http://tmm.pwr.wroc.pl/

Sensoryka (Robot kołowo-kroczący "LegVan")

Sensoryka

Układ sensoryczny robota stanowi jeden z wielu ważnych elementów układu sterowania. Dzięki sensorom, w zależności od ich rodzaju i złożoności, robot może widzieć, słyszeć lub czuć. Na podstawie danych sensorycznych robot może reagować, czyli wykonywać określone działanie na otoczenie zewnętrze. Skuteczność działania czujników i niezawodność detekcji mają istotny wpływ na działanie robota.

Układy sensoryczne robota kołowo-kroczącego można podzielić na dwie grupy. Pierwsza to sensory przestrzeni wewnętrznej robota, umożliwiające pomiar podstawowych parametrów ruchu i konfiguracji maszyny, druga to sensory zewnętrze, które interpretując otoczenie robota dostarczają np. informacje o przeszkodach znajdujących się przed robotem.


Pomiar położenia, prędkości

Podstawową informacją w wewnętrznej przestrzeni robota jest aktualne położenie elementów kończyny robota, w szczególności środka koła i kąta skrętu kół. Przemieszczanie członów robota realizowane jest przez silniki napędowe. Znajomość aktualnej pozycji silników pozwala wyznaczyć daną konfigurację zawieszenia. Do pomiaru położenia wykorzystano przyrostowe kodery zamontowane na osiach silników napędowych.

Na podstawie liczby impulsów wygenerowanych podczas ruchu można precyzyjne określić aktualne położenie członów. Pozostałe interesujące położenia łatwo jest wyliczyć posiadając model kinematyki układu.


Nacisk kończyn na podłoże

Podczas swojego działania robot ma utrzymywać poziom platformy w nierównym terenie oraz posiadać możliwość kroczenia. Do zrealizowania postawionych zadań niezbędna jest znajomość stopnia nacisku poszczególnych kół na podłoże. Pomiar sił ma bardo duży wpływ na stateczność robota podczas jazdy oraz, co ważne, podczas kroczenia. Gdy robot będzie poruszał się na czterech kołach, to środek ciężkości robota będzie znajdował się w środku pola stateczności, a informacja o siłach wykorzystywana będzie przy algorytmie poziomowania, zapewniając równomierny nacisk na podłoże.

Podczas kroczenia, gdy jedna z kończyn jest uniesiona,  specjalnie zaprojektowany układ ciągłego pomiaru sił, dostarczając informacje ze wszystkich kończyn, umożliwia bezpieczną realizację funkcji kroczenia - reagowanie na niebezpieczeństwo utraty stateczności robota.

tensor_noga_st.jpg
Rys. 1. Układ pomiaru naciski kończyn

Tensometryczny układ pomiarowy (rys. 1) został wykonany jako oddzielny moduł i zintegrowany z robotem oraz układem sterowania. Moduł realizuje pomiary autonomicznie i cyklicznie dostarcza informacje do głównego komputera.


Pomiar poziomu platformy

Robot, aby mógł reagować na zmianę swojej konfiguracji w zależności od pochylenia terenu, musi posiadać układ pomiaru kąta odchylenia platformy od poziomu. W przypadku wjechania na nierówność czujniki dostarczą informacje do układu sterowania, gdzie będzie wykonana odpowiednia reakcja kompensująca nierówność.

Pomiar kąta odchylenia platformy od poziomu wykonywany jest przez odczyt z inklinometrów (rys. 2) zamontowanych na robocie.

inklin_90deg.jpg
Rys. 2. Inklinometry

Dwa czujniki, umieszczone w środku platformy pod kątem 90 stopni względem siebie, dają informacje o pochyleniu platformy w dwóch kierunkach (wyznaczonych przez osie x oraz y).


Lokalizacja przeszkód

Robot mobilny, aby mógł skutecznie działać w przestrzeni z przeszkodami, powinien być wyposażony w sensory pozwalające na ich detekcję. Istnieje szereg możliwości lokalizacji obiektów w przestrzeni. Można np. wykorzystać czujniki ultradźwiękowe, laserowe lub wizyjne, jednak jest to zadanie dość złożone z racji różnorodności przestrzeni, która nas otacza.

Lokalizację przeszkód oparto o czujniki odbiciowe. Element nadawczy czujnika wysyła zmodulowaną wiązkę światła podczerwonego. Odbiornik, badając kąt padania wiązki powracającej (odbitej od przeszkody), dostarcza informację o odległości. Gabaryty przeszkód (wysokość) są określane na podstawie lokalizacji jej krawędzi.


Czujniki awaryjne

Na wypadek nieprzewidzianych działań wyposażono robota w czujniki awaryjne. Zadaniem ich jest uchronienie robota, jak również otoczenia, przed ewentualnymi uszkodzeniami. Czujniki zamontowano w miejscach zabezpieczających robota przed osiągnięciem niepożądanych konfiguracji.


Jarosław Szrek