Laboratoř servisní robotiky 7/09

Na Katedře robototechniky se kromě průmyslové robotiky a projektování robotizovaných technologických pracovišť zabýváme rovněž oblastí servisní robotiky. Počátkem tohoto roku byla v prostorech CPIT vytvořena a vybavena laboratoř servisní robotiky, která navázala a rozšířila práci v této oblasti na naší katedře. V tomto článku bychom čtenáře rádi seznámili s některými mobilními roboty, které jsme na katedře realizovali.

 

Hercules

V nedávné době jsme dokončili vývoj a výrobu nového mobilního robotu s názvem Hercules, který je určen pro prvotní průzkum oblasti mimořádné události. Robot byl vyroben s podporou projektu TANDEM ministerstva průmyslu a obchodu. Jako podvozek tohoto mobilního robotu byl použit elektrický invalidní vozík InvaCare, konstrukčně upravený na katedře pro uložení potřebné dodatečné elektroniky a uchycení manipulační nadstavby. Díky použití vysoce optimalizovaného a konstrukčně výborně zvládnutého podvozku má mobilní subsystém robotu vynikající parametry, zejména dojezd na baterie, nosnost, rozsah rychlostí (dokáže jet velmi pomalu i velmi rychle), výkon a manévrovatelnost (zatáčející zadní náprava s velmi malým poloměrem otáčení). Jako poměrně obtížný oříšek se ukázala problematika řízení funkcí tohoto podvozku (zapínání, přepínání rychlostí, jízda, zatáčení) dálkově pomocí počítače - původní řídicí systém vozíku je založen na specializované a uzavřené sběrnici typu CAN, jejíž protokol se nepodařilo vyluštit. Problém se nakonec podařilo obejít a pojezd je možno plně řídit dálkově z vlastní řídicí aplikace, prostřednictvím katedrou navržené a vyrobené elektroniky.

Manipulační nadstavba je kompletně navržená a realizovaná katedrou. Jedním z hlavních požadavků byla vzhledem k okolnostem co nejmenší náročnost výroby (časová i fi nanční), proto jsou např. všechny tři pohonné jednotky totožné, bez ohledu na nižší skutečné zatížení některých kloubů. Konstrukční jednoduchost má však i své výhody, především je nutné zmínit nulové mechanické vůle, díky čemuž je možno provádět velmi přesné a jemné polohování. Na přírubu manipulátoru je možno uchytit libovolný efektor včetně orientačního ústrojí. V současné době je robot vybaven pevným dvoučelisťovým chapadlem se softwarově volitelnou sílou stisku.

Robot je vybaven stereovizní kamerovou hlavou umístěnou na začátku posledního článku manipulátoru, což umožňuje jak neustálé sledování objektu manipulace, tak rozhlížení pomocí kamer při jízdě nebo průzkumu prostředí. V prostoru mezi kamerami je integrován laserový dálkoměr s dosahem 5 metrů. Podvozek robotu je dále vybaven třetí kamerou určenou pro navigaci při jízdě vzad.

Robot je možno řídit bezdrátově z operátorského pracoviště (kufříku) vybaveného potřebnou elektronikou, akumulátorem, vysílací a přijímací technikou a notebookem s dotekovou obrazovkou. Všechny funkce robotu (včetně obrazů kamer) jsou sloučeny do jedné uživatelsky příjemné a přehledné aplikace, ovládání probíhá pomocí bezdrátového ovladače (gamepadu). Operátor má rovněž možnost využít 3D brýle pro stereovizi a/nebo polohový senzor pro ovládání ramene metodou kopírování pohybu ruky v prostoru.

Robot Herkules byl jedním z hlavních exponátů umístěných na stánku VŠB-TUO na Mezinárodním strojírenském veletrhu 2009 v Brně.

Průzkumný servisní robot

Dalším aktuálním projektem katedry je malý mobilní robot určený především pro průzkumné účely. Základem pro tento mobilní robot byl zakoupený modelářský podvozek původně určený pro pohon spalovacím motorem. Namísto spalovacího motoru byl použit DC motor z akumulátorové utahovačky, za tímto účelem byl proveden konstrukční návrh a výroba prvků pro uchycení motoru a přenos kroutícího momentu na diferenciál zadní nápravy. Pro řízení přední natáčecí nápravy je ponecháno původní modelářské servo.

Robot je seshora zakryt velkou nosnou deskou určenou pro uchycení potřebných senzorů (v současné době jde pouze o kameru) a elektroniky. V přední části je umístěna konzole nesoucí trojici IR snímačů vzdálenosti překážky. Robot je možno ovládat pomocí libovolnéhoherního zařízení (joystick, gamepad) nebo pomocí klávesnice. V současné době je využíván především jako testovací platforma pro různé subsystémy, konkrétně ladění řídicího systému, ověřování možnosti navigace pomocí kamer a senzorů a zkoušky dosahu a spolehlivosti bezdrátového přenosu řídicích signálů a obrazu z kamery.

Monitorovací servisní robot pro sběr 3D dat

Základem tohoto robotu primárně určeného pro sběr a zpracování 3D obrazových dat (stereometrii) je zakoupený modelářský povozek, který byl doplněn o DC motor z akumulátorové utahovačky pro pojezd. Pro řízení přední natáčecí nápravy je ponecháno původní modelářské servo. Robot byl vybaven vyrobeným nosným rámem a plechovým krytováním, kvůli zvýšené hmotnosti bylo upraveno původní odpružení. Na horní části robotu je výklopné motoricky ovládané rameno nesoucí dvojici kamer pro stereometrii a dvojice pevně umístěných kamer (pro pohled dopředu a dozadu). Řízení robota probíhá pomocí RC soupravy, dálkově je možno kromě pojezdu ovládat i naklopení ramena s kamerami a rozsvěcování refl ektorových diod v přední části robotu.

Mobilní robot se všesměrovými koly

Tento malý servisní robot nazvaný OmniBot je vybaven podvozkem se třemi všesměrovými koly, což robotu poskytuje velmi dobrou pohyblivost (jízda kterýmkoliv směrem, otáčení na místě atd.). Robot slouží především jako testovací platforma pro různé typy senzorů, vybaven je například šesticí ultrazvukových sonarů a šesticí IR snímačů pro měření vzdálenosti překážek, elektronickým kompasem nebo inteligentní kamerou. Současná podoba robotu je výsledkem několika bakalářských a diplomových prací studentů. Robot je kromě možnosti ovládání operátorem vybaven i autonomním režimem chování využívajícím neuronové sítě.

Podrobnější informace o popsaných mobilních robotech najdete na internetových stránkách Katedry robototechniky: http://robot.vsb.cz

 

Tomáš Kot, Václav Krys

Fakulta strojní VŠB-TUO, Kat. robototechniky