Θέματα Κίνησης (Locomotion) Διδάσκων Δρ Καββουσανός Μανόλης 1.

Παρουσίαση με θέμα: "Θέματα Κίνησης (Locomotion) Διδάσκων Δρ Καββουσανός Μανόλης 1."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Θέματα Κίνησης (Locomotion) Διδάσκων Δρ Καββουσανός Μανόλης 1

2 Μέθοδοι κίνησης (Locomotion) Μέθοδοι –αρχές που εφηύρε και χρησιμοποιεί η φύση 2 Δύσκολο να τους μιμηθούμε Δεν είναι οι πλέον «αποτελεσματικοί» Ο τροχός είναι το πιο αποτελεσματικό μέσω μετακίνησης (τόσο ενεργειακά όσο και σε θέματα ταχύτητας)

3 Βηματισμός ή κύλιση 3 Βηματισμός – κίνηση με πόδια Υπέρ : Κατάλληλη μέθοδος για κίνηση σε ανώμαλα εδάφη Κατά : Απαιτεί μηχανική πολυπλοκότητα και έχει χαμηλή ενεργειακή απόδοση. Κίνηση με τροχούς Υπέρ : Απλές κατασκευές, ενεργειακά αποδοτικές Κατά : Απαιτεί επίπεδο ή σχεδόν επίπεδο τερέν.

4 Κίνηση με πόδια (Legged locomotion) 4 Όσο λιγότερα πόδια τόσο πιο προβληματική η ευστάθεια Χρειάζεται να πατούν τουλάχιστον τρία πόδια για «στατική» ισορροπία Τα δίποδα ή τετράποδα πρέπει να αναπτύξουν κάποιας μορφής «δυναμική» ισορροπία. Έχει αναπτυχθεί μηχανισμός που κινείται και με … ένα πόδι. Η φύση δεν το έχει προσπαθήσει απ’ότι φαίνεται.

5 Μορφές ποδιών 5 Ένα πόδι πρέπει να διαθέτει, τουλάχιστον 2 βαθμούς ελευθερίας για να είναι λειτουργικό : Μια περιστροφή και μια ανύψωση. Με δύο μόνο βαθμούς ελευθερίας η ικανότητα για ελιγμούς είναι περιορισμένη

6 Πόδια με 3 βαθμούς ελευθερίας 6 Σύνηθες είναι το πόδι τριών «απλών στην κατασκευή» βαθμών ελευθερίας. Με ένα τέταρτο βαθμός ελευθερίας στην φτέρνα, μπορεί κανείς να διευθετήσει καλύτερα τις δυνάμεις επαφής με το έδαφος. Πόσους κύριους βαθμούς ελευθερίας έχει το ανθρώπινο πόδι;

7 Βηματισμός 7 Με δύο πόδια, μπορεί να βρεθεί κανείς στις παρακάτω καταστάσεις : –1) Και τα δύο πόδια κάτω –2) Δεξιό πόδι κάτω, αριστερό πάνω –3) Αριστερό πόδι κάτω, δεξιό πάνω –4) Και τα δύο πόδια πάνω Βήμα θεωρείται η αλλαγή από μια κατάσταση σε μια άλλη και επιστροφή στην αρχική. Έτσι για τα δίποδα, έχομε τις παρακάτω 6 διακριτές καταστάσεις : (Ισχύει γενικότερα : ) 1 -> 2 -> 1 1 -> 3 -> 1 1 -> 4 -> 1 2 -> 3 -> 2 2 -> 4 -> 2 3 -> 4 -> 3 Leg down Leg up turning on right leg hopping with two legs hopping left leg walking running hopping right leg turning on left leg

8 Βηματισμός Οι πιο προφανείς περιπτώσεις για τα τετράποδα 8 Βάδιση Καλπασμός

9 Βηματισμός Οι πιο προφανείς περιπτώσεις για τα εξάποδα 9

10 Βηματισμός «Εκμετάλλευση» της δυναμικής για ενεργειακά αποτελεσματική βάδιση Παθητικός «βαδιστής» - Ο βαδιστής Ranger του Cornell 10

11 Αντιπροσωπευτικά παραδείγματα ρομπότ με πόδια Με ένα πόδι 11

12 Δίποδα ρομπότ 12 Από το «Leg Lab.» του ΜΙΤ

13 Δίποδα ρομπότ – Ανθρωποειδή Ο διάσημος ASIMO 13 Από το «Leg Lab.» του ΜΙΤ

14 Τετράποδα ρομπότ Ο ΑΙΒΟ της SONY 14

15 Τετράποδα ρομπότ Ο TITAN από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Τόκιο http://www.youtube.com/watch?v=IPRaHWdXhFk 15

16 Τετράποδα ρομπότ Τα απίθανα ρομπότ της Boston Dynamics http://www.bostondynamics.com 16

17 Εξάποδα ρομπότ Το ρομπότ Mantis http://www.youtube.com/watch?v=1sRlFQLwg3w 17

18 Κίνηση με τροχούς (Wheeled locomotion) Η ενδεδειγμένη λύση για της περισσότερες περιπτώσεις 18 Τύποι τροχών Συμβατικοί Μη συμβατικοί

19 Μερικές τυπικές διευθετήσεις τροχών για εντροχα ρομποτικά οχήματα 19

20 Μερικές τυπικές διευθετήσεις τροχών για εντροχα ρομποτικά οχήματα

21 Μηχανική Ευστάθεια (Stability) 21 Είναι δυνατή και με δύο τροχούς : είτε ως στατική, όταν το κέντρο βάρους βρίσκεται χαμηλότερα από τον άξονα των τροχών – Cye home robot. http://www.youtube.com/watch?v=GYh- AtoLI8Q Είτε ως δυναμική – ενεργό σύστημα ελέγχου που χρησιμοποιεί γυροσκόπιο(α) και καλό έλεγχο ταχύτητας των τροχών. Η δυναμική είναι αυτή του ανεστραμμένου εκκρεμούς.. http://www.youtube.com/watch?v=n- noFwc23y0

22 Ικανότητα ελιγμών (Maneuverability) 22 … εξαρτάται άμεσα από την ικανότητα να κινείται το ρομπότ ανά πάσα στιγμή προς οποιαδήποτε κατεύθυνση. Αυτό το επιτυγχάνουν μόνο τα «παν-κατευθυντικά» ρομπότ – θα τα παρουσιάσομε αμέσως μετά. Ο σχεδιασμός με δύο κινητήριους τροχούς και δύο υποστηρικτικούς που επιτυγχάνει στροφή περί τον άξονα συμμετρίας (two wheels differential), είναι πολύ δημοφιλής, αφού επιτυγχάνει άριστη ικανότητα ελιγμών με απλή μηχανολογική σχεδίαση. Ακραία περίπτωση κακής ικανότητας ελιγμών αποτελεί ο σχεδιασμός που αντιγράφει το αυτοκίνητο – Ackerman steering.

23 Αντιπροσωπευτικά παραδείγματα ρομπότ με τροχούς Synchro drive 23 Τρείς τροχοί : κινητήριοι και κατευθυντήριοι. Περιστρέφονται με την ίδια ταχύτητα – χρησιμοποιείται για το σκοπό αυτό ένας κινητήρας και «σύγχρονος» ιμάντας μεταφοράς της κίνησης. Στρέφουν επίσης πάντα κατά την ίδια γωνία – χρησιμοποιείται και πάλι ένας κινητήρας και «σύγχρονος» ιμάντας μεταφοράς της κίνησης. Το σασί διατηρεί τον ίδιο πάντα προσανατολισμό. Αν κάτι τέτοιο δεν είναι επιθυμητό, τότε πρέπει να διαθέτει ανεξάρτητο (τρίτο) σύστημα περιστροφής. Πανκατευθυντικό (omnidirectional) όχημα με καλή ικανότητα ελιγμών (maneuverability). Ένα τέτοιο ρομπότ..

24 Παν-κατευθυντικό όχημα με τρεις σφαιρικούς τροχούς 24 Τρείς τροχοί – σφαίρες που κάθε μια στηρίζεται (ακουμπά) σε δύο σφαίρες και τον κινητήριο δακτύλιο. Εξαιρετική ικανότητα ελιγμών. Απλή κατασκευή … … που για την ώρα περιορίζεται σε πολύ μικρά βάρη και εξαιρετικά επίπεδες επιφάνειες.

25 Παν-κατευθυντικό όχημα με πανκατευθυντικούς τροχούς 25 Με τρείς τροχούς Τρείς τροχοί, ανεξάρτητα ελεγχόμενοι, είναι αρκετοί για να κινήσουν το όχημα στο επίπεδο με κάθε τρόπο (3 βαθμοί ελευθερίας). http://www.youtube.com/watch?v=9GQ0lPGD C1w Με τέσσερις τροχούς Πολλά από τα συστήματα που έχουν υλοποιηθεί χρησιμοποιούν τέσσερις (καμιά φορά και περισσότερους) τροχούς για καλύτερη ευστάθεια και ικανότητα μεταφοράς φορτίων. http://www.youtube.com/watch?v=LcZJA3XyVj Q

26 Παν-κατευθυντικό όχημα με 4 κινητήριους και κατευθυντήριους τροχούς 26 Με τέσσερις κινητήριους και κατευθυντήριους τροχούς castor, επιτυγχάνεται απόλυτη παν – κατευθυντικότητα …. … με μοναδικό κόστος την μηχανολογική πολυπλοκότητα. Στην εικόνα, ένα ς τέτοιος σχεδιασμός από την εταιρεία Neobotix. http://www.youtube.com/watch?v=2i JboOoS0KU

27 Slip/skid locomotion Τέσσερις τροχοί – δύο κινητήρες Οι τροχοί κάθε πλευράς περιστρέφονται με την ίδια ταχύτητα (κινούνται από τον ίδιο κινητήρα – σύνδεση με σύγχρονο ιμάντα ή αλυσίδα). Μοιάζει με την κίνηση με ερπύστριες, αλλά είναι απλούστερο κατασκευαστικά. Η περιστροφή επιτυγχάνεται με διαφορετική ταχύτητα στα δύο ζεύγη τροχών… … υπάρχει όμως αναγκαστική «πλαγιο-ολίσθηση» (skid). Οπότε ενδείκνυται για κάπως μαλακά εδάφη Έχει άριστη ικανότητα ελιγμών –στροφών http://www.youtube.com/watch?v=ok7y_Iu2xm g&feature=c4-overview- vl&list=PL3CACB8D016429B46

28 Μια υβριδική προσέγγιση : Βαδίζοντες τροχοί (Walking wheels) 28 To robot Shrimb του Πολυτεχνείου της Λοζάνης (ΕPFL) Εκπληκτική ικανότητα κίνησης σε εξαιρετικά ανώμαλα εδάφη… …λόγω του έξυπνου μηχανολογικού σχεδιασμού. http://www.youtube.com/watch?v=hUU_1YAU Do8 Είχε βεβαίως προηγηθεί το Sojourner της NASA για εξερεύνηση πλανητών … http://www.youtube.com/watch?v=kq96Pm3Sn lA

29 Προσαρμογή σε ανώμαλο τερέν 29