Tipuri de Roboti Mobili

Capitolul 1. Tipuri de roboți mobili

1.1 Generalitați

Roboții sunt mașini electromecanice automate programate care folosesc coduri sursa sau controlate de om cu ajutorul unor radiocomenzi, folosind camere de luat vederi, senzori sau alte sisteme de control.

În cea mai mare parte, roboții sunt folosiți in procesele de fabricație. Ei mai sunt folosiți in situații in care siguranta omului este pusă in pericol, exemplu ar fi dezamorsarea bombelor sau manipularea unor substante toxice, calatoria in spațiu sau in adâncul măriilor sau oceanelor unde omul nu ar putea face față presiunii. Roboții mobili care au incorporat un sistem de locomotie, se pot deplasa pe uscat, pe apa si in aer, modalitatiile de propulsare cele mai diverse ar fi: cu roți; șenile; jet de aer sau apă.

Din punct de vedere al complexitații, controlul automat al roboțiilor variază de la simpe relee la variante computerizate sofisticate.

Majoritatea roboțiilor mobili sunt dotați cu camere de luat vederi si alți senzori de percepere a mediului in care iși desfașoară acțiunea. Controlul uman se face prin folosirea unor simple butoane pana la panouri complexe cu putere de raspuns.

Undele radio, fibra optica, semnalele acustice, echolocalizarea (ghidare prin ecran) sunt câteva din metodele de comanda al roboțiilor mobili.

Mulți roboți sunt construiți sa imite miscarile brațului uman dar sunt limitate datorita imposibilitații de potrivire perfectă cu manevrabilitatea brațului uman care este controlat de creier si ochi.

Totuși, foarte mulți bani sunt in continuare cheltuiți pentru cercetare si dezvoltare in domeniul obținerii fințelor artificiale prin duplicarea mâinilor si a propulsiei prin mers biped.

Spațiul in care iși desfașoara activitatea un robot fixat la sol, poate fi extins prin crearea posibilitatii de mobilitate a bazei robotului, fața de reperul fix, astfel executarea unei lucrari necesita cunoașterea pozitiei robotului fața de obiectele manipulate implicate in lucrare. Cunoașterea locului unde se afla robotul pe vehicul in universul in care opereaza este unul din punctele fundamentale.

Soluționarea acestei probleme nu a fost imediata, cercetatorii concetrandu-se asupra vehiculului astfel încât se ințelege prin robot mobil, o platforma care se doreste a fi in totalitate automată, capabila sa urmeze singura un drum si ce trebuie facut in functie de ce obiectiv a fost fixat.

Structura unui robot mobil

Cercetarea si executarea de traiectorii pentru vehiul au fost singurele lucruri vizate avand obiceiul de a caracteriza robotul prin trei funcții si anume:

Funcția de locomoție;

Funcția de localizare;

Funcția de perceptie-decizie;

Pentru a fi evidențiate cele trei funcții ale robotului mobil, se recurge la urmatoarea analogie: Un om trebuie sa ajunga dintr-un loc anume A si sa ajunga intr-un loc anume F, intr-un timp cat mai scurt. Aflandu-se intr-un oraș civilizat, la fiecare strada este dat un nume, la fel caselor cate un numar. Astfel in funcție de cunostințele de geografie locală, persoana recunoaste fiecare stradă in parte. In figura urmatoare (1.1) este reliefat traseul care trebuie parcurs.

Omul este dotat cu sistem locomotor biped. Pentru a ajunge in locatia dorita G, acesta are inmagazinat in memorie traseul care trebuie parcurs sub forma unui text:

Traseul omului pornind din punctul A pana in punctul F

Cunoscand punctul de sosire, in functie de criteriul „economie de timp” se alege drumul cel mai scurt din cele doua posibile A-a-e-f-F si A-a-c-e-f-F.

Schema problemei precedente este prezentata in figura alaturata unde:

b și c: localizarea biologică = server (cap);

a : localizare biologică = picioare.

Robotul mobil OM in realizarea traseului A-F

Dupa cum reiese din exemplul de mai sus, functiile robotului OM sunt:

funcția locomotoare dezvoltată de sistemul biped de deplasare;

funcția de percepție-decizie dezvoltată de creier și ansamblul senzorial;

funcția de localizare dezvoltată de capacitatea de „comparare” a traseului instantaneu cu datele despre geografia spațiului ce include vectorul AB.

1.2 Sistemul de locomoție

Sistemul de locomoție cuprinde sistemul de propulsare elecrtic si sistemul de suspensie sau sprijinire.

Dupa modul de realizare a functiei de locomotie, deosebim urmatoarele categorii de roboti mobili:

1. Roboti mobili cu roti

2. Roboti mobili cu senile

3. Roboti mobili târâtori

4. Roboti mobili pășitori

5. Roboti mobili hibrizi (roti și șenile, roți și picioare etc.)

Robot mobil pe roti Robot mobil cu monoșenila

Robot care imita piciorul uman Robot târâtor care imita omida

Robot care imita râma Robot care imita șarpele

Roboții mobili au in comun urmatoarele caracteristici:

structura mecanică este un lanț cinematic in serie sau paralel.

sistemul de comandă ierarhizat, cel mai des folosit fiind sistemul multiprocesor.

sistemul de actionare utilizat este hidraulic pentru sarcini mari și electric pentru sarcini medii si mici.

limbajele de programare sunt preluate de la roboți staționari.

sistemul de senzori foloseste senzori interni pentru turatie, pozitie, efort la nivelul articulațiilor, senzori externi pentru recunoasterea mediului si senzori de securitate cu ultrasunete sau de proximitate.

În general pentru acționarea roboțiilor mobili se folosesc motoare electrice de putere mica cu moment de inertie redus si cu capacitate de suprasarcina. Reductoarele folosite sunt cu raport mare (i>100) și moment de inerție redus de tip armonic sau procesional. Pentru performanțe superioare se utilizeaza și unități integrate motor-reductor.

Cea mai răspândită categorie este cea a roboțiilor pe roți și șenile. Caracteristica principală a acestora este că utilizează aceleași organe atât pentru propulsie cât si pentru sprijinire.

Aceste tipuri de roboși pot fi cu direxșie fixa sau orientabila.

În construcșia roboșiilor mobili cel mai raspândit sistem de locomoție este cu 3 sau 4 roți.

1.3 Mini roboți mobili existenti pe piață

K-ALICE ROBOT

K-ALICE este un robot foarte util pentru cercetare si eduație. Fiind unul dintre cei mai mici roboți autonomi existenti pe piața, are si un consum foarte mic de curent.

Cu toate că este mic, K-alice are multe posibilități: senzori IR, senzori de lumină, controlul complet al mișcării și posibilitatea de comunicare cu alți roboți (control complet la periferice senzori IR). Sunt posibile mai multe experimente ca: evitarea obstacolelor, urmărirea zidului, poate lucra cu mai mulți roboți comunicând sau nu cu aceștia.

Robotul se programează în PIC assembler. Pentru programare se recomandă MPLab realizat de Microchip Technology Inc.

K-alice este rezultatul cercetărilor făcute la EPFL de Gilles Caprari de la Autonomus System Lab.

Robot KHEPERA II

Robot Jemmy

Ca să scadă timpul de realizare a programului toate variabilele microprocesorului pot fi citite și scrise prin această linie de comunicație.

Angrenaje precise, 8 rulmenți în miniatură.

Acest robot a fost câștigătorul concursului Internațional Microrobot Maze Contest '97, Nagoya (Japan) la categoria 1 cm3.

Robot mobil F1:

Led IR stânga, dreapta; – Afișare numerică LCD 2 linii a 16 caractere.

Opțiuni pe conectorul HE 10: – 4 intrări analogice sau numerice; – 2 intrări sau ieșiri numerice; – 4 ieșiri amplificate numerice 500mA pentru motorul pas cu pas; – Interfață serială asincronă RS232.

Robot AVOIDER:

Caracteristici ale robotului:

MRM-GM03 Gearbox (2x motoare DC);

Captori: 2 leduri emițătoare + 2 leduri receptoare IR;

Alimentare: 5V (4 baterii ”AA”);