Maszyna cybernetyczna - jest to sztuczne urządzenie przeznaczone do częściowego lub całkowitego zastępowania funkcji energetycznych, fizjologicznych i intelektualnych człowieka. Poprzez funkcje energetyczne należy rozumieć zastępowanie pracy fizycznej, funkcje fizjologiczne jako zastępowanie organów, natomiast funkcje intelektualne jako właściwości adaptacyjne maszyny w zmieniającym się środowisku.

Manipulator jest to mechanizm cybernetyczny przeznaczony do realizacji niektórych funkcji kończyny górnej człowieka. Należy wyróżnić dwa rodzaje funkcji manipulatora: manipulacyjną, wykonywaną przez chwytak i wysięgnikową, realizowaną przez ramię manipulatora.

Pedipulator jest to kończyna dolna "noga" maszyny kroczącej. Pedipulator może być układem jedno lub kilku członowym.

Robot jest to urządzenie techniczne przeznaczone do realizacji niektórych funkcji manipulacyjnych i lokomocyjnych człowieka, posiadające określony poziom energetyczny, informacyjny i inteligencji maszynowej. Inteligencja maszynowa to autonomia działania w pewnym środowisku.

Układ sterowania - zgodnie z teorią sterowania zadaniem układu sterowania jest określenie sygnału sterowania, który należy podjąć wobec systemu (robota), aby otrzymać z góry założone właściwości. Sygnał sterujący zostaje wygenerowany na podstawie posiadanych danych o tym systemie. W przypadku robota zadaniem układu sterowania jest takie generowanie sygnałów sterujących aby układ osiągnął żądaną pozycję i orientację w przestrzeni uwzględniając omijanie przeszkód, kontrolując przy tym podstawowe parametry kinematyczne i dynamiczne.

Jednostka sterownicza w przypadku stosowania komputerowego sterowania robota zawiera główny pulpit sterowniczy maszyny ze wskaźnikami oraz przyciskami do ręcznego sterownia i wprowadzania informacji.

Liczba stopni swobody jest to ilość zmiennych położenia, jaką należy podać w celu jednoznacznego określenia układu w przestrzeni. W celu wyznaczenia liczby stopni swobody korzysta się ze wzoru:

Elementy kinematyczne tworzące parę kinematyczną z dołączonym napędem pozwalającym na realizację ruchów względnych elementów pary kinematycznej, tworzą zespół ruchu. We współcześnie konstruowanych maszynach manipulacyjnych znaczenie techniczne mają najczęściej połączenia członów V klasy a więc pary o wzajemnym ruchu postępowym lub obrotowym.

Pod pojęciem struktury kinematycznej łańcucha lub mechanizmu rozumie się określenie schematu kinematycznego w postaci szkicu, wykorzystującego oznaczenia członów i połączeń par kinematycznych.

ruchliwość - liczba stopni swobody łańcucha kinematycznego mechanizmu z unieruchomionym członem - podstawą;

manewrowość - liczba stopni swobody łańcucha kinematycznego mechanizmu z unieruchomionymi: członem - podstawą i członem - ostatnim w łańcuchu kinematycznym;

główną przestrzeń roboczą - w obrębie której przemieszcza się konstrukcyjne zakończenie ostatniego, wolnego, ale nierozdzielnie związanego z mechanizmem jednostki kinematycznej członu, z reguły sprzęgu chwytaka lub narzędzia;

przestrzeń kolizyjną - w obrębie której zawierają się wszystkie elementy konstrukcyjne i przemieszczają się wszystkie zespoły ruchu - człony mechanizmu jednostki kinematycznej;

przestrzeń ruchów jałowych - przestrzeń kolizyjną z wyłączeniem głównej przestrzeni roboczej;

strefę zagrożenia - przestrzeń zabronioną przepisami lub normami BHP dla obsługi w czasie pracy jednostki kinematycznej.

Dokładność manipulatora określa jak blisko manipulator może dojść do zadanego punktu w przestrzeni roboczej.

Powtarzalność jest wielkością określającą jak blisko manipulator może dojść do pozycji uprzednio osiągniętej. Na powtarzalność wpływa w pierwszym rzędzie rozdzielczość układu sterowania.

Przez rozdzielczość układu sterowania należy rozumieć najmniejszy przyrost ruchu, który układ sterowania może rozpoznać.

Na dokładność manipulatora wpływają:

-       błędy obliczeniowe

-       dokładność obróbki poszczególnych elementów konstrukcyjnych

-       elastyczność poszczególnych członów

-       luzy w przekładniach

-       oraz wiele innych elementów statycznych i dynamicznych

Jednym z kryteriów klasyfikacji jest przeznaczenie robotów, tak więc można wyróżnić następujące klasy robotów:

- do badań naukowych

- do celów szkoleniowych

- do celów przemysłowych

- do celów badawczych pod wodą, w przestrzeni kosmicznej.

Innym kryterium klasyfikacji robotów jest rodzaj zastosowanych napędów i tak można podzielić następująco:

- z napędem pneumatycznym

- z napędem hydraulicznym

- z napędem elektrycznym

- z napędem mieszanym

Interesującym kryterium podziału robotów mogą być również własności geometryczne, podział ten reprezentują struktury o otwartym łańcuchu kinematycznym: 

- kartezjańska           (PPP)

-cylindryczna          (OPP)

-antropomorficzna  (OOO)

-sferyczna               (OOP)

-typu SCARA         (OOP)

Kiścią sferyczną lub sprzęgiem manipulatora nazywa się przegub pomiędzy ramieniem a dłonią, zaznaczyć należy, iż przeguby kiści są prawie zawsze obrotowe.

Chwytak jest niezbędnym wyposażeniem jednostki kinematycznej maszyny manipulacyjnej wykonującej w procesie produkcyjnym zadanie transportowe. Typowym wyposażeniem chwytaków są: wymienne nakładki na końcówki chwytne, czujniki oraz pomocnicze urządzenia i narzędzia technologiczne.

Zadanie transportowania obiektu przez maszynę manipulacyjną składa się z trzech elementarnych czynności:

- pobrania obiektu

- trzymania obiektu w trakcie jego transportowania

- uwolnienia obiektu w miejscu docelowym

Chwytak jest urządzeniem nakładającym na transportowany obiekt tyle ograniczeń swobody ruchu, ile potrzeba do zapewnienia pożądanego w danym procesie produkcyjnym przebiegu transportowania. Ograniczenia swobody ruchu transportowego obiektu realizowane są dwoma sposobami:

-  przez wytworzenie pola sił działających na obiekt - chwytanie siłowe

- przez wytworzenie połączeń między elementami chwytaka i obiektem, których więzy odbierają obiektowi żądaną liczbę stopni swobody - chwytanie kształtowe

Ze względu na zasadnicze różnice w budowie wyróżniono chwytaki:

- ze sztywnymi końcówkami chwytnymi

-ze sprężystymi końcówkami chwytnymi

-z elastycznymi końcówkami chwytnymi

-adhezyjne (podciśnieniowe, magnetyczne)

-specjalne urządzenia chwytające.

W zależności od sposobu przemieszczania się końcówek chwytnych pod wpływem siły wytworzonej przez mechanizm napędowy wyróżnia się ruch końcówek:

-nożycowy

-szczypcowy

-imadłowy

Podział chwytaków ze względu na parametry użytkowe może dotyczyć:

-dysponowanej siły chwytu

-granicznych wymiarów chwytanego obiektu

-dopuszczalnych kształtów obiektu

-czasu uchwycenia obiektu manipulacji

Do niedogodności chwytaka ze sztywnymi końcówkami należy zaliczyć:

-obciążenie napędu mechanizmu siłami bocznymi w przypadku niesymetrycznego obciążenia końcówek chwytnych

-zależności sił tarcia od położenia końcówek chwytnych

-zmienności siły chwytu w całym zakresie chwytania,

-niezmienność początkowego i końcowego położenia końcówek chwytnych, tym samym stały zakres ich przemieszczania

Do zalet chwytaków z elastycznymi końcówkami, dzięki którym znajdują one coraz większe zastosowanie, należy zaliczyć:

-możliwość chwytania przedmiotów kruchych (np. szkło), z narażonymi na uszkodzenie powłokami, różniących się kształtem i wymiarem

-możliwość budowania chwytaków o wielu  końcówkach - dużą  uniwersalność rozwiązań

-możliwość łatwego nastawienia wartości siły chwytu przez zmianę wartości ciśnienia w końcówkach

-dobre przyleganie do powierzchni obiektu manipulacji

-tanie wykonanie i prosty montaż

Zastosowanie chwytaków podciśnieniowych ograniczone jest następującymi warunkami:

-przenoszone mogą być tylko te obiekty, które mają powierzchnię płaską lub kulistą o dużej gładkości

-niezbędna jest szczelność

-trwałości przyssawki gumowej jest niewielka

-ograniczona temperatura stosowania

-między przyssawką a obiektem powinna powstać siła tarcia statycznego

-chwytaki te są przyczyną hałasu powstającego w wyniku rozprężenia gazu

W chwytakach magnetycznych, w celu wytworzenia pola sił działającego na ferromagnetyczny obiekt manipulacji stosuje się: magnesy trwałe, elektromagnesy oraz układy zbudowane z magnesów trwałych i elektromagnesów. W chwytaku z magnesem trwałym obiekt trzymany jest dzięki działaniu sił pola magnetycznego, a jego uwolnienie dokonywane jest mechanicznie np. za pomocą dodatkowego siłownika. W chwytakach z elektromagnesem obiekt trzymany jest w czasie przepływu prądu przez uzwojenie.

Podstawowymi czujnikami, w jakie wyposażone są chwytaki maszyn manipulacyjnych stosowanych współcześnie w robotyzacji procesów produkcyjnych, są:

-czujniki zbliżenia chwytaka lub końcówek chwytnych do obiektu (przetworniki indukcyjne, pojemnościowe i objętościowe)

-czujniki dotyku końcówek chwytnych do powierzchni obiektu

-czujniki nacisku końcówek chwytnych na obiekt (przetworniki tensometryczne)

Metodyka projektowania chwytaka polega na:

1.   wyborze sposobu uchwycenia

2.   wyborze typu chwytaka (zasady działania)

3.   dobraniu parametrów konstrukcyjnych chwytaka

4.   przystosowaniu końcówek chwytnych do kształtu powierzchni obiektu

W hierarchicznym układzie sterowania robotami można wyróżnić następujące poziomy:

- zarządzania

- poziom strategiczny

- poziom taktyczny - przemalowanie WSP. Kartezjańskich na WSP. Mapowe

- poziom wykonawczy

Przedstawienie otoczenia robota:

- dokładność mapy powinna być dopasowana do aplikacji

- dokładność odwzorowania detali na mapie powinna być zgodna z możliwościami pomiarowymi robota

- złożoność mapy jest proporcjonalna do ilości zajmowanej pamięci

- zwiększenie rozdzielczości mapy powoduje precyzyjniejszą nawigację, ale prowadzi do problemów związanych z klasyfikacją obszarów zajętych przez przeszkody

- sposób pozyskiwania informacji o otoczeniu i jej prezentacja na mapie powinna być wspólna dla różnego typu robotów mobilnych

Można wyróżnić następujące rodzaje map:

- ciągłe - reprezentacja robota nieholonomicznego za pomocą WSP. (x,y,z)

- zdekomponowane (dyskretne) - reprezentacja za pomocą stałej siatki lub siatki adaptacyjnej

- tworzone ręcznie - planerem jest człowiek

- tworzone automatycznie - planerem jest komputer pokładowy

- wykorzystujące miarę topologiczną - bazuje na wykorzystaniu charakterystycznych obiektów

- wykorzystujące miarę metryczną - bazuje na absolutnym układzie odniesienia

- hybrydowe - łącząca różne rodzaje

Metody planowania trajektorii dla mobilnych robotów niegolonomicznych:

1. Mapy drogowe

- grafy widzialności

- diagramy Voronoia

2. Dekompozycja mapy

- dekompozycja trapezoidalna

- dekompozycja za pomocą stałej siatki

- dekompozycja rekursywna (adaptacyjna)

- algorytm czoło-fali

3. Pola potencjału

4. Algorytmy lokalne

- algorytmy inspirowane zachowaniem się owadów

- algorytmy VFH

5. Model matematyczny robota

- generowanie parametrów kinematycznych na podstawie znanych momentów napędowych lub pozyskiwanych z symulacji

Graf widzialności:

1. Za pomocą odcinków należy połączyć start i cel tworząc ścieżki ze wszystkimi widocznymi wierzchołkami przestrzeni konfiguracyjnej

2. Należy określić odcinki łączące kolejne wierzchołki ze wszystkimi widocznymi wierzchołkami przestrzeni konfiguracyjnej

3. W wykreślaniu ścieżek należy wziąć pod uwagę krawędzie przeszkód

4. Wyszukać najkrótszą drogę

Dekompozycja trapezoidalna:

1. Podział obszaru na trapezy i trójkąty powstałe w wyniku kreślenia linii równoległych wychodzących z wierzchołków przeszkód

2. Pozycja i orientacja robota wewnątrz wyznaczonego obszaru nie ma znaczenia

3. Robot przemieszcza się z jednego wolnego obszaru do drugiego

4. A) Graf przejść jest tworzony na podstawie wyznaczonych środków ciężkości poszczególnych obszarów

5. B) Graf przejść jest tworzony na podstawie wyznaczonej symetrii odcinków łączących krawędzie

Diagramy Voronoia:

1. GVG tworzy się za pomocą odcinków będących ścieżkami równoległymi do dwóch najbliższych obiektów

2. Odcinki ścieżki powinny znajdować się w różnych odległościach od napotkanych przeszkód

Metoda GVG generuje bezpieczną ścieżkę, która omija przeszkody…

Dekompozycja za pomocą stałej siatki:

1. Na obszar eksploracji zostaje naniesiona siatka, w której każda komórka ma taki sam wymiar.

2. Informacja o eksplorowanym obszarze jest przedstawiona za pomocą reprezentacji binarnej. Dana komórka (klaser) jest albo zajęty albo pusty.

Dekompozycja rekursywna:

1. Na obszar eksploracji zostaje naniesiona siatka, w której każda komórka ma taki sam wymiar.

2. Informacja o eksplorowanym obszarze jest przedstawiona za pomocą reprezentacji binarnej. Dana komórka (klaser) jest albo zajęty albo pusty.

3. Metoda polega na podziale regionu mierzonego na cztery równe podregiony

W przypadku gdy metoda dekompozycji stałej siatki jest niewystarczająca, można zastosować tą dekompozycję.

Algorytm czoło-fali:

1. Aby utworzyć „falę” wartości, należy zacząć od celu i przydzielić każdemu polu przyległemu do celu wartość powiększoną o jedność zgodnie z przyjętą metryką.

2. Następnie w kolejnych iteracjach dokonujemy inkrementacji wartości w poszczególnych komórkach zgodnie z przyjętą metryką.

3. Gdy „czoło-fali” osiągnie punkt startowy, algorytm kończy działanie.

4. Najkrótsza trajektoria lub rodzina trajektorii powstaje z wyznaczenia ciągu liczb od Z do n (wartość komórki start)

Algorytmy lokalne inspirowane zachowaniem owadów:

1. Gdy widzi przeszkodę to skręca albo w prawo albo w lewo

2. Dojeżdżając do ściany, robot objeżdża całą przeszkodę

3. Wyznaczywszy wirtualną linię łączącą punkt cel ze startem objeżdża przeszkody aż znów nie przytnie się z linią wirtualną

Czujniki:

- sensory, przetworniki, potencjometr, inklinometr, akcelerometry, rezolwer, żyroskop, układ GPS, diferential GPS, czujniki odległości IR, czujniki ultradźwiękowe, oświetlenie strukturalne

- mogą być odbierane jako filtry, które wydobywają tylko część z ogólnie dostępnej informacji i przetwarzają ją w ilościowy pomiar

- przedstawiają wyniki w takiej sytuacji, która umożliwia odpowiedź jedynie na określone pytanie

Czujniki - koszta:

- energia

- kompilacja systemu

- możliwość błędów i uszkodzeń

Czujniki - cele (odpowiedzi na pytania):

- gdzie jestem (lokalizacja)

- dokąd podążam (planowanie)

- jak się tam dostanę (tworzenie mapy otoczenia)

- jaki jest mój stan (wykrywanie awarii)

Klasyfikacja czujników:

1. Pasywne / aktywne

- pochłaniają energię istniejącą w otoczeniu

- emitują energię w celu obserwowania

2. Względne / absolutne

- odległość od przeszkody

- długość i szerokość geograficzna

3. Dotykowe / zdalne

4. Wewnętrzne: położenie złączy, obrót kół, naładowanie akumulatora

5. Zewnętrzne: kształt i kolor przedmiotów, zapach, globalne położenie robota

6. Zewnętrzne w odniesieniu do robota: położenie robota względem obiektów

Modalność - pomiar tej samej formy energii i obróbka jej w zbliżony sposób:

- dźwięk

- ciśnienie

- temperatura

- światło

Ludzkie zmysły, organy (zjawisko):

- wzrok: oczy (optyka, światło)

- słuch: uszy (akustyka, dźwięk)

- węch: nos (chemia gazów)

- smak: język (chemia cieczy)

- dotyk: skóra (mechanika, ciśnienie, ciepło)

- równowaga: ucho środkowe (mechanika, poziom cieczy)

Inne:

- wykrywanie pola elektrycznego (rekiny, kolczatka)

- wykrywanie pola magnetycznego (ptaki, pszczoły)

- echolokacja (nietoperze, delfiny)

- wykrywanie ciśnienia wody (ryby)

Rozszerzone zakresy i modalności:

- widzenie pola spektrum RGB: promieniowanie podczerwieni

- aktywna wizja: sprzężenie radaru i dalmierza laserowego

- słyszenie poza zakresem 20Hz-20kHz: pomiary ultradźwięków

- radiacja: promieniowanie alfa, beta, gama, neutrony

Parametry czujników:

- zakres względny - realizacja między największą a najmniejszą wielkością wejściową

- rozdzielczość - najmniejsza wykrywalna różnica między dwoma pomiarami

- liniowość - zależność sygnału wyjściowego od zmienności sygnału mierzonego

- pasmo pomiarowe - częstość z jaką czujnik może dostarczać pomiaru

- obszar widzenia - może być różny w różnych kierunkach działania czujników

- zakres

- czułość - relacja pomiędzy zmianą wielkości wyjściowej i wielkości mierzonej

- wrażliwość - czułość na inne parametry środowiska

- błąd = wartość prawdziwa - wartość mierzona

- dokładność = 1 - (błąd/wartość prawdziwa)

- precyzja = zakres/(odchylenie standardowe błędów losowych); powtarzalność wyników pomiaru

Problemu z szumem pomiarowym:

- nieodłączny atrybut rzeczywistych czujników

- to zjawisko naturalne + niedokładności techniczne

- konsekwencje to ograniczona dokładność i precyzja

- potrzeba filtrowania pomiarów: programowo / sprzętowo

Fuzja i integracja u robotów:

- fuzja sensorów - połączenie (kombinacja) odczytów z różnych czujników w jednolitą postać

- integracja sensorów - wykorzystanie informacji z wielu czujników w sposób użyteczny (zmierzający do realizacji celów)

Dlaczego jeden sensor to zbyt mało?

- szum pomiarowy

- ograniczona dokładność

- niepewność działania, awarie

- ograniczone postrzeganie otoczenia

- kilka tańszych niż jeden skomplikowany

Preprocessing - potocznie oczyszczanie z informacji przed jej dalszą obróbką:

- zwykle działanie unikalne dla danego typu czujnika

- redukcja szumów - filtrowanie

Fuzja danych

-kombinacja danych z różnych źródeł

*pomiary z różnych czujników

*pomiary z różnych kierunków

*pomiary dokonywane w różnym czasie

-zwykle stosowane są techniki probabilistyczne uwzględniające niepewność pomiaru:

-efekt to połączony (zintegrowany ) zestaw danych- jakby wygenerował go wirtualny czujnik

CZUJNIKI

Czujniki dotyku

-czółki, zderzaki, materiały wrażliwe na dotyk

* kontakt mechaniczny powoduje: zamykanie/ otwieranie włacznika, zmianę rezystancji , zmianę pojemności, zmianę naprężenia

Bezdotykowe czujniki zbliżeniowe

-odbiciowe IR:

*Dioda emitujące IR LED +detektor

*Światło odbijające się od przeszkody i trafia do detektora

*Wrażliwe na zmianę oświetlenia i rodzaju powierzchni

- aplikacje:

*wykrywanie przeszkód

*śledzenie lini, ściany

*element składowy enkodera

Czujniki obotu

- Rezolwer - dwa uzwojenia stojana przesuniete o 90deg. Wyjscia tych uzwojen SA proporcjonalne do snusa i cosinusa położenia rotora. Rotor stanowi trzecie uzwojenie tego transformatora

-Potencjometr- Rezystancja proporcjonalna do kąta obrotu suwaka. Mogą być dotykowe lub ze sprzęgim magnetycznym

Orientacja Robota

Kompas:

- korzysta z pola magnetycznego Ziemi do absolutnego wyznaczenia orientacji

Wady:- pole Ziemi jest słabe

- zakłócenia wprowadzane przez inne obiekty i źródła pola magnetycznego

- Niepraktyczne wewnątrz budynków

Żyroskop:

-Wykorzystuje właściwości inercyjne szybko obracającego się wirnika

- Moment reakcji jest proporcjonalny do prędkości obrotowej, szybkości precesji i bezwładności rotora

-Jeśli oś obrotu leży na lini N-S obrót Ziemi nie ma żadnego wpływu na żyroskop

- Jeśli leży w lini W-E oś pozioma odczytuje obrót Ziemi

Zyroskop(chip)

-Żyroskop optyczny zwiera zwój światłowodu. Dwa promienia światła, generowane przez laser podróżują wzdłuż zwoju w przeciwnych kierunkach . System potyczny kieruje je na fotodetektor

- Gdy obrót jest zerowy wówczas przesunięcie fazowe promieni wynosi 180deg ich amplitudy się zerują i wyjscie fotodetektora jest na niskim poziomie

- Gdy występuje obrót różny od 0 wokół osi zwoju, przesunięcie fazowe zmienia się. Jest to spowodowane różnicą długości dróg przebycia przez dwa promienie światła. W efekcie fotodetektor wykrywa zwiększone oświetlenie. Wartość na wyjściu jest proporcjonalna do prędkości obrotowej.

Inklinometr

-Okrśla przechylenie robota wokół określonej osi

- Rozwiązania mechanicze:

*elementy pływające

*elektrolityczny

*wahadło

- Scalony czujnik przechyłu

*wykorzystuje pomiar przyspiesznia ziemskiego

Akcelerometry

- Główne elementy składowe- wykonanie scalone: masa, elementy tłumiące , element pomiarowy

LOKALIZACJA ABSOLUTNA

Satelity GPS

- Każda posiada zegar atomowy

- Ich pozycja jest monitorowana z ziemi i uaktualniana

Odbiorniki GPS

-Pomiar czasu i odległości

*Odbiornik koreluje wygenerowany pseudokod z analogicznym pseudokodem przysłanym z satelity

* Opóźnienie wynikające z najlepszego dopasowania jest czasem przelotu informacji z satelity

* Analogiczne pomiary z co najmniej 4 satelitów pozwalają na identyfikację 3 wartości położenia oraz zgodności czasów

- Komercyjne odbiorniki osiągają dokładność identyfikacji pozycji rzędu kilku metrów

Differential GPS

- Informacje korygujące pomierzone pseudoodległości satelitów są rozsyłane drogą radiową ze specjalnych stacji naziemnych o znanym dokładnie położeniu

- Taka informacja jest użyteczna w promieniu 30-50km od stacji

POMIAR ODLEGŁOŚCI

Czujniki odległości IR

-Zasada działania

* Nadajnik IR+soczewka+ detektor pozycji padającego światła. Połżenie pormienia odbitego na detektorze jest proporcjonalne do odległości.Optyka konwertuje odległość do przeszkody na przesunięciu na detektorze

Sharp GP2D02 IR Ranger

- Zakres odległości :10cm~80cm

- Dość wiarygodnym pomiar odległości

-Odporny na zmiany oświetlenia

-Niewrażliwy na kolor i rodzaj powierzchni

- Aplikacje pomiar odległości , jazda wzdłuż sciany

Ranger Finder

-Pomiar czasu lotu

-Mierzone impulsy generowane są zwykle przez źródło ultradźwięków lub fali elektormagnetycznej

Czujniki ultradźwiękowe

-Emituje impuls ultradźwiękowy

-Mierzymy upływ czasu do momentu wykrycia echa

- Obliczamy odległości do najbliższego obiektu

-Pomiar może być dokładny ale występuje niepewność pozycji przeszkody. Obiekt może być gdziekolwiek wewnątrz stożka o kącie 30 deg

- Typwoe zkaresy pomiarowe od kilkunastu cm do 30 cm

- Innym istotnym problemem jest czas pomiaru związanym z szybkościa propagacji dźwięku. Pomiar odległości 30m ok. 200ms podbnie wykonania kilu pomiarów wokół robota może zabrać kilkaset MS

-aplikacje:

*Pomiar odległości

*Tworznie mapy

-Problemy:

* Miekkie powierzchnie absorbują większość energii

*Powierzchnie będące pod kątem dalekim od prostopadłości powodują kierunkowe odbicia sygnału

*W zamknietych pomieszczeniach mogą wystąpić wielokrotne odbicia

Oświetlenie strukturalne

-Wyświetlamy określony wzór świetlny na badane środowisko

- Odbite światło jest rejestrowane przez fotoczuły element liniowy lub macierzowy

- Prosta triangulacja pozwala na obliczenie odległości

-Jeśli wymiary obiektu są dokładnie znane możemy przeprowadzić analogicznie rozumowanie bez dodatkowego oświetlenia

Wykorzystaie dźwięku

SONAR:

-Odpicie dźwięku od obiektu

-Pomiar zmiany częstotliwości pozwala określić wzajemną prędkość

-Zdumiewające efekty działania tej metody u nietoperzy i delfinów

- Znacznie gorsze efekty w robotach

Systemy wizyjne:

-najbardziej bogaty pod względem informacji ale i najbardziej skomplikowany system

- Pomiar odległości:

*Głębia z ostrości

*stereowizja

-Wykrywanie krawędzi przdmiotów

- Wykrywanie i określanie ruchu

-śledzenie przedmiotów

-Rekonstrukcja sceny i interpretacja

SILNIKI

Silniki spalinowe

-Półkilogramowy silnik spalinowy osiąga moc 1KM

-Gęstość energii niewielkiego silnika ze zbiornikiem paliwa jest o rząd większy niż slinika elektrycznego i baterii Li-Ion

- System driver-by-wire umożliwia ”bezbolesne” sprzężęnie silnika spalinowego z cyfrowym układem sterowania

Silniki elektryczne

- Prostota zasilania i sterowania

- Moce od MW do MW zwykle wysokie prędkości obrotowe 1000-10000 rpm

-Znakomite do Serwo napędów

- Wysoka sprawność

-Typy:

*DC-motors

*bezszczotkowe DC

*asynchroniczne

*krokowe

Silniki prądu stałęgo

-Prosty,tani, łatwy w sterowaniu

-Możłiwość przeciążenia

-Moce 1W-1kW

- Zużycie szczoter

Sterowanie silnikami DC

-Mostek tranzystorowy H-bridge

- Zmiana kierunku obrotów silnika przez zmianę aktywnej pary tranzystorów

-Mostki o prądach rzędu kilku Amperów występują w postaci scalonej, dla wyższych mocy wymagana jest realizacja dyskretna

Silniki asynchroniczne

- Bardzo porsta i tania konstrukcja

-Popularne w przemyśle gdzie zwykle wykonują ruch ciągły

-Trudne sterowanie prędkością(zmiana częst.)

- Obecnie sterowanie komputerowe daje precyzję porównywalną z silnikami DC

Stowane w dużych maszynach mobilnych(>5kW)

Serwonapędy RC

-Silniki prądu stałego (DC) +elektronika+przekładnia redukcyjna

- Stosunkowo wolne obroty przy dużym momencie napędowym

-Zakres 180deg

-Sterowani impulsami

Silniki krokowe

-Trzy typy konstrukcji:

*z magnesami trwałymi

*Hybrydowe

*o zmiennej reluktancji

- Implusowe sterowanie położeniem kątowym( kąt obrotu proporcjonalny do ilości impulsów)

-Zazwyczaj od 24 do 400 pełnych kroków na obrót, mogą być one dalej dzielone

- Praca z pełnym momentem w każdym kroku

- Zazwyczaj nie wymagają sprzężenia zwrotnego

-Zazwyczaj stosuje się specjalizowany sterownik

Dodanie elastyczności do napędu elektrycznego liniowego:

-Sliniki bezszczotkowe+ przekładnia śrubowo-tłoczna +sprężyna

-Sterowanie siłowe ze sprzężeniem zwrotnym

- Odporność na udary i stablioność w kontakcie z otoczeniem

- Wysoka sprawność energetyczna

-Lekka, Kompaltowa konstrukcja

- Stosunek mocy do masy 300W/Kg porównywany do napędów bezpośrednich

Dodawanie elastyczności do napędu hydraulicznego:

-spręzyna umieszczona szeregowo z siłownikiem hydraulicznym

-Pomiar siły napięcia sprężyny stanowi sprzężenie zwrotne dla sterowania siłowego

-Ciśnienie robocze 207bar

Piezoelektryki

-Elementy piezoceramiczne kurczą się w polu elektrycznym

- Ruchy są jednak ekstremalnie małe

Siłowniki pneumatyczne

Cylindyry:

- Zazwycaj dwustronnego działania ze sprężyną zwrotną

-Sztywna obudowa, stałą średnica

-wydłużenie ograniczone do 100%

Mięśnie:

-Generują siłe jednostronne

-Struktura elastyczna , średnica zwiększa się podczas skrócenia, histereza

-Zmiana długośći 5-30%

Mieszki:

-Generują siłe jednostronnie

- Struktura elastyczna (sprężysta), średnica wzrasta minimalnie

-Wydłużenia 100-400%

Mięśnie FESTO

-pęcherz zintegrowany z oplotem

-Zmniejszenie histerezy

-Nieliniowe charakterystyki

---