Co je sférický robot? 9 odpovědí, které byste měli vědět

by

Sférický robot | Sférický válcovací robot

Definice sférického robota

Sférický Robot nebo sférický rolovací robot, jinak nazývaný sférický mobilní robot, je robot ve tvaru koule, který je mobilní a má sférický vnější tvar. Sférický robot zahrnuje sférický plášť, který slouží jako tělo robota, a vnitřní hnací jednotku obecně známou jako IDU robota, která mu umožňuje řídit. Převrácení povrchu je způsob, jakým létá většina sférických mobilních robotů.

Valivý pohyb se obvykle dosahuje pohybem těžiště robota (tj. Kyvadlovým systémem), ale jsou možné i jiné hnací mechanismy. V širším kontextu však sférický souřadný systém ve stacionárním robotu obsahuje klouby 2-rotačního a 1-hranolového typu (příklad: Stanford Arm).

Sférická skořápka je obecně vyrobena z pevného průsvitného plastu, neprůhledného nebo pružného materiálu pro jedinečné pohonné mechanismy a další speciální aplikace, tato sférická skořápka utěsní robota před vnějším prostředím. Existují znovu konfigurovatelné sférické roboty, které mohou sférický povrch změnit na různé konfigurace a provádět jiné úkoly než válcování.

Sférické roboty mohou být samostatné nebo ovládané na dálku (dálkově ovládané), kvůli mobilitě sférického těla a uzavřené struktuře téměř všechny sférické roboty využívaly bezdrátovou telekomunikaci mezi interní pohonnou jednotkou a externí řídicí jednotkou (navigační systém). Převážná část energie těchto robotů pochází z baterie uvnitř robota, ale několik sférických robotů využívá solární články. Sférické mobilní roboty jsou klasifikovány podle jejich aplikace nebo mechanismu pohonu.

Návrh sférického robota

Předměty ve tvaru koule mají neuvěřitelnou manévrovatelnost, takže stojí za to prozkoumat pokrok sférického robota designy. Další významnou výhodou takové robotiky je jejich schopnost odolat drsnému prostředí.

Základní myšlenka systému pohonu robota a principu architektury je uvedena níže. V kupole jsou umístěny vnitřní součásti robota (1). Základna (2) slouží jako základ pro všechny mechanické stavební prvky. Dva stejnosměrné motory poskytují hnací mechanismus s koly (6) namontovanými po stranách plošiny a v kontaktu s koulí.

Válec (3) má dva stupně volnosti a může se volně pohybovat po vnitřním povrchu koule a válec a základna jsou spojeny hřídelí (4), který udržuje všechny součásti na místě. Pružina (5) ve středu hřídele zajišťuje, že se válec a kola robota nikdy nedotknou vnitřního povrchu koule.

Na podvozku je umístěno operační středisko, ovládací mechanismy, motory a baterie. To se zaměřuje na hmotnost robota spolu s těžištěm konstrukce. Orientaci vnitřních prvků vzhledem ke kouli lze změnit pomocí aktuální konfigurace. Přibližně ve stejné době se směr středu hmoty posouvá, což způsobuje posun sféroidu.

Interakce mezi jednotlivými moduly je znázorněna na následujícím obrázku:

Konfigurace sférických robotů

Konfigurace interního košíku

Čtyřkolový nebo tříkolový vozík je namontován uvnitř koule v konfiguraci koule křečka. K řízení lze také použít změny rychlosti orientace kola. Toto řešení je poměrně snadné, ačkoli obsahuje sféru jednotného tvaru; navíc mohou kola z důvodu narušení pohybu vynechat kontakt s vnitřním povrchem koule.

Konfigurace s vnitřním vozíkem, hřídelí a válečkem

Kola vozíku zůstávají v kontaktu s vnitřním povrchem koule díky kombinaci hřídele, pružiny a válečku a pro dodatečné vyvážení konstrukce, což umožňuje omezit počet hvězd na dva. Omnibola, známý robot, má obrácenou konfiguraci s pohony na vrcholu sféroidu.

Konfigurace kyvadla s nápravou

Uspořádání kyvadla vyžaduje nápravu pro spojení koule s vnitřní strukturou. Osa poskytuje kyvadlu pevný základ, který může posunout těžiště a vyvolat jak rotaci, tak naklonění koule. Tento přístup omezuje stabilitu robota a vnitřní náprava omezuje rotační kapacity koule.

Konfigurace designu na základě setrvačníku

Po omezenou dobu se pomocí hybnosti nebo reakčního kola nakloní vnitřní kyvadlo nebo se zvýší točivý moment koule. Systémy Control Momentum Gyroscope (CMG) se používají k otáčení velkých satelitů nebo vesmírných stanic ve složitějších provedeních.

