Промишлени роботи и манипулатори
Изтегляне 2.67 Mb.
|
Свързани:
SCRUM ivtod12a
- Навигация на страницата:
- мобилни роботи
| 3. ТЕОРЕТИЧНА ОБОСНОВКА
Роботът е препрограмируем, мултифункционален манипулатор, предназначен да пренася материали, детайли, инструменти или специални устройства чрез различни програмирани движения за извършване на разнообразни дейности. Мобилната роботика е интересна област за изследвания на видове движения и възможностите им за използване при машини, които трябва да се придвижват автономно, при това често пъти без пътища, специално подготвен терен, при наличие на препятствия, тесни места и др. Един от възможните подходи за класификация на видовете мобилни роботи е според начина на придвижване. В този смисъл те са колесни, верижни и крачещи. Движението може да бъде непрекъснато или прекъснато. При роботите с прекъснато движение имаме и катерещ се тип. В практиката освен това се срещат специфични мобилни роботи, напр. летящи, както и такива от смесен тип. Една примерна класификация на наземните мобилни роботи е дадена на фиг. 1. фиг.1 Според предназначението си, мобилните роботи се групират като промишлени, изследователски, сервизни (обслужващи, битови), развлекателни и транспортни. Промишлените мобилни роботи са основна предпоставка за създаване на принципно нови технологии без пряко участие на човека и имат огромно социално значение - намаляват или премахват тежкия физически и монотонен труд. С тяхна помощ, при сравнително малки разходи се увеличава производителността на труда от два до три пъти. Изследователските мобилни роботи се използват за проучване на недостъпни за човека места, за работа в неприятна, замърсена или опасна среда, отбрана и гражданска защита за научно-изследователска дейност, патрулиране, космически и планетарни изследвания, инспекция на машини и съоръжения, в медицината за дистанционно контролирани медицински процедури, изискващи голяма прецизност на изпълнение. Сервизните мобилни роботи заместват рутинни човешки дейности, като почистване, градинарство, компания, обслужване и медицински грижи за болни, възрастни и самотни хора. Тук спадат и т.н. персонални роботи. Транспортните мобилни роботи са превозни средства с автоматично насочване за товарене, превоз и разтоварване на товари без участието на човека. Използват се в минната промишленост, в космоса, в промишлени и търговски складове, болници, пристанища, летища, за разчистване на отломки в райони, пострадали от земетресения, срутвания и природни бедствия. Развлекателните мобилни роботи се създават за игри и забавления. Освен елементарни играчки за деца, са разработени и цели отбори от роботи в някои спортове, с които се организират състезания. Специален клас представляват учебните роботи. Приложението им е при подготовка на технически и инженерни кадри, за даване на познания по програмиране, конструиране и технически науки. При по-малките ученици, учебните роботи могат да играят ключова роля за повишаване на ефективността на неформалното обучение, което повечето деца по естествен път развиват при взаимодействието си с тях. Тези роботи са мощен алтернативен метод в помощ на обучителния процес за учащи със затруднения в ученето и лица с увреждания. Според функционалните си възможности съвременните мобилни роботи (МР) могат да се определят още като: . Транспортни • Информационни • Манипулационни • Хибридни Към групата на транспортните МР спадат автоматичните мобилни платформи (МП), използвани за транспортиране на обекти от най-различно естество. Те намират приложение в болнични заведения за транспортиране на храна, медицински и хирургически консумативи, чисто или замърсено бельо, медицински отпадъци, в складове и цехове за пренасяне и повдигане на материали , за теглене на композиции и тежкотоварни превози, (фиг.2). Информационни са тези роботи, които се използват за наблюдение и измерване параметрите на средата, патрулиране и охрана, автоматизирано обслужване на клиенти и мобилни автоматизирани гидове. За да се определи един робот като манипулационен, той трябва да има способността активно да въздейства върху средата и/или обектите в нея. Най-често това са функции, като взимане на проби и извършване на технологични операции, асистиране на човек при пренасяне на тежки материали, прецизиране на движенията и т.н. Към тази група се причисляват не само мобилните роботи, които са с изграден многофункционален манипулатор или имат възможност за допълнително вграждане на такъв, но и роботизираните протези, чието развитие през последните години значително се усъвършенства. Последната група МР по показателя функционалност са хибридните. Както става ясно от наименованието им, то това са роботи, които по функционалност комбинират две или повече от изброените функции. Другият показател по който могат да се класифицират МР е техният мащаб. Размерите на МР, както и на ходовете на възможните локомоционни движения естествено дефинират системите като: макро, мезо и мини. Фиг.2 Спецификата на работната среда е формирала следните основни структурни групи МР: • летящи системи с 6 степени на свобода в атмосферата (многовитлови платформи (фиг. 3), аеростати, махащи (фиг. 4) и др.) и в космоса (вкл. Многоръки с възможности за придвижване чрез прехващане – пълзене) (фиг. 5). • подводни – с 6 степени на свобода и специфични възможности за движение по дъно, по обекти и по водната повърхност (фиг. 6); • наземни МР за придвижване по повърхност (до 3 степени на свобода) в условия на гравитация и триене. Те използват естествени терени, пътища, улици, площадки, вкл. Тунели под земята, както и трасета в сгради и инженерни системи; • специални – за движение в тръби, по електропроводи, придвижване чрез издърпване, прилепване към стени и тавани, ровене в рохкави структури, движение в организми (вкл. Човешки). фиг.3 Фиг.4 Фиг.5 фиг.6 Съвременните наземни мобилни роботи се делят на конвенционални и високомобилни и са обособен клас универсални системи с приложение в редица дейности: • междуцехов и вътрецехов и складов транспорт, информационни и транспортни задачи и чистене в производството и обслужването • анализ и работа в опасни среди, при бедствия и аварии, при военни и охранителни дейности • лабораторни изследвания и обучение Докато първата група включва специализирани и относително евтини автоматични устройства, втората се състои от многофункционални, високомобилни системи с дистанционно управление. В този случай сложността, разнообразието и динамиката на средата и задачите изискват участие на специализиран оператор или екип за наблюдение, анализ, вземане на решения и водене на МР. Най-често работната сцена на апарата включва: • сградни помещения и технически съоръжения (индустриални и транспортни) • урбанизирани райони (сгради, дворове, канали, тунели, пътища, площадки и ж.п. линии) • естествена среда при различен релеф и повърхност Широкото разпространение на изкуствени, плоски, гладки и твърди основи (подове, улици и площадки), позволява бързо и ефективно придвижване чрез колесни МП с конвенционални конструкции: • триколесни – диференциални (фиг. 7) • класически четириколесни (фиг. 8) • двуколесни балансиращи(фиг. 9) • едноколесни балансиращи (фиг. 10) фиг.7 фиг.8 фиг.9 Фиг.10 Системите са прости, но позволяват само заобикаляне на препятствия в равнина. Разширяването на задачите, профила и вида на основата, както и многообразието от препятствия в пространството налага използването на високомобилни роботи. Високата мобилност на многоколесните роботи се дължи на индивидуалното управление на всяко колело и геометрично близкото разположение на осите на колелата, като по този начин всяка група колела може да се разглежда, като едно единствено с елипсовидна форма или верига. Роботите използващи омниколела (Фиг. 11) имат подобрена подвижност и маневреност, дължаща се на свойствата на омниколелата. Характерното за тях е, че имат едновременно активна и пасивна посока на въртене. Посоката на движение се управлява чрез посоката на въртене на отделните колела, като при еднаква скорост се наблюдава праволинейно движение. При променлива скорост на кое да е от колелата движението става вече по крива. фиг.11 Крачещите мобилни роботи се характеризират с голяма мобилност дължаща се най-вече на малкият брой контактни точки между робота и повърхността на движение. Те имат голяма адаптивност, маневреност и способност да преодоляват препятствия, каквито другите видове наземни роботи не могат. Основният недостатък на тези роботи са сложността на захранващите и механични конструкции на краката. Един крак трябва да може да подържа самостоятелно голяма част от общото тегло на робота, а и в повечето случаи да го повдига или спуска. Последната категория високо мобилни роботи са верижните. Задвижването с вериги на практика прави задвижването на робота „некоректна“ диференциална система от най-прост тип. Тази категория се разделя на две суб-категории – верижни мобилни платформи и верижни мобилни роботи . Последните се изграждат на базата на платформите, но с тази разлика, че могат и активно да въздействат върху средата. Специална група мобилни роботи са т.н. сервизни роботи. С нарастване на процента на възрастното население в Европа и по света, все по-глямо приложение намират мобилни роботи, предназначени за подпомагане и обслужване на стари, болни и самотни хора. фиг.11 През последните десетилетия са разработени много роботизирани платформи, повечето от които включват мобилност, някаква автономна навигация и - напоследък - и манипулационни способности. Някои видове обслужващи роботи с по-сложна функционалност са показани на фиг. 11. Мини и микророботи за специални цели Тримерните сензори са многообещаващи за локализирането и навигацията на роботи. Въпреки това ограничения полезен товар на миниатюрните роботи прави почти невъзможно използването на тримерни зрителни сензори. Този проблем може да бъде преодолян, движейки робота наоколо с цел да се създаде панорамно изображение (панорамна картина). В добавка към основния проблем – да се построи картина, трябва също да се отчита шума на изображенията, заснети от миниатюрен робот. Панорамните картини изискват скъпи лещи и специално създаден хардуер, който не може да бъде приспособен към някои роботи, особено към миниатюрните заради ограничението в размерите им. Една по-ефикасна алтернатива е роботът, изправен пред сложна сцена, да я възстанови, заснемайки множество снимки и опитвайки да ги свърже (да ги насложи). Този процес, наречен “мозайка от образи” (мозаично сканиране, заснемане), се опитва да пресъздаде непрекъсната картина от няколко застъпени снимки (образи) на една и съща сцена. Но резултатът от един такъв интуитивен подход би бил лош, заради изкривяването на перспективата, заради въртенето на камерата около осите й. Спасителните мисии на заложници и при бедствия са два примера, където използването на роботи е свързано със спасяването на човешки живот. За подобни случаи е разработен цилиндричният робот Скаут, дълъг 11 см, с диаметър 4 см и екипиран с видео камера. Спасяването на човешки живот от разстояние изисква наличието на пълна картина на окръжаващата среда на робота Скаут с висока разделителна способност. Това се постига, използувайки видео камерата на робота Скаут като зрителен сензор за създаването на “мозайка от образи”. Малките размери на робота и ограничената му предавателна мощност усложнява създаването на мозайки поради шума в изображението. Ползуват се две видео предавателни честоти. На 900 MHz сигналът преминава по-лесно през стени и предмети, отколкото на 2.4 GHz. Въпреки това повисоката честота осигурява по-ясен сигнал на линията на прицел. Друг пример на микророботи за спасителни операции е разработването на роботи, наподобяващи щурци, наречени Whegs. Щурецът използва звук за проследяване на потенциалните партньори. Този феномен е изследван за роботи, които биха могли да го използват в търсене при спасителни мисии. Идеята е да се разгръщат малки роботи вместо кучета, снабдени с модул за човешко търсене за откриване викове за помощ или дишане в ограничена околна среда като при земетресения или експлозии. Дизайнът е такъв, че микрофоните са близо един до друг като уши на щурец, така че роботът да използва ефекта на Doppler за да намира звук. Известни са две поколения от автономни подводни роботи Robolobster I и II, които са с подобни размери и двигателни способности като биологичния им дубликат (роботи-омари) – до 0.1 м. Тези роботи позволяват изследователски тестове и проверка на хипотези за свръхчовешки способности, каквито са при омарите за засичане на обонятелна информация и вземане на решения, основани на нея. Някои класификации на микророботи биват според: Класификация според размера: Според размера малките роботи биват три вида: - миниатюрни роботи: размерите са до няколко куб. сm; работното пространство и силите са сравними с манипулации на човешки пръсти; произвеждат се за сглобяване на конвенционални миниатюрни компоненти и микромашини; повечето от наличните днес микророботи са от този клас, - микророботи: размерите са до няколко стотици куб. μm; създават се като среддство за микромашинни технологии (пространствени или равнинни микромашинни операции или литографски - LIGA технологии); съдържат микроманипулатори, сензори, вериги за “сигнал-процесинг”; примери за ползуване са сглобяване на нанороботи, работа с клетки, - нанороботи: размерите са до няколко стотици nm, тоест с размерите на човешка клетка; конвенционалните механични принципи за задвижвания и манпулатори не са приложими тук, ползуват се електрохимически принципи (като при мимикриращи биологични микроорганизми); твърдотелните технологии за изграждане не са ползуваеми за нанопроизводство, решение могат да бъдат полимерните химични техники. Функционална класификация: Според функционални и структурни особености говорим за: - стационарни или мобилни микророботи, - със собствен или с външен енергоизточник, - работещи самостоятелно или в група, - автономни или с дистанционно управление, - с жична или безжична връзка с оператора, Класификация според движенията: Според начина на придвижване микророботите биват: - колесни, - верижни, - крачещи, - катерещи, - пълзящи, - летящи, Класификация според обсега и задачите: Някои автори ползуватат съотношението “С” между физическите размери на микроробота и работната му зона: - С >> 1 : стационарни микроманипулационни системи, - С << 1 : микроскопични мобилни роботи. При разработването на структурата на системата се използва комбинираната концепция на “специализация и сътрудничество“, т.е. вместо да се екипира всеки робот с всички необходими подсистеми – сензори, изчислителни и комуникационни модули, се извършва “специализация” на отделните членове за отделна задача или част от нея. За различните типове задачи са разработени различни типове микророботи, с различни сензорни и изчислителни възможности. Изтегляне 2.67 Mb. Сподели с приятели:
|