Робототехника: Безободное колесо - решение для мобильной робототехники

10.06.2019

Поиски разработчиков из компании Тетработ эффективного шагающего механизма для передвижения наземных роботов привели к изобретению безободного колеса. Но прежде чем найти новое решение инженеры компании проанализировали все существующие типы сухопутных движителей – от различных колес, гусениц и колесно-шаговых движителей до всевозможных шагоходов и биоподобных механизмов. Задача заключалась в том, чтобы найти или создать максимально универсальный движитель, на котором мобильный робот смог бы быстро преодолевать препятствия, перемещаться по лестницам и при этом имел высокий кпд и компактные размеры.

Колесное шасси безусловный фаворит, когда необходимо перемещаться по ровной и твердой поверхности.

робот Hylos II; источник фото: researchgate.net . 

 

При движении по пересеченной и зыбкой местности энергозатраты резко возрастают, так как колесо прокладывает сплошную колею, тратит больше энергии на смятие грунта и не может преодолеть даже относительно невысокие препятствия. Огромные колеса не рассматривались в силу неприемлимых размеров и большого веса. Примерно те же недостатки у гусениц – большой размер и вес. Кроме того, в гусеничном движителе часть энергии теряется на внутреннем трении гусеницы, трении об катки, также есть потери при маневрировании, так как при поворотах гусеницы вынуждены проворачиваться всей опорной поверхностью, что вдобавок приводит к быстрому износу траков.

Различные шагоходы, построенные по принципу неадаптивного перемещения ног на основе циклических механизмов имеют свои плюсы и недостатки. На сегодня известно несколько таких механизмов, в частности стопоход Чебышёва, механизм Кланна, Тео Янсена, Хойкена и другие.

Стопоход Чебышева в Музее истории Санкт-Петербургского университета. Источник иллюстрации: tcheb.ru 

 

"Ходящий как краб" механизм. Источник фото: rlychpmn.wordpress.com 

 

Из плюсов – высокая проходимость по зыбкой местности, не оставляют сплошную колею. Недостатки – многозвенность выливается в громоздкость конструкций, низкую скорость, проблемы с маневренностью.

Биоподобные шагающие конструкции. Наиболее яркие представители – big dog, spot mini, ANYmal и прочие аналоги.

Биоподобная шагающая конструкция. Источник фото: Robotic Systems Lab, timeslive.co.za 

 

Отлично маневрируют, обладают повышенной адаптивностью к неровностям дороги. Но и у них есть свои недостатки. Высокие энергозатраты – множество сервоприводов, сенсоров и нейрочипов потребляют массу драгоценной энергии. Подъем и опускание ног также съедают энергию поскольку рекуперация энергии при опускании ног в данных конструкциях неэффективна. А маятниковые движения ног и необходимость постоянного анализа местности снижают скорость передвижения. Кроме того немаловажным фактором является высокая стоимость подобных роботов и отсутствие проверенных решений на рынке.

Наиболее близкие к ожидаемым результаты давали колесно-шаговые движители, так они сочетают в себе плюсы колес и ног.

Колеса – высокий кпд и скорость, ноги – отсутствие сплошной колеи и возможность перешагивать препятствия. Однако, как было сказано выше, основная болезнь колесно-шаговых движителей – колебания и толчки, возникающие в процессе движения. Причем паразитные колебания проявляются не только по вертикали, но и влияют на скорости опорных точек.

 

Шагающее колесо Magformers. Источник фото:  magformers.ru 

 

Так для простой треноги колебания оси по вертикали достигают 50% от длины ног, а колебания скорости опорных точек – 30%.

И если для небольших роботов данные колебания можно игнорировать за счет малого веса робота и гибких сочленений, то для более крупных и мощных собратьев колебания превращаются в разрушительные для конструкции, двигателей и механизмов робота. А если это робот-курьер, то и для переносимых грузов. 

Поэтому основной упор нами был сделан на разработке механизма колесно-шагового движителя с компенсатором паразитных колебаний. В итоге, после нескольких месяцев поиска, решение было найдено. Благодаря оригинальному компактному компенсатору колебаний проблему удалось решить. Оптимальные параметры механизма уменьшили колебания по вертикали до 5%, а колебания скорости опорных точек до 6,5%. Для перемещения по неровной поверхности эти остаточные колебания практически незаметны.

Высокий кпд безободного колеса достигается за счет подшипников и сбалансированности конструкции - энергия не затрачивается на подъем ног. Безободное колесо позволяет эффективно перемещаться по пересеченной местности на электрической тяге небольшой мощности.

Еще одна идея, реализованная в конструкции безободного колеса - наклонное расположение оси и ног, относительно оси. Наклон увеличивает клиренс и позволяет спрятать ноги под корпус чтобы не задевать людей и предметы. Безободное колесо представлено в виде готового шагающего модуля со встроенным компенсатором колебаний, мотором и батареей аккумуляторов, спрятанных в кожух.

Ходовые модули крепятся к корпусу робота или транспортного средства. Возможны самые разнообразные способы их соединения - на видео показаны три варианта с двумя, четырьмя и шестью ходовыми модулями. Увеличение ходовых модулей с шести и более сопряжено с проблемой создания интеллектульной системы управления, способной автономно управлять работой каждого модуля и иных узлов, задействованных в конструкции робота.

Наш проект находится в стадии активного роста. Приглашаем к участию в проекте энтузиастов, увлеченных робототехникой и инвесторов.

Сайт проекта: www.tetrabot.ru 

+

За новостями робототехники и ИИ удобно следить в телеграм-канале prorobots - основные новости; телеграм-трансляции, посвященных робототехнике, больше новостей - в телеграм-канале prorobotsRealTime - подпишитесь прямо сейчас.

 

 

Смотрите связанные статьи Robo-педии:

  Публикации

Последние материалы


Метки
ai DARPA DIY DIY (своими руками) DJI RPA автоматизация автомобили и роботы андроиды анималистичные антропоморфные Арт аэротакси безопасность безработица и роботы беспилотники бионика будущее бытовые роботы вектор видео военные военные дроны военные роботы встречи выставки Германия горнодобыча Греция группы дронов дайджест Дания доильные роботы домашние роботы доставка беспилотниками доставка и роботы дроны Европа железные дороги захваты земледелие игрушки идеи Израиль ИИ ИИ - вкратце Индия интервью интерфейсы инфоботы Ирак Иран искусственный интеллект исследования история Италия Казахстан как заработать Канада киборгизация кино Китай коллаборативные роботы колонки коммунальное хозяйство компании компоненты конспекты конструкторы концепты кооперативные роботы космос курьезы курьеры Латвия линки логистика люди и роботы машинное обучение медицина медицина и роботы металлургия море и роботы мусор и роботы наземные военные роботы налоги научные роботы необычные Нидерланды Новая Зеландия Норвегия носимые роботы ОАЭ образование образовательная робототехника обучающие роботы общепит и роботы Объединенное Королевство онлайн-курсы робототехники охрана и беспилотники охрана и роботы патенты персональные роботы пищепром ПО подводные роботы подземные пожарные роботы полевые роботы полезные роботы Португалия право презентации пресс-релизы применение беспилотников применение дронов применение роботов прогнозы проекты производство производство дронов происшествия промышленные роботы противодействие беспилотникам работа развлечения и беспилотники развлечения и роботы разработка распознавание речи растениеводство регулирование регулирование дронов регулирование робототехники рекорды рисунки робомех робомобили роботизация робототехника роботрендз роботренды роботы роботы и автомобили роботы и медицина роботы и море роботы и мусор роботы и обучение роботы и развлечения роботы и строительство роботы и уборка роботы телеприсутствия роботы-транспортеры робошум рой Россия Руанда сайт RoboTrends.ru сделки сельское хозяйство сенсоры сервисные роботы синтез речи склады и роботизация соревнования софт-роботика социальная робототехника социальные роботы спорт и дроны спорт и роботы строительство США телеприсутствие термины терроризм технологии техносказки торговля транспорт транспортные роботы тренды трубопроводы и роботизация уборка и роботы Украина уличные роботы Франция хобби-беспилотники ховербайки Хождение чатбот шагающие роботы Швейцария Швеция шоу экзоскелеты эко-дроны экология электроника этика (робоэтика) Южная Корея юмор

Подписка: RSS, Email, Telegram
  Информация
  Реклама