Vícenásobná konfigurace designu s hromadným řazením

Řada akčních členů se používá k pohonu několika konstrukcí hromadného řazení. Zde zobrazená konfigurace se používá pro přesnou polohu těžiště uvnitř koule, ale generování pohybu je složité a neúčinné, protože několik akčních členů pracuje nepřetržitě.

Konfigurace robota poháněného větrem

Ekologicky šetrné konstrukce jsou výslovně omezeny pouze na konkrétní použití. Toto strojní zařízení, které může přesměrovat vnější sílu a využít pro robotické řídicí aplikace. Vítr bude udržovat koncept výzkumu robotů na Marsu, jak je vidět níže, ale směr jízdy nemůže bránit pohybu větru.

Konfigurace podvodního robota

Další příklad stavby, která potřebuje jedinečné prostředí funkcí je podvodní robot. Kulový robot, který se pohybuje uvnitř potrubí chladicích systémů jaderných reaktorů pomocí vnitřních ventilů a čerpadel, byl vytvořen k detekci úniku toxického materiálu a korozi.

Konfigurace konstrukce deformovatelného těla

Drát ze slitiny s tvarovou pamětí (SMA) je lehký materiál, který se při zahřátí vrátí do původního tvaru. Sférický robot vyrobený z tohoto materiálu má velkou stabilitu, ale jeho orientace je nepředvídatelně nevyzpytatelná a obtížně ovladatelná.

MorpHex - kombinace sférického robota a hexapodu

MorpHex je robot ve tvaru koule s několika nohami přes tělo, které lze sestavit do koule. Nohy robota mohou i přes jeho kruhový tvar řídit a otáčet se. Pohyb je v režimu ve tvaru koule omezen kvůli složité struktuře řešení a neobvyklé poloze nohou robota. Taková struktura je navíc citlivá na nepříznivé povětrnostní podmínky.

Ve srovnání se všemi výše zmíněnými alternativami má architektura postavená na vnitřním vozíku s hřídelí a válečkem největší stabilitu z hlediska propracovanosti generování pohybu.

Ovládání sférického rolovacího robota

Vezměme si trojrozměrné kyvadlo zavěšené uprostřed koule pro sférického ručního robota. Existují tři standardní způsoby ovládání takového zařízení:

  1. Ovládání napájecím napětím do motoru.
  2. Ovládání pomocí rychlosti otáčení motoru.
  3. Ovládání točivým momentem motoru.

Pro řízení napájecího napětí není nutné žádné podpůrné zařízení. Bez jakéhokoli zpracování je napětí motoru zdrojem nejnižší úrovně. Na druhé straně další dvě metody vyžadují použití specifických podpůrných struktur. I když parametry rotace nejsou měřeny, rotace koule může být konstantní. Ve výsledku je dostatečné soustředit se na regulaci kyvadla nebo motoru týkajícího se koule.

Sférická robotická pracovní obálka

Polární roboti mají kombinovaný lineární kloub a dva rotační klouby a otočný kloub a rameno připojené k robotické základně. Osy vytvářejí sférickou pracovní obálku a polární souřadnicový systém a jsou také známé jako sférické roboty. Pracovní obálka této konfigurace zametá svazek mezi dvěma neúplnými koulemi. Architektura fyzicky omezuje úhlovou rotaci vertikální a horizontální roviny. Tato omezení vytvářejí kónické mrtvé oblasti nad a pod strukturou robota.

Příklad sférického robota | Mobilní sférický robot

Doufají, že do něj integrují GPS, které bude sledovat hlídané trasy, a začlení radarové senzory, které pomohou pohybovat se po překážkách, a budou muset používat GPS, aby mohl hlídat kolem předem určených cest, a radarové senzory, které mu pomohou vyhýbat se překážkám.

Na co se používá sférický robot? | Aplikace sférických robotů

Tento typ robotů se používá pro účely pozorování, ovládání, vodní a planetární průzkum, rehabilitaci, výchovu dětí a zábavu atd. Aplikace sférických robotů lze vidět v obojživelných robotech pro provoz na zemi i na vodě.

Široká veřejnost bude nakupovat komerční sférické roboty. GroundBot, Roball a QueBall jsou některé z nejnovějších komerčních hraček a Sphero BB-8, který je založen na stejnojmenné robotické postavě z roku 2015 ve filmu Star Wars: The Force Awakens a Samsung Ballie je osobní robot, který vypadá jako kulový kuličkový tenisový míček a byl představen na Samsung CES2020.

Podle Sajida Sadiho, viceprezidenta výzkumného týmu společnosti Samsung, umožňuje mobilita Ballie reagovat na jednotlivce bez ohledu na to, kde se nacházejí. Rodiče mohou požádat Ballieho, aby se poradil se svými dětmi, aby zjistili, zda dokončili domácí úkol, nebo aby sledovali, jaké televizní pořady a filmy sledují.

Některé další základní aplikace sférických robotů jsou také uvedeny níže:

  1. Manipulace s obráběcími stroji
  2. Spot svařování
  3. Montážní operace
  4. Fettlingové stroje
  5. Lití pod tlakem
  6. Plynové svařování
  7. Malba
  8. Obloukové svařování

Výhody a nevýhody sférického robota

Výhody

Sférické Předpokládá se, že roboti mají několik výhod, včetně lokomoce s nízkým třením, omezených prostorů, všesměrového letu bez převrácení a tak dále. Díky těmto výhodám jsou sférické roboty životaschopnější než konvenční mobilní roboty. Sférický robot má mnoho výhod a jeho architektura je přímočará.

Senzory a nástroje uzavřené v kouli jsou dobře chráněny. Rotundus je velmi lehký, váží jen asi 25 kilogramů, ale váhová výhoda se při zakrytí rotundu ještě zhoršuje. Výsledkem je, že má nízkou hustotu a může plavat. Díky tomu jej lze použít na silnici, v terénu a dokonce i ve vodě.

Utěsnění robota má další výhody, kromě toho, že mu umožňuje mít nízkou hustotu, aby mohl plavat; to také znamená, že se dovnitř nedostane žádný písek, který by způsoboval problémy s motory a jinými součástmi. Elektrické jiskry (pokud existují) ve vnitřku jsou často utěsněny, což cenného robota dělá v situacích úniku plynu. Díky povaze robota je také velmi tichým operátorem.

Nevýhody

Sférický robot má nižší profil než jiné komerční roboty, což je jedna z hlavních nevýhod. Pracovní obálka robota je také omezena kvůli nedostatku lineárního aktuátoru v ose Z.

Jak postavit sférického robota?

Proces budování typické kulové konfigurace robota je uveden níže.

  1. Sestavte systém pohonu.
  2. Připravte motory a připojení, věnujte zvláštní pozornost zvukovým a negativním aspektům. I když můžete svařovat dráty přímo k motoru a ESC, konektory to z dlouhodobého hlediska výrazně zjednodušují.
  3. Namontujte ozubené kolo zašroubováním adaptéru hnacího kola do ozubeného kola a náboje pomocí šroubu s nábojem (strana příruby převodovky dolů).
  4. Zkontrolujte orientaci kol. Jelikož kola nejsou symetrická, lze je polohovat dvěma různými způsoby. Na jedné noze jsou hřebeny a mělčí zúžení. Hřebeny paprsků mohou být otočeny směrem ven.
  5. Umístěte pevné kolo do kola, poté druhou polovinu adaptéru kola a poté jej bezpečně sešroubujte.
  6. Namontujte planetový motor k motoru. Ujistěte se, že držák je nakloněn tak, aby při zkroucení šroubů padly do držáku.
  7. Hnací hřídel je připojen. Dbejte na to, aby spojka byla co nejvíce zatlačena do motoru a aby byl hřídel zasunut co nejvíce (to bude mít později za následek správnou délku). Ujistěte se, že jsou spojky utaženy tak, aby šestihranné šrouby dosedly na hladkou stranu hřídele.
  8. Namontujte motor.
  9. S přírubou na vnější straně kanálu umístěte ložisko do horního otvoru sestavy motoru a toto ložisko bylo vloženo mezi médium a spoj, který jej drží na místě. Šrouby trvale zajišťují všechny komponenty, dokud není spoj v jedné rovině s kanálem.
  10. Namontujte ložiska do kloubů. Ke každé hřídeli přidejte rozpěrku. Namontujte pastorek. Zajistěte, aby bylo vše na hřídeli těsně přitlačeno, ale ne tak pevně, aby vzniklo tření.
  11. Sestavte sestavu kola a umístěte ji na horní hřídel. Zajistěte, aby byly pevné šrouby našroubovány na hladkých stranách hřídele.
  12. Připojte k hlavnímu tělu. Připojte ESC a nastavte distribuci energie. Přijímač, směšovač, kondenzátor a předřadník by měly být namontovány všechny.
  13. Vystřihněte kruh pro horní část koule a nalepte na ni jazýčky.

Také čtení: