Download - Svesmjerni mobilni roboti
JU Univerzitet u Tuzli Fakultet elektrotehnikeFakultet elektrotehnikePostdiplomski studij, 2013.Modul: Automatika i RobotikaP d t R b tik M h t ik i A t ti ij 2013Predmet: Robotika, Mehatronika i Automatizacija, 2013.
Lokomocija mobilnih robotaLokomocija mobilnih robota
Predavač:
Vanr. Prof. dr. Lejla Banjanović-Mehmedović
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Osnovni tipovi dizajna mobilnih robota Osnovni tipovi dizajna mobilnih robota
- Mobilni roboti na točkovima
- Mobilni roboti sa diferencijalnim pogonom - Mobilni roboti na gusjenicama - Mobilni roboti sa sinhronim pogonom
Mobilni roboti sa Ackermann ovim sistemom upravljanja- Mobilni roboti sa Ackermann-ovim sistemom upravljanja
- Svesmjerni mobilni roboti (engl. omni-directional robots)
- Balansirajući mobilni roboti- Balansirajući mobilni roboti - Roboti izrađeni na principu inverznog klatna- Robot izrađeni na principu dvostrukog inverznog klatna
- Hodajući mobilni roboti- Hodajući mobilni roboti- Roboti na dvije noge- Roboti sa više nogu (četiri, šest itd.)
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Mobilni roboti sa pogonom na jedan točak Mobilni roboti sa pogonom na jedan točak
- Najjednostavniji konceptualni dizajn mobilnog robota- Zahtijeva jedan pogonski i dva pasivna točaka
U lj j li b i i k t j j t ti- Upravljanje linearnom brzinom i zakretanjem je u potpunostirazdvojeno- Ravno kretanje - prednji točak se pozicionira paralelno centralnojravnini robotaravnini robota- Kretanje po zamišljenoj krivulji - točak pod uglom koji odgovaraželjenoj krivulji- minimalni radijus okretanja: rastojanje između prednjeg točaka isrednje tačke i međ adnjih točakasrednje tačke između zadnjih točaka.
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Mobilni roboti sa diferencijalnim pogonom Mobilni roboti sa diferencijalnim pogonom
Dva motora na lijevoj i desnoj strani robota, koji nezavisno pogonedva točaka
j p gj p g
dva točaka.
Zahtijeva jedan ili dva dodatna pasivna točaka ili klizača
Ne zahtijeva rotaciju gonjene ose
Izgled tipičnog mobilnog robota na diferencijalni pogon
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
na diferencijalni pogon
Mobilni roboti sa diferencijalnim Mobilni roboti sa diferencijalnim pogonompogonom
Neovisno upravljanje brzinama desnog vR i lijevog točka vL (linearne brzine).
Razlika brzina lijevog i desnog točka određuje ugao zakreta robota
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Mobilni roboti sa diferencijalnim pogonom Mobilni roboti sa diferencijalnim pogonom
•Zahtijeva koordinaciju dva pogonska točka.•Kada se okreće u mjestu, robot se okreće okocentralne tačke između dva pogonska točka.•Mogu se javiti problemi sa kontaktom sa podlogom(četiri kontaktne tačke).(četiri kontaktne tačke).
- Pravolinijsko kretanje, naprijed: vL = vD, vL > 0- Kretanje po krivoj liniji, udesno: vL > vD,- Okretanje u mjestu: vL = –vD,
(u smjeru kazaljke na satu- vL > 0 , u smjeru kazaljke na satu- vL > 0 ,
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Mobilni roboti sa diferencijalnim Mobilni roboti sa diferencijalnim pogonompogonom
Problem direktne kinematike sastoji se u određivanju brzine mobilnog robota v i njegovog položaja (x, y, φ) za zadane brzine točka vR i vL .
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Primjer proračuna odometrijePrimjer proračuna odometrijePrimjer proračuna odometrijePrimjer proračuna odometrije
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Primjeri: Eve, SoccerBot & LabBotPrimjeri: Eve, SoccerBot & LabBot
Eve
SoccerBot
LabBot
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Roboti na gusjenicama Roboti na gusjenicama
- Mogu se razmatrati kao specijalni slučaj robota na točkovima -sa diferencijalnim pogonom,
N j ć d t l ži ć ti l d j ih t- Najveća prednost leži u mogućnosti savladavanja neravnih terena,- Nedostatak su veći gubitci energije pri skretanju, -Važna je mogućnost primjene kao “robota za spašavanje” u područjima prirodnih katastrofa-područjima prirodnih katastrofa,
-Robot može samostalno prilagođavati brzinu kretanja koristeći -ugrađene senzore orijentacije.
EyeTrackCopyright: Lejla Banjanović-
Mehmedović
Tricikl pogonTricikl pogonTricikl pogonTricikl pogon Vozila koja koriste tricikl pogon imaju jedan prednji točak koji
pokreće pogonski motor i dva pasivna stražnja točka (ili obratno) pokreće pogonski motor i dva pasivna stražnja točka (ili obratno).
Ovakav pogon se često koristi za vozila sa automatskim vođenjem zbog njegove jednostavnosti.
D b k k f š kl đ Dobra strana ovakve konfiguracije jeste što nema klizanja između podloge i točkova. S druge strane, jako je teško izvršiti planiranje putanje jer vozilo sa ovakvom konfiguracijom nema mogućnost oktetanja u mjestuoktetanja u mjestu.
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Sinhroni pogonSinhroni pogonSinhroni pogonSinhroni pogon
Sva tri točaka istovremeno služe za pogon i usmjeravanje
Sva tri točaka se rotiraju istovremeno i uvijek su usmjerena u istom pravcu - pravcu kretanja p p j
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Mobilni roboti sa sinhronim pogonomMobilni roboti sa sinhronim pogonom
Gotovo da je vozilo holonomne konfiguracije, Obično se konstruiše u cilindričnom obliku
Xenia
Rezultati izvršenja zadatka čišćenja podova, fotografija i mapa
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Akermanov pogonAkermanov pogonAkermanov pogonAkermanov pogon
Koristi se uglavnom u automobilskoj industriji.
Vozila koja imaju ovakav pogon se Vozila koja imaju ovakav pogon se jednostavno prilagođavaju vanjskim terenima i imaju jednostavnu izvedbu.
Pl i j t j k i ili j Planiranje putanje na ovakvim vozilima je znatno složenije neko na vozilima koja
imaju npr. diferencijalni pogon.
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Akermanov pogonAkermanov pogonAkermanov pogonAkermanov pogon Ackermanov način upravljanja – da se osigura da se
d ji š ji č k ž k i š š iji prednji unutrašnji točak može zakrenuti za nešto oštriji ugao od vanjskog točka prilikom okretanja, da bi se eliminiralo klizanje guma koje se pri tome dešava .j g j p
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Mobilni roboti sa AckermannMobilni roboti sa Ackermann--ovim sistemom ovim sistemom lj jlj jupravljanjaupravljanja
Four Stooges
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Svesmjerni mobilni roboti (omniSvesmjerni mobilni roboti (omni--directional robots)directional robots)
- U potpunosti holonomna vozila - Osnova svesmjernih robota su mekanum točkovima
Mekanum točkovitočkovima. - Postoje mekanum točkovi sa valjčićima pod uglom od 45° i 90°
- Rezultirajuća kombinacija sila, koje djeluju u pravcima paralelnim sa osama valjaka,
Princip rada mekanum točkova
koji su u kontaktu sa podlogom, će odrediti pravac kretanja robota:
- naprijed: sva četiri točka naprijed - nazad: sva četiri točka nazad - ulijevo: 1, 4: nazad; 2, 3: naprijed Princip rada mekanum točkovaulijevo: 1, 4: nazad; 2, 3: naprijed - udesno: 1, 4: naprijed; 2. 3: nazad - okretanje u mjestu, u smjeru kazaljke na satu:
1, 3: naprijed; 2, 4: nazad - okretanje u mjestu, suprotno smjeru kazaljke
t 1 3 ij d 2 4 d Svesmjerni roboti na 3 ili 4 točkovana satu: 1, 3: naprijed; 2, 4: nazad
Princip svesmjernog pogonaCopyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Svesmjerni mobilni roboti Svesmjerni mobilni roboti –– primjeri dizajnaprimjeri dizajna
Omni 1
Omni 2
Omni 3
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Balansirajući robotiBalansirajući roboti- Popularnost sa pojavom komercijalne izvedbe Segway-ovog vozila - Bazirani na principu inverznog klatna (njihala) a imaju ili točake ili noge. -Razmatraju se zasebno ili kao prethodnici dvonožnih hodajućih
BallyBot
Sistem za upravljanje sa Kolman-ovim filterom
j p jrobota .
p j j
Dingo
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Dvonožni hodajući robotiDvonožni hodajući robotiPrimjeri: Johnny Walker i Jack DanielsPrimjeri: Johnny Walker i Jack Daniels.
Primjer: robot druge generacije tipa ˝Andy Droid˝: - 5 stepeni slobode kretanja za svaku nogu: 3 za savijanje nogu + 2 za bočno naginjanje,
Johnny i Jack
j j g g j j- olakšana konstrukcija,- odvojeno snabdijevanje energijom za kontroler i motore,- obje noge posjeduju po tri podesiva prsta, svaki opremljen sa otpornim trakama za mjerenje napona.
Primjer: Andy 2
Andy Droid
Andy 2Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Balans hodajućih robotaBalans hodajućih robota - Dinamičke metode hodanjaDinamičke metode hodanjaStatički balans – težište robota se mora nalaziti unutar područja koje je podržano stopalima, Dinamički balans – balansiranje se postiže uravnoteženjem dinamičkih sila i momenata.
umjetni horizont Johnny - Sekvenca hoda
Andy Droid - Sekvenca hoda
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Alternativni dizajni dvonožnih robotaAlternativni dizajni dvonožnih robota
- Pri konstrukciji dvonožnih robota, za aktuatore, najčešće se koriste servo uređaji -efikasan mehanički i elektronički dizajn robota,
Primjer: Rock Steady j y- izrađen na osnovu minimalističkog pristupa, - svaka od nogu je pogonjena samo jednim motorom => korak se osigurava mehanički - stopala ostvaruju kontakt sa podlogom samo u po jednoj tački, => za dinamički balans je nužno da se robot kontinualno kreće, samo je jedan motor upotrijebljen za bočno prebacivanje kontra mase u torzu robota- samo je jedan motor upotrijebljen za bočno prebacivanje kontra-mase u torzu robota
Rock Steady - dinamička sekvenca hodaRock Steady
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Hodajući robotiHodajući roboti
- Važna alternativa robotima na točakima, budući da je većina površine zemlje neravna. - osnovni problem hodajućih robota je zadržavanja balansa (uspravnog položaja)- razlikujemo statički i dinamički balans- Roboti sa šest i više nogu imaju osiguran statički balans tokom hoda, - Dvonožni roboti su najkomplikovaniji za balansiranje - tokom hoda samo jedna noga je na tlu
- Primjeri: Kraba i Hexapod- koriste po dva servo-uređaja za svaku nogukoriste po dva servo uređaja za svaku nogu, - Kraba- svi servo-uređaji su čvrsto vezani za karoseriju robota- Hexapod - servo-uređaji za kretanje gore/dole se kreću zajedno sa nogom na koji su postavljeni. - Kraba je opremljen sa sonarima sa ˝costum-made˝elektronikom - Hexapod je opremljen sa infracrvenim PSD senzorima za detekciju prepreka
Kraba (engl. Crab) i Hexapod
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
HeHeksksapodapod LoLokkomoomocijacijaHeHeksksapodapod LoLokkomoomocijacija Mnogi insekti koriste heksapod lokomociju -6 nogu
( d j ičk bil )(prednost je statička stabilnost)
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
MiMikkrorobotrorobotii
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović