Témata
Reklama

Konstrukce kráčejících mobilních robotů

V předchozích dílech našeho seriálu jsme popisovali výhody, nevýhody, účel a použití jednonohých a dvounohých kráčejících lokomočních ústrojí mobilních robotů.

(3. část)
V dnešní, již závěrečné části se zaměříme na třínohé, čtyřnohé, šestinohé, sedminohé, osminohé a na netypické konstrukce kráčejících robotů a na mikroroboty.
Reklama
Reklama

Třínohé kráčející mobilní roboty

Třínohé kráčející mechanismy jsou výjimečným případem v konstrukci kráčejících robotů. Příkladem je robot Ozomatli (vývoj a výroba na Universidad Panamericana, Mexico City, Mexiko, 1996) s pneumatickým pohonem a jedním aktivním stupněm volnosti.
Obr. 1: Kráčející robot Ozomatli (viz časopis)
Obr. 2: Způsob chůze robotu Ozomatli(viz časopis)

Čtyřnohé kráčející roboty

Konstrukce čtyřnohých kráčejících mechanismů je většinou inspirována anatomií živočichů. Lze rozeznat konstrukce typu "savec", konstrukce typu "hmyz" či další. Toto pojmenování je pouze rámcové a je provedeno na základě konstrukce noh (kinematické stavby), nikoliv jejich počtu. Příkladem "savčí" konstrukce jsou roboty jmen Bisam (University of Karlsruhe, Německo, 1996), Collie I (Tokio, 1985). Příkladem "hmyzí" konstrukce jsou kráčející roboty Titan VIII (Tokyo Institute of Technology, Japonsko), robot Robug II (Velká Británie, 1990), robot Rihmo (Institute for Industrial Automation, Madrid, Španělsko).
Obr. 3 : Konstrukce kráčejícího ústrojí robotu typu "savec"(viz časopis)
Obr. 4 : Dvě možnosti konstrukce kráčejícího ústrojí robotu typu "hmyz"(viz časopis)
Obr. 5: Způsob chůze čtyřnohých kráčejících mechanismů (viz časopis)
Tyto mechanismy jsou staticky stabilní, ale v okamžiku, kdy jedna noha není v kontaktu s povrchem, se těžiště robotu nachází nad hranou trojúhelníka z bodů kontaktu ostatních noh s povrchem nebo v blízkosti této hrany. V důsledku dynamického účinku nebo náhodné překážky či prohlubně může pak dojít k převržení robotu na nohu vykonávající krok. Je tedy nutné uvažovat dynamické účinky komponent kinematického řetězce a zajistit dostatečné množství senzorů pro zjišťování polohy a rychlosti těchto komponent. Počet řízených stupňů volnosti se obvykle pohybuje v rozmezí 4 - 12.
Obr. 6: Bisam - robot "savčí" konstrukce (viz časopis)
Obr. 7 : Titan VIII představuje robot s "hmyzí" konstrukcí.(viz časopis)
Obr. 8 : Dalším představitelem robotu s "hmyzí" konstrukcí je Robug II.(viz časopis)
Obr. 9 : Schéma rozmístění těžiště u 4- a 6nohých kráčejících robotů (viz časopis)

Šestinohé kráčející roboty

Tato skupina kráčejících robotů je zjevně nejpočetnější. Můžeme zde nalézt roboty nejrůznějších velikostí - od několika centimetrů (např. robot Boris) až do rozměrů řádově několika metrů (Plustech, planetární roboty řady Ambler, robot Daedalus) - a různých hmotností (několik gramů až několik tun). Některé roboty dosahují vynikajících manévrovacích schopností; např. Ioan (University of Bruxelles, Brusel, Belgie, 1996) se dokáže převrátit "na záda", postavit se a pokračovat dále v chůzi.
Šestinohé roboty splňují podmínky statické stability dokonale, protože nejméně 3 nohy zůstávají při chůzi stále v kontaktu s povrchem. Těžiště robotu se pak nachází stále uvnitř trojúhelníku vytvořeného body dotyku, a to v blízkosti těžiště tohoto trojúhelníku. Proto je chůze robotu vysoce stabilní a adaptabilní na povahu terénu a kráčející robot je velmi odolný vůči převrhnutí. Je výrazně potlačen vliv dynamických účinků, takže není potřeba znát v každém okamžiku veškeré informace o členech kinematického řetězce. Klesá tak množství potřebných senzorů a zjednodušuje se řídicí systém.
V této souvislosti zde nalezneme mnoho kombinací spojení kinematických dvojic a nejrůznějších mechanismů. Poprvé se zde objevuje tzv. dvourámová konstrukce (např. robot Daedalus), která byla navržena jako co nejjednodušší konstrukce s minimálním počtem aktivních stupňů volnosti, schopná chůze po velmi nerovném terénu.
U této skupiny robotů lze najít paralelu s hmyzem, kde výrazně převažuje počet 6 noh. Výzkum v oblasti navrhování 6nohé koncepce se mimo jiné zabývá studiem chůze hmyzu, stavby noh a zejména způsobem řízení jejich pohybu. Výrazně převažuje 18 aktivních stupňů volnosti.
Obr. 10 : Šestinohý kráčející robot Boris o velikosti několik centimetrů (viz časopis)
Obr. 11 : Ambler - šestinohý kráčející robot se pyšní svou velikostí.(viz časopis)
Obr. 12 : Robot Ioan se vyznačuje perfektní manévrovací schopností.(viz časopis)

Sedminohé kráčející roboty

Sedminohé kráčející mechanismy jsou spolu s třínohými výjimečným případem v konstrukci kráčejících robotů. Názorným příkladem je robot Walking Beam (Lockheed Martin, Denver, CO, USA, 1990).
Obr. 13 : Sedminohý kráčející robot Walking Beam(viz časopis)

Osminohé kráčející roboty

V této skupině se vyskytují kromě konstrukcí podobných šestinohým kráčejícím mechanismům pro chůzi po zemském povrchu i roboty pro pohyb v potrubí a po kolmých stěnách - tedy plazivé a šplhající. Osminohá koncepce je pro tyto účely nejvhodnější, protože roboty se mohou pomocí čtyř noh dostatečně stabilně uchytit a zajistit dostatečně pevnou vazbu s povrchem, přičemž ostatní čtyři nohy vykonávají krok vpřed. V případě, že jedna noha ztratí kontakt s povrchem, musí zbylé tři nohy udržet robot na místě. Při chůzi po vodorovných a nakloněných plochách jsou rovněž stabilnější než šestinohé mobilní roboty. Jako příklad lze uvést: Pipe Crawling Robot (TU Mnichov, Německo) nebo Pipe-Climbing Robot (Siemens, Mnichov, Německo).
Zástupcem tzv. dvourámové konstrukce s malým počtem aktivních stupňů volnosti je robot Fred II (Institute of Computer Engineering, Medical University of Lübeck). Počet aktivních akčních členů je 11 - 24.
Obr. 14 : Osminohý kráčející robot Pipe Crawling Robot(viz časopis)
Obr. 15 : Fred II je robot s malým počtem stupňů volnosti.(viz časopis)
Obr. 16 : Robot řízený neuronovou sítí patří mezi netypické konstrukce kráčejících robotů.(viz časopis)

Mikroroboty

Mikrorobotika (někdy také nazývaná nanorobotika) je společně se servisními roboty v současnosti nesporně progresivně se vyvíjející oblastí technické robotiky. Do nynější doby byly vyrobeny mobilní roboty, jejichž rozměry se pohybují nejvíce v desítkách milimetrů. Příkladem je mikrorobot PLIF (Itálie, 1996). Jedná se o třínohý mobilní robot, jehož dvě nohy jsou poháněny pomocí piezokeramických bimorfních akčních členů a třetí je noha je pasivní. Robot je velmi malý (20 ( 20 ( 20 mm) a má nízkou hmotnost (30 gramů), ale současně je vzhledem k rozměrům a hmotnosti velmi rychlý (až 20 cm/s). Pohybuje se pomocí velmi malých kroků (několik mikronů), přičemž nohy kmitají vysokou frekvencí (až 800 Hz). Nevýhodou je neurčitost amplitudy a směru pohybu, která podstatně závisí na typu a nerovnostech povrchu. Proto musí být řízení pohybu robotu po trajektorii prováděno v uzavřené smyčce. Pro měření pozice je použit infračervený senzor.
Aplikace těchto robotů lze nalézt v mikromechanice, mikrochirurgii, ostraze a inspekci malých prostor atd.
Obr. 17 : Velikost mikrorobotu Plif se pohybuje v desítkách milimetrů.(viz časopis)

Početní zastoupení základních skupin kráčejících mobilních robotů

O četnosti zastoupení jednotlivých základních skupin kráčejících robotů v procentech vypovídá graf. Nejsou zde zahrnuty mikroroboty a netypické konstrukce kráčejících mobilních robotů. Je patrné, že téměř polovinu všech doposud zkonstruovaných kráčejících mobilních robotů tvoří šestinohé roboty. Pravděpodobně je to způsobeno faktem, že právě šestinohé roboty splňují podmínky statické stability v každém okamžiku, se všemi důsledky z toho plynoucími. Zastoupení čtyřnohých a dvounohých robotů je srovnatelné a je pravděpodobné, že jejich podíl na celkovém množství kráčejících robotů bude do budoucna růst.
Graf: Procentuální zastoupení jednotlivých základních skupin kráčejících robotů
Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 10106
Datum: 31. 01. 2001
Rubrika: Inovace / Věda a výzkum
Autor:
Firmy
Související články
Od konstrukce strojů po parkovací věže

Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

Chytré stroje přivádějí továrny k životu

Bezpečné balicí stroje připojené k Ethernetu zvyšují produktivitu, zlepšují flexibilitu, snižují komplexnost konstrukce a řeší problémy pracovníků v provozu.

Nejvyšší kvalita řetězů

Vázací řetězy značky pewag zná snad každý, kdo vázací řetězy používá. Značka řetězů pewag winner je velice oblíbená především u profesionálů. Podíl na trhu v pevnostní třídě G 10 firmě neustále stoupá a podle odhadů dosahuje úctyhodných 35 - 40 %.

Související články
Pokročilé mazání pro úspornost a spolehlivost

Věda a výzkum přinášejí zcela unikátní řešení i pro procesy zdánlivě zavedené a v oblastech, kde by inovace laik neočekával. Každý pozitivní a použitelný krok ke zlepšení klimatické situace naší planety je přínosem a jednou z nesmírně efektivních, užitečných, a vlastně poměrně snadných a finančně nenáročných záležitostí. Takovými by mohly být aplikace pokročilých tribologických řešení především pro dopravu, průmysl a výrobu energií.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Inženýrská akademie ČR podporuje mezinárodní výzkum

Inženýrská akademie České republiky, z.s. (IA ČR) je organizace sdružující odborníky, jejichž společným zájmem je podpora a rozvoj technických disciplín odrážející technické, ekonomické, sociální, environmentální a kulturní potřeby společnosti. Byla založena v roce 1995 a jedním z jejích hlavních úkolů je rozvíjet a propagovat technické vědy a sbližovat výzkumnou sféru se sférou průmyslovou. Toho dosahují mimo jiné naplňováním cílů projektů, jejichž jsou řešiteli. Jedním z těchto projektů je projekt „Podpora mezinárodní spolupráce v inženýrském výzkumu“ programu EUPRO Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy, který bude ukončen koncem roku 2016.

Lesk a bída českých obráběcích strojů

Česká republika, resp. tehdejší Československo, mělo bohatou historii ve výrobě obráběcích strojů. Kde v období největší slávy byli ve svých inovačních počinech současní světoví lídři, když např. kovosviťácký konstruktér Ladislav Borkovec se již v roce 1977 začal zaobírat myšlenkou multifunkčního soustružnicko-frézovacího stroje? Přes dřevěný kinematický model, který si vytvořil doma v dílně, vedla dlouhá cesta až k prototypu prezentovanému  na EMO v Paříži v roce 1980. Po vyrobení 45 strojů řady MCSY, které nenazval nikdo jinak než „Boháro“, byla z ekonomických důvodů a nedostupnosti kvalitní řídicí elektroniky bohužel výroba v tehdejším Kovosvitu ukončena. Dva bývalé kovosviťáky, srdcem i duší, Jiřího Mindla a Vladislava Čítka, jsem díky jejich letitým zkušenostem celoživotního zasvěcení oboru obráběcích strojů požádal o rozpravu nad současným stavem tuzemského oboru výrobních strojů a nad tím, jaké jsou jeho případné perspektivy.

Stroje v pohybu:
Webbův teleskop ve vesmíru

Pětadvacátého prosince loňského roku odstartovala z evropského kosmodromu ve Francouzské Guyaně raketa Ariane 5, v jejímž nákladovém prostoru byl na svou misi připraven vesmírný dalekohled Jamese Webba. Právě začala nová etapa poznávání vesmíru. Vědci si od ní slibují nové informace o vzniku vesmíru, černých dírách a temné hmotě.

Zlatá medaile pro prof. Kassaye

Po dvouleté pauze, zapříčiněné hygienickými opatřeními ke snížení šíření pandemie koronaviru, se opět otevřely brány MSV v Brně, v rámci kterého se udílejí i ocenění Zlatých medailí. A to jak vystaveným exponátům, tak tradičně, již od roku 2006, díky iniciativě redakce našeho časopisu, také ocenění osobnosti za její celoživotní tvůrčí technickou práci a dosažené inovační činy.

MSV ve znamení technologií

Všichni, kdo máme něco společného se strojírenstvím, pevně věříme, že se v letošním roce opět otevřou brány brněnského výstaviště pro meku strojařů z celého světa – Mezinárodní strojírenský veletrh. Na MSV se letos, kromě lidí z dalších oborů, setkají i tvůrci nejrůznějších sofistikovaných technologií. Proto jsme se na postřehy a názory tentokrát zeptali Ing. Michala Badina ze společnosti TOX Pressotechnik a Ing. Aleše Zapletala ze společnosti Raveo.

Stroje v pohybu – Vrtulník na Marsu

Vědci a technici z amerického Národního úřadu pro letectví a vesmír (NASA) právě řídí jednu z nejnáročnějších operací v dějinách kosmonautiky. Expedice Mars 2020 hledá známky bývalého života na sousední planetě. Kromě pojízdné laboratoře je na Marsu také první stroj, který létá vlastní silou na jiné planetě, než je Země.

Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

CIMT Peking, Část 1. Obecný pohled

V předvelikonočním týdnu se v Pekingu uskutečnil veletrh obráběcích strojů CIMT 2019. V asijském regionu se jedná o obdobu veletrhu EMO Hannover. A stejně jako EMO je velkou měrou národní výstava německé výrobní techniky, tak CIMT je převážně čínský. V tomto prvním vstupu se podíváme na letošní ročník trochu s odstupem, aniž bychom se zaměřili na konkrétní exponáty.

Řešení pro logistiku letecké nákladní dopravy

Když byl na jaře roku 2018 uveden do provozu nový nákladní terminál na letišti Helsinki-Vantaa, posílila největší finská letecká společnost - jedna z předních, které zajišťují leteckou dopravu mezi Evropou a Asií - své vedoucí postavení leteckého přepravce v severském regionu. Zásadním rozhodnutím pro budoucí rozvoj bylo rozšíření flotily o 19 nových Airbusů A350, z nichž 11 již bylo dodáno. Investice do pozemní infrastruktury i do letadel vytvářejí základnu pro posílení objemu přepravy pasažérů a nákladu v rámci evropských a mezikontinentálních destinací. Řešení pro kompletní tok materiálu pochází od společnosti Lödige Systems z Warburgu a pohonná technika od firmy Lenze.

Praktický výzkum nám dělá svět lepším

Prof. Ing. Milan Gregor, PhD. se narodil v Prievidzi a dětství prožil v Necpaloch. Zde u příležitosti oslav 600. výročí první písemné zmínky byl v roce 2015 oceněn Cenou primátorky Prievidzy za mimořádné zásluhy v rozvoji hospodářství, vědy a techniky a šíření dobrého jména Slovenské republiky v zahraničí.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit