Anonim

ROCR rotační stěnový robot

Robotika

Darren Quick

5. srpna 2010

3 obrázky

ROCR se vyznačuje ocasem, který se houpá jako kyvadlo s dědečkem (Obrázek: William Provancher, Univerzita v Utahu)

Inženýři používali různé techniky k vytvoření robotů, které mohou měnit stěny - "horolezce" používá valivé těsnění, zatímco hmyzovití roboty ze SRI mají housenkové dráhy s elektro-lepivými vlastnostmi. Zatímco se takovéto roboty obecně zaměřují na rychlost, přiléhají ke zdi a rozhodují o tom, jak a kdy se mají pohybovat, tvůrci malého robota jménem ROCR říkají, že je prvním robotem na stoupání na zeď, který se zaměřuje na efektivní stoupání. A to dělá tak pomocí hybnosti ocasu, který se houpá jako kyvadlové hodiny kyvadla.

ROCR oscilační horolezecký robot vyvinul William Provancher, asistent profesora strojírenství na univerzitě v Utahu. Je malý a lehký - široký 12, 2 palců, dlouhý 18 palců od horní části dole a váží pouhých 1, 2 liber - a je navržen tak, aby účinně stoupal pohybem jako lidští horolezci nebo lidoopy kopytající stromy. Tato mimikry umožňují ROCR vyškrábat kobercovou stěnu o osmé stopy za pouhých 15 sekund.

Ostatní roboty na stoupání mohou vystoupat rychleji než ROCR, který může stoupat rychlostí 6, 2 palců za sekundu. Nicméně žádný z nich nebyl schopen dosáhnout 20procentní účinnosti zkoušek lezení, které ROCR zvládl, "což je poměrně působivé vzhledem k tomu, že motor auta je přibližně 25% účinný", říká Provancher. jako poměru práce vykonávané v průběhu lezení k elektrické energii spotřebované robotem.

Budování efektivnějšího robota

ROCR je samostatná a autonomní, s mikropočítačem, snímači a výkonovou elektronikou, aby provedla požadované pohyby ocasu, aby se stoupala. Motor, který pohání ocas robota a zakřivenou, nosníkovou stabilizační tyč, se připevní k hornímu tělu robota. Horní část těla má také dvě malé, ocelové, hákovité drápy, které se po vylézání robotu potopí do koberce. Bez stabilizátoru se ROCR 's drápy měly tendenci odstupovat od stěny, když vylezl a spadl.

Motor pohání rychlost v horní části ocasu, což způsobuje, že se ocas pohybuje tam a zpět, což pohání robota nahoru. Baterie se nachází na konci ocasu a poskytuje hmotu, kterou je třeba otočit robotem nahoru. ROCR rukojeť stěnu jednou rukou a vykývne ocas. To způsobí posun v těžišti ROCR, který vyvolává volnou ruku, která pak zatahuje stěnu a proces se opakuje.

"Sleduje tento cíl efektivity s designem, který napodobuje efektivní systémy jak v přírodě, tak u člověka, " říká Provancher. "Napodobuje gibbon, který se houpající stromy a kyvadlové hodiny, oba jsou extrémně efektivní."

Provancher a jeho tým se rozhodli soustředit se na efektivitu lezení na stěnu, protože nyní, když různé metody byly vyzkoušeny a prokázány pro roboty, aby vyšplhali na různé povrchy stěn, aby tito roboti měli všestrannost i životní životnost, "účinnost stoupá na vrchol seznam věcí, na něž se má soustředit, "říká.

Maximalizace efektivity

Před provedením testování samotného robota používal Provancher a kolegové počítačový software pro simulaci ROCR lezení pomocí takových simulací, aby zhodnotili nejefektivnější strategie lezení a jemně vyladili fyzické rysy robota.

Pak provedli experimenty, měnící se jak rychlý a jak daleko se houpal robotův ocas, aby zjistili, jak dostat robota, aby nejlépe stoupal na vysoký kus překližky pokrytého krátkým kobercem.

Robot pracoval nejrychleji a nejúčinněji, když se blížil rezonanci - v blízkosti přirozené frekvence robota - podobný tomu, jak se kyvadlové hodiny kyvadlové kyvadlové při své přirozené frekvenci. Se svým ocasem se houpal pomaleji, ale vylézl, ale ne tak rychle ani efektivně.

Výzkumníci zjistili, že dosahuje největší účinnost - 20 procent - když se ocas pohyboval dopředu a dozadu o 120 stupňů (nebo 60 stupňů na obě strany rovně dolů), kdy se ocas pohyboval tam a zpět 1, 125krát za sekundu a když byly drápy rozloženy 4, 9 palce od sebe.

Když se ocas otočil dvakrát za sekundu, bylo to příliš rychlé a ROCR vyskočil ze zdi - ale jako každý letní horolezec byl připojen k bezpečnostní šňůře a nebyl poškozen.

Provancher říká, že studie je první, která stanovila měřítko pro efektivitu lezení robotů, proti kterému budou porovnávány budoucí modely. Říká, že budoucí práce budou zahrnovat zdokonalení konstrukce robota, začlenění složitějších mechanismů pro uchopení ke stěnám různých druhů, jako jsou cihly a pískovce, a zkoumání složitějších způsobů ovládání robota - vše zaměřené na zvýšení efektivity.

"Vyšší efektivita lezení prodlouží životnost samostatného robota a rozšíří řadu úkolů, které může robot vykonávat, " říká. "Zatímco tento robot může být nakonec použit pro inspekci, údržbu a dohled, pravděpodobně největší krátkodobý potenciál je jako výukový nástroj nebo jako opravdu cool hračka."

Provancherova studie o vývoji ROCR oscilujícího horolezeckého robota je určena pro online publikaci v tomto měsíci prostřednictvím transakcí na mechatroniku, časopisu Ústavu elektrotechnických a elektronických inženýrů a Americké společnosti strojních inženýrů.

William Provancher se dívá jako na účinného horolezeckého robota, který spolu s kolegy vyvinul váhy na koberce (obrázek: Mark Fehlberg, University of Utah)

ROCR je zobrazen v této sekvenci fotografií, jak vylézá (obrázek: William Provancher, University of Utah)

ROCR se vyznačuje ocasem, který se houpá jako kyvadlo s dědečkem (Obrázek: William Provancher, Univerzita v Utahu)

Doporučená Redakce Choice