1. Mozgás Magyar Attila

Átírás

1 1. Mozgás Magyar Attila Pannon Egyetem Műszaki Informatikai Kar Villamosmérnöki és Információs Rendszerek Tanszék szeptember 5.

2 Bevezető 2

3 Kurzus célja 1. Mozgás 2. Mobil robot kinematika 3. Érzékelés 4. Mobil robot lokalizáció 5. Tervezés és navigáció 3

4 Bevezető Szabályozási struktúra 4

5 1. Mozgás 5

6 1. Tartalom 1. Bevezetés 2. Lépkedő robotok 3. Guruló robotok 6

7 1.1. Bevezetés Mobil robot: képes bejárni a környezetét -> mozognia kell Biológiai rendszerek változatos környezetben is képesek a mozgásra A természet feltalálta a kereket? részben A járás összetettebb mechanikai megoldást igényel A kerék kemény, sík területen teljesít jól, de nagyon érzékeny a talaj minőségére A természet a járást preferálja 7

8 1.1. Bevezetés Mozgásfajta Ellenállás Alapvető kinematikai jelenség Folyadék mozgása egy csatornában Hidrodinamikai erők Hullámok Mászás Súrlódási erők Hosszirányú rezgés Csúszás Súrlódási erők Oldalirányú rezgés Futás Mozgási energia Többszörös veszteség inga mozgása Ugrálás Mozgási energia Többszörös veszteség inga mozgása Járás Gravitáció Sokszög gurulása 8

9 1.1. Bevezetés Stabilitás Kontaktusok száma és geometriája Tömegközéppont Statikus/dinamikus stabilitás Talaj görbülete Kontaktus tulajdonságai Kontakt pont/útvonal mérete és alakja Kontaktszög Súrlódás Környezeti tulajdonságok Szerkezet Anyag (víz, levegő, puha talaj, kemény talaj) 9

10 1.2. Lépkedő robotok A robot és a környezet közt pontszerű kontaktusok Előny Jól alkalmazkodik különféle terepviszonyokhoz Nehéz terepen is könnyen manőverez Át tud kelni kisebb gödrön, árkon A környezet objektumait is képes manipulálni a lábaival Hátrány Bonyolult mechanikai megoldás Magas fokú manőverezhetőség csak magfelelően magas szabadsági fokkal érhető el Robot súlyának nagy részét is képesnek kell lennie tartani 10

11 1.2. Lábkonfigurációk Háromlábú szék statikusan stabil Feltéve, hogy a tömegközéppontja a kontaktháromszögön belül van Járáshoz fel kell emelni a lábat Statikus járáshoz legalább hat láb kell Emlősök (2, v. 4 láb) nem képesek statikus járásra Egyensúlyozás dinamikus stabilitás Emberek (2 láb) még állni sem tudnak statikus stabilitásban Egy lábon ugrálás 11

12 1.2. Lábkonfigurációk Négy lábon járás alapesetei Váltott lépés Galopp Cammogás Az egyes lábak összetettsége változó Százlábúé 1 szabadságfokú Emberi láb 7 szabadságfokú Minimálisan 2 szabadsági fok kell: emelés + lendítés Általában 3 a jellemző 12

13 1.2. Példák Egylábú Könnyű a kevés láb miatt Folyamatos egyensúlyozás (dinamikus stabilitás) Kétlábú (biped) Mindkét lábnak el kell bírni a teljes testet Folyamatos egyensúlyozás Négylábú (quadruped) Statikusan stabil állás Járás nem az Hatlábú (hexapod) Járás alatt is statikusan stabil Egyszerűbb irányítás 13

14 1.3. Guruló robotok Emberkéz alkotta járművek legnépszerűbb megoldása Nagyon jó hatásfok Egyszerű mechanikai megoldás Nem kell egyensúlyozni (kivétel a kétkerekű esetben) Háromnál több kerék esetén felfüggesztés Tapadás, stabilitás, manőverezhetőség 14

15 Négy alapvető keréktípus Egyszerű kerék (2 DOF) Castor kerék (bevásárlókocsi, 2 DOF) Mecanum kerék (3 DOF) Golyó (szférikus kerék) 1.3. Kerekek A kerekek elrendezése (geometria) Szorosan kapcsolódik a keréktípushoz Meghatározza a manőverezhetőséget, stabilitást, irányíthatóságot 15

16 1.3. Kerekek 16

17 1.3. Guruló robotok Stabilitás Statikus stabilitás elérhető 2 kerékkel (!) Statikus stabilitás: hagyományosan 3 kerék További kerekek -> hiperstatikus viselkedés (rugalmas felfüggesztés) Manőverezhetőség Omnidirekcionális mozgás: tetszőleges irányban mozoghat (golyó, vagy mecanum kerék) Kétkerekű differenciális hajtású robot Ackermann-rendszerű kormányzás kisebb manőverezhetőséget biztosít Irányíthatóság Inverz korreláció a manőverezhetőséggel Omnidirekcionális robotoknál az egyenes vonalú mozgás sem egyszerű 17

18 Szinkron hajtás Omnidirekcionális hajtás Mecanum kerék Castor kerék Golyó Csúszás-farolás Mászó robotok 1.3. Példák 18

19 1. Kvíz 1. Hány lábbal valósítható meg statikus járás? A. 2 B. 4 C Minimálisan hány kerékkel valósítható meg statikus stabilitás? A. 1 B. 2 C Melyik keréktípusokkal érhető el omnidirekcionális hajtás? A. Mecanum kerék B. Castor kerék C. Rögzített egyszerű kerék 19

20 1. Kvíz - megoldások 1. Hány lábbal valósítható meg statikus járás? A. 2 B. 4 C Minimálisan hány kerékkel valósítható meg statikus stabilitás? A. 1 B. 2 C Melyik keréktípusokkal érhető el omnidirekcionális hajtás? A. Mecanum kerék B. Castor kerék C. Rögzített egyszerű kerék 20