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.)


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.


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


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


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 ,


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 .


Primjer proračuna odometrijePrimjer proračuna odometrijePrimjer proračuna odometrijePrimjer proračuna odometrije


Primjeri: Eve, SoccerBot & LabBotPrimjeri: Eve, SoccerBot & LabBot

Eve

SoccerBot

LabBot


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.


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


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


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.


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


Mobilni roboti sa AckermannMobilni roboti sa Ackermann--ovim sistemom ovim sistemom lj jlj jupravljanjaupravljanja

Four Stooges


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


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


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


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


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


HeHeksksapodapod LoLokkomoomocijacijaHeHeksksapodapod LoLokkomoomocijacija Mnogi insekti koriste heksapod lokomociju -6 nogu

( d j ičk bil )(prednost je statička stabilnost)


MiMikkrorobotrorobotii


svesmjerni mobilni roboti

Documents