Microsoft PowerPoint - Lokomocja

Rys historyczny

Mechaniczny pies –
2000 r. p.n.e.

Chińska maszyna
krocząca – 231 r. n.e.

Naukowa analiza
ruchu owadów i
ssaków – od XVII w.

Fotografia konia w
galopie 1872 r.

Rys historyczny

Mechaniczny pies –
2000 r. p.n.e.

Chińska maszyna
krocząca – 231 r. n.e.

Naukowa analiza
ruchu owadów i
ssaków – od XVII w.

Fotografia konia w
galopie 1872 r.

Rys historyczny

1893 – mechaniczny koń

1968 – czteronoŜna
cięŜarówka

1977 – komputerowo
sterowany sześcionóg

1980 – czworonóg zdolny
do pokonywania przeszkód

Zagadnienia związane z lokomocją

Lokomocja jest związana z siłami interakcji oraz mechanizmami i napędami

generującymi te siły.

Stabilność:

liczba punktów kontaktu z podłoŜem

połoŜenie środka cięŜkości

stabilność statyczna/quasi–statyczna/dynamiczna

nachylenie terenu

Charakterystyka kontaktu:

kontakt punktowy lub powierzchniowy

kąt kontaktu

tarcie

Rodzaj środowiska:

struktura

ośrodek (powietrze, woda, grunt miękki lub twardy)

Klasyfikacja maszyn kroczących

Rodzaj stabilności

Statycznie stabilne

Quasi-statycznie stabilne

Dynamicznie stabilne

Liczba nóg

JednonoŜne (dynamiczne)

DwunoŜne (dynamiczne i statyczne)

CzteronoŜne (statyczne i dynamiczne

SześcionoŜne (statyczne)

WielonoŜne (statyczne)

Zalety i wady maszyn kroczących

Zalety maszyn kroczących:

adaptacja i manewrowość w zróŜnicowanym (nierównym)
terenie

moŜliwość pokonywania przeszkód (dziury, nierówności)

potencjalna moŜliwość manipulowania obiektami za pomocą
kończyn (np. owady)

Wady maszyn kroczących:

skomplikowana budowa mechaniczna (duŜa liczba stopni
swobody)

duŜe zapotrzebowanie na energię (wiele napędów)

złoŜony układ sterowania

Istotne terminy

Okres chodu – czas wykonania jednej sekwencji przestawień nóg.

Współczynnik obciąŜenia – czas styku nogi z podłoŜem znormalizowany względem
okresu chodu.

Faza względna – znormalizowany (do okresu chodu) przedział czasu od początku
okresu do postawienia określonej nogi (lub znormalizowany przedział czasu od
postawienia wybranej nogi do chwili postawienia innej, wybranej nogi).

Faza przenoszenia (protrakcja) – faza przenoszenia nogi do przodu względem
korpusu.

Faza podparcia (retrakcja) – noga dotyka terenu i pcha korpus do przodu (koniec
nogi przemieszcza się względem korpusu). Jest to faza napędzająca ruch.

Chód okresowy (periodyczny, rytmiczny) – chód, w którym stale jest powtarzana
sekwencja przestawień nóg. Zwierzęta wybierają ten rodzaj chodu, gdy nie ma zmian
prędkości ruchu, a na podłoŜu nie ma przeszkód.

Chód swobodny – w chodzie tym na bieŜąco jest wybierana noga, która będzie
przenoszona, następuje to w zaleŜności od warunków zewnętrznych.

Bieg (np. galop, trucht, kłus, inochód, szybki inochód) – grupa chodów o
współczynnikach obciąŜenia mniejszych od 0,5.

Chód spacerowy (stęp) – grupa chodów o współczynnikach obciąŜenia większych
lub równych od 0,5. W tych chodach są chwile, gdy z podłoŜem styka się więcej niŜ
jedna noga.

Układ nóg i liczba moŜliwych chodów

Dla robota kroczącego o k nogach moŜliwa liczb zdarzeń N jest równa:

N = (2k − 1)!

Dla maszyny dwunoŜnej k = 2 moŜliwa liczba zdarzeń N = 3! = 6
Dla maszyny sześcionoŜnej k = 6 N = 11! = 39916800.

Chody owadów - właściwości

Fale przemieszczeń nóg od tyłu ku przodowi

Nogi naprzeciwległe w danym segmencie ciała są
przesunięte w fazie

Czas transferu jest stały dla wszystkich nóg niezaleŜnie
od prędkości

Czas podparcia maleje wraz z prędkością ruchu

Okres pomiędzy podniesieniem nogi tylnej a środkowej
oraz środkowej i przedniej są porównywalne; ten sam
okres dla nogi tylnej i przedniej jest zaleŜny od prędkości
ruchu

Chody czworonogów

Bardzo róŜnorodne

Symetryczne (wolne) – koń 167(!) róŜnych

Asymetryczne (szybkie)

Liczba Frouda

Rodzaje chodów i ich diagramy

Okresowe

chód ze stałą
prędkością po równym
podłoŜu

Swobodne

chód za
przewodnikiem

chód po nierównym
podłoŜu

Pełzanie (najwolniejszy chód)

Roboty kołowe

Stabilność robota mobilnego jest zagwarantowana przy trzech kołach.
Ś

rodek cięŜkości powinien leŜeć wewnątrz trójkata, którego wierzchołkami

są punkty kontaktu kół z podłoŜem.

Poprawiamy stabilność zwiększając liczbę kół do czterech lub więcej. Taka

konstrukcja jest hiperstatyczna i zazwyczaj jest potrzebny elastyczny układ
zawieszenia pojazdu.

DuŜe koła umoŜliwiają pokonywanie przeszkód, lecz wymagane są większe
momenty napędowe lub przekładnie o wyŜszych przełoŜeniach (redukcja
prędkości).

Większość robotów kołowych jest nieholonomiczna, co utrudnia sterowanie
takimi pojazdami.

Połączenie napędu i kierowania na jednym kole komplikuje konstrukcję
mechaniczną i zwiększa błędy odometrii.

Zazwyczaj nie ma problemów z zachowaniem równowagi pojazdu
kołowego. Badania nad kołowymi robotami mobilnymi dotyczą zagadnień
trakcji i stabilności, sterowności i mobilności, sterowania oraz konstrukcji.