|
|
Пол Сэндин. Роботизированные механизмы и механические приборы. Иллюстрированное издание |
Эта книга (Paul E. Sandin. Robot Mechanisms and Mechanical Devices Illustrated) будет интересна и полезна студентам, педагогам и инженерам, изучающим или конструирующим мобильных роботов. Основное внимание в ней уделено механизмам и приборам, связанным с транспортными средствами, которые передвигаются самостоятельно и автономно выполняют поставленные задачи, т.е. с роботами. Конструирование беспилотного автомобиля, способного передвигаться как внутри помещений, так и снаружи, кажется на первый взгляд простой задачей. Возьми ходовую часть, добавь приводные колеса, рулевые колеса, источник энергии (как правило, батареи), какой-нибудь управляющий код, включающий шаблоны для навигации и обхода препятствий, или используй любой другой способ управления им, поставь контактные датчики и – алле-гоп! – робот готов.
К сожалению, вскоре после первой попытки конструктор обнаружит, что робот застревает в местах, кажущихся совершенно безобидными, врезается в стул или заблуждается в его ножках, переворачивается, не может сделать ничего полезного или что его манипулятор разбивает каждую бутылку пива, которую пытается просто захватить. Знание механики датчиков, манипуляторов и теории движения поможет уменьшить количество таких проблем. Эта книга как раз и содержит знания подобного рода, преподнесенные с помощью сотен рисунков, на которых изображены чертежи двигателя и конфигурации манипулятора, а также их рабочие зоны. В книге обсуждается, что же собственно говоря такое мобильность и как ее увеличить, не увеличивая в то же время размеры самого робота, и как форма робота влияет на его функциональность. По всей книге можно найти описания необычных механизмов и приборов, включенные для того, чтобы приучить читателя мыслить нестандартно. Я искренне надеюсь, что книга поможет уменьшить время, необходимое для создания работающего робота, а также усилия и затраты на достижение этой цели и увеличит, таким образом, вероятность того, что ваш проект завершится успехом, а не провалом.
Для проектирования, конструирования и работы с реальными мобильными роботами необходимы знания в трех основных сферах инжиниринга - это механика, электрические системы и программное обеспечение. О роботах написано огромное количество книг, некоторые из которых посвящены роботизированным системам в целом, а прочие напоминают своей детальностью поваренные книги, так что новичок может взять отрывки из глав и собрать на их основе уникального робота. И хотя существуют книги, описывающие электрические цепи, используемые в роботах, и книги, которые учат тому, как написать программное обеспечение и управляющий код для них, лишь немногие книги полностью сосредоточены на механизмах и механических приборах, используемых в мобильных роботах.
Цель этой книги – восполнить этот пробел в литературе, посвященной мобильным роботам, включив в нее всю информацию, представленную графически, о механике мобильного робота. Она написана на неспециальном языке и содержит огромное количество чертежей, так чтобы новички и люди, не обучавшиеся профессионально инженерной механике, могли получить представление об этой интереснейшей сфере знаний. В книге также содержатся описания «разумных» схем и механизмов, которые, хотелось бы верить, окажутся новыми и полезными инженерам среднего уровня. Так как мобильные роботы используются для выполнения все более сложных практических задач и многие из них обладают одним или даже двумя манипуляторами, то в книге имеется глава, посвященная манипуляторам и захватным устройствам для мобильных роботов. В ней показано, что манипуляторы, используемые на мобильных роботах, по нескольким параметрам отличаются от манипуляторов, используемых в промышленности.
Автономные роботы требуют специальных систем передвижения из-за неструктурированности и исключительного разнообразия рабочих сред, в которых может оказаться робот, а также того факта, что даже лучшие из созданных датчиков уступают способности человека видеть, чувствовать и сохранять равновесие. А это означает, что система передвижения робота, которая полагается на данные, получаемые от этих датчиков, будет иметь гораздо меньше информации об окружающей среде, и ей придется самой справляться с препятствиями, попавшимися ей на пути. Во многих случаях микропроцессор, управляющий роботом, просто скажет системе передвижения «перейди через это», независимо от того, что именно находится на пути. Такой подход вынуждает систему управляться каким-либо образом со всем, что может оказаться на ее пути.
Напротив, человек-водитель обладает очень чуткими датчиками: глазами – чтобы видеть объекты и определять расстояние до них, датчиками усиления – чтобы ощущать ускорение, и чувством равновесия – чтобы определять «горизонтальность». Человек рассчитывает на определенные детали системы передвижения (колеса, подвесное устройство, рулевую систему) автомобиля (легкового автомобиля, грузового автомобиля, джипа, вездехода и т.д.) и использует их и мощные датчики для управления ресурсами системы при передвижении по пересеченной местности. Система передвижения робота должна много уметь, система передвижения автомобиля должна быть просто удобна для человека-водителя.
Учитывая вышесказанное, системы передвижения мобильных роботов могут быть как проще, так и сложнее систем, используемых в автомобилях. Например, рулевое управление с поворотными кулаками и трапецией автомобилей не слишком подходит для обеспечения высокой мобильности. Она подходит человеку, она отлично приспособлена для движения с высокой скоростью, однако роботу все равно, комфортно ли он себя чувствует с ней, по крайней мере, сейчас.
Наилучшая система передвижения для робота – эта та, с помощью которой он наиболее эффективно