejsou poháněna motorem, což pomáhá udržovat rovnováhu. Toto je koncept, který nazýváme diferenciálním kolovým robotem.
Když se obě kola pohybují stejným směrem a stejnou rychlostí, bude robot cestovat přímými stopami a aby se robot otočil kolem středu osy, měla by se kola otáčet opačnou rychlostí. U jakékoli jiné kombinace rychlosti a směru otáčení může střed otáčení robota ležet kdekoli na přímce spojující kontaktní body kol se zemí.
Jelikož dráha robota závisí na rychlosti a směru otáčení dvou poháněných kol, měla by být tato množství přesně snímána a regulována.
Diferenciálně řízený robot je analogický s diferenciálními převody používanými v různých automobilech v tom, že obě kola mohou mít proměnnou rychlost otáčení. Diferenciálně řízený systém by přesto měl na rozdíl od diferenciálního systému pohonu obě kola poháněná.
V robotice se široce využívají diferenciální kolové roboty, protože jejich pohyb je pro programování jednoduchý a lze je dobře ovládat. Diferenciální řízení se většinou používá pro svou ekonomickou cenu a jednoduchý design.
Typy kolového robota
1-kolový robot
Není snadné udržet jednostopého robota ve vzpřímené poloze bez vnější podpory kvůli jeho jedinému bodu kontaktu se zemí. V experimentálních prototypech robotů jsou příklady jednostopého robota. Ukázalo se, že sférické kolo je oproti tradičnímu diskovému kolu výhodné, protože umožňuje robotovi řídit sférický obrys jakýmkoli směrem. Gyroskopy a mechanismy proti-točivého momentu se obecně používají k udržení rovnováhy tohoto druhu robota na zemi. Ne-holonomický pohyb je generován stabilizací a nakláněním pomocí setrvačníků.
2-kolový robot
Tyto typy robotů mají buď paralelu konfigurace kola nazývaná dvoukolky nebo tandemová konfigurace, kde je jedno kolo před druhým. Každé kolo by mělo mít snímač náklonu a kodér kola pro výpočet úhlu náklonu a sledování polohy základny.
Vyvážení dvoukolových robotů je náročnější než u jiných typů, protože musí zůstat ve vzpřímené poloze, musí pokračovat v chodu a těžiště těla robota je drženo pod nápravou.
Díky své efektivní povaze jsou dnes dvoukoloví roboti všudypřítomní. Musíte jezdit s několika motory a dvěma koly, ale mají také své nevýhody. Využívají 2 kola a měli by si udržovat svoji správnou pozici. Vyvážení dvoukolových robotů je obtížnější než u jiných typů a aby byla stabilnější, je pod jeho těla umístěna elektricky nabitá baterie.
MÍSTNOSTI jsou dvoukolový vysavač, který se roboticky pohybuje a dokáže uklidit povrch místnosti. Používají přední dotykový senzor a infračervený senzor namontovaný nahoře. Segways je elektromobil, který je schopen samy vyvažovat elektrický cyklus; Ghost Rider je jediný dvoukolový robot, který soutěžil o výzvu Darpa Grand 2.
3-kolový robot
Existují dva typy tříkolových robotů:
- Diferenciálně řízené. (2 poháněná kola s dalším volným rotujícím kolem, které slouží k držení těla pro vyvážení.)
- 2-poháněná kola s jediným zdrojem a 3rd kolo s posilovačem řízení.
Směr robota se může u různě řízených kol lišit změnou rychlosti proporcionálního otáčení dvou kol, která jsou zřetelně poháněna. Robot jede rovně, pokud jsou obě kola tlačena stejným směrem a rychlostí. Jinak může střed otáčení klesnout tam, kde je v linii spojující dvě kola, v závislosti na rychlosti a směru otáčení.
Uvnitř trojúhelníku vytvořeného koly musí těžiště tohoto druhu robota ležet. Robot se může převrátit, pokud je na straně volně rotujícího kola umístěna také velká hmota.
4-kolový robot
- 2 poháněná, 2 volnoběžná kola - Stejné jako ty s rozdílným řízením výše, ale pro extra vyvážení se dvěma volně se otáčejícími koly. Těžiště mezitím musí zůstat v obdélníku čtyř kol, je stabilnější než verze se třemi koly. To ponechává významnější množství využitelného prostoru a těžišti se doporučuje držet se ve středu obdélníku.
- Poháněná kola 2 x 2 pro pohyb podobný tanku tento druh robota využívá dva páry poháněného kola. Každá dvojice se otáčí ve stejném směru (spojeno čarou). To, že se všechna kola točí stejnou rychlostí, je složitá část tohoto pohonu. Pomalejší sklouzne, pokud kola ve dvojici neběží stejným tempem (neefektivní). Robot nebude řídit rovně, pokud páry neběží stejným tempem. Každé řízení podobné automobilu bude muset mít dobrý design.
- Řízení podobné autu Tato technika umožňuje robotovi transformovat se stejným způsobem jako při pohybu auta. Toto je mnohem přísnější přístup ke stavbě, takže je mnohem obtížnější počítat s mrtvými. Použití spalovacího motoru k pohonu a robot je výhodný oproti předchozím metodám, protože využívá pouze dvě na sobě nezávislé výstupní nápravy s rychlostí a směrem otáčení.
5 nebo více kolových vozidel
V případě gigantičtějších robotů. Ačkoli to není příliš realistické.
Konstrukční komplikace se zvyšují se zvyšujícím se počtem poháněných kol, protože je náročné udržovat stejnou rychlost otáčení, aby se robot pohyboval vpřed. Je pravděpodobné, že se robot odchýlí od přímky, pokud rychlost levého a pravého kola není u odlišně řízeného robota stejná. Rozdíl v rychlosti mezi koly na stejné straně způsobí, že nejpomalejší kolo proklouzne.
K robotovi je často připevněno extra odometrické otočné kolo. Přesněji to testuje, jak se robot pohybuje. Odometrie vylučuje prokluz a jiné pohyby na hnaných kolech, a proto může být nesprávná.
Například Mars Rovers (Sojourner, Spirit, Opportunity) je 6kolový robot, který po přistání manévruje napříč Martianterrainem a slouží k hodnocení území, zajímavých památek a ke sledování povrchu Marsu. Mají systém odpružení, který udržuje povrch v kontaktu se všemi šesti koly a umožňuje jim přejíždět kopce a písčitý terén.
Všesměrový robot
Další možností pro kolového robota je, že je jednodušší mít kola Omni pro roboty se všemi koly namontovaná na stejné ose. Stejně jako několik menších kol, která tvoří velké, kolo Omni, mají i menší kola osu kolmou k ose jádra kola. Díky tomu mohou kola jednat ve dvou směrech a holonomicky se pohybovat, což zajišťuje okamžitý pohyb v jakémkoli směru.
Na rozdíl od vozidla, které není holonomicky v pohybu a musí být v pohybu, aby změnilo svůj směr, mohou robotové kolové vozy Omni cestovat v jakémkoli směru z jakéhokoli úhlu, aniž by se předem otáčely, a trojúhelníková plošina se u některých robotů s kulovým kolem používá u 3kolek vyrovnáno pod úhlem 60 stupňů.
Výhody tří kol ve srovnání se čtyřmi koly spočívají v tom, že jsou ekonomické a jisté, že mají 3 body ve stejné rovině, což znamená, že každé kolo je v kontaktu se zemí a osamělé jedno kolo je ve směru pohybu a může se otáčet . Nevýhody využití kol Omni spočívají v tom, že mají poměrně menší účinnost, protože všechna kola se nepohybují ve směru pohybu, což může být také důvodem ztráty třením. Z toho důvodu, že z úhlových měření pojezdu jsou výpočetně složitější.
Jedním z takových skvěle využívaných robotů s Omni koly je Kolový robot Mecanum.
Kolový robot Mecanum
Co je Mecanum Wheel?
Kolo Mecanum je všesměrové kolo, které umožňuje robotickému vozidlu pohyb po obou stranách a obecný pohyb vpřed a vzad. Bengt Erland Ilon vyvinul myšlenku Mecanum wheel, když byl zaměstnán jako inženýr ve švédské společnosti. Tuto myšlenku si nechal patentovat ve Spojených státech 13. listopadu 1972. Druhým rozšířeným názvem je švédské kolo nebo Ilonské kolo, podle jména zakladatele.
Návrh kolového robota Mecanum
Kolo Mecanum je soustředěno na neúnavném kole, které je šikmo spojeno s celým obvodem ráfku sadou pogumovaných vnějších válečků. Obvykle mají tyto sady pogumovaných vnějších válečků osu otáčení k rovině kola kolem 45 ° a s osou kolem 45 °.
U každého robota s kolečky Mecanum má toto kolo své hnací ústrojí a je nezávisle na typu bez řízení. Pohonná jednotka je zodpovědná za generování hnací síly, která udržuje úhel 90 ° s nápravou válečku během točivého pohybu, který lze rozdělit na jeho podélné a příčné vektorové složky.
Typická konfigurace Mecanum Wheeled Robot má uspořádání čtyř kol, což je patrné na jednom příkladu všesměrových mobilních robotů zvaných URANUS. Má střídavé levé a pravé boční válce s osami rovnoběžnými s úhlopříčkou rámu vozidla v horní části kola. Jeden z robotů Mecanum Wheeled Robot: URANUS se ukázal níže.
Mecanum Wheeled Robots se pohybují s minimálními požadavky na rychlost. Například:
- Pohon všech 4 kol stejnou rychlostí ve stejném směru může vést k pohybu vpřed / vzad, protože vektory podélné síly se sčítají, i když se příčné vektory vzájemně zruší.
- Jízda (všechna stejnou rychlostí) obou kol v jednom směru na jedné straně a druhého v opačném směru. To by mělo za následek stacionární rotaci vozidla příčné vektory se ruší, zatímco podélné vektory se spárují, aby vytvořily točivý moment kolem středové vertikální osy vozidla.
- Chcete-li se pohybovat do strany, otočte diagonální kola ve stejném směru stejnou rychlostí a další dvě diagonální kola budou opačná. Výsledkem je přidání příčných vektorů při rušení podélných vektorů.
Kombinace různých typů nezávislých pohybů kol v Mecanum Wheeled Robot, podporovaná určitou mírou otáčení, usnadňují pohyb vozidla v každém možném směru.
Aplikace Mecanum Wheeled Robot
Všesměrový pohyb a extrémní manévrovatelnost v přetížených prostředích, které poskytuje Mecanum Wheeled Robot, našly své aplikace v následující doméně:
- Kolový robot Mecanum se používá v různých vojenských činnostech a pátracích a záchranných misích.
- Mecanum Wheeled Robot je také užitečný při planetárních průzkumech, například - MarsCruiserOne, což je koncepční obyvatelný rover pro budoucí vesmírné mise.
- Mecanum Wheeled Robot se také používá v důlních provozech, což vyžaduje dobrou mobilitu ve stísněných prostorech.
- Robotické vysokozdvižné vozíky Mecanum se používají k přepravě zboží pro efektivní mobilitu a správu skladových prostor.
- Mecanum Wheeled Robot se používají například v inovativním projektu Wheelchair - OMNI, protože Mecanum Wheeled Robot umožňuje vysokou mobilitu ve složitém prostředí a vyšší stupeň nezávislosti.
Zajímáte se o robotické senzory? Klikněte zde.
Také čtení:
Mám vzdělání v Aerospace Engineering, v současné době pracuji na aplikaci robotiky v obranném a vesmírném průmyslu. Neustále se učím a moje vášeň pro výtvarné umění mě udržuje nakloněnou k navrhování nových inženýrských konceptů.
S tím, že roboti v budoucnu nahradí téměř všechny lidské činy, rád svým čtenářům jednoduchým, ale poučným způsobem přiblížím základní aspekty předmětu. Rovněž bych rád udržoval aktuální informace o pokroku v leteckém a kosmickém průmyslu současně.
Ahoj kolego čtenáři,
Jsme malý tým v Techiescience, tvrdě pracujeme mezi velkými hráči. Pokud se vám líbí, co vidíte, sdílejte náš obsah na sociálních sítích. Vaše podpora znamená velký rozdíl. Děkuji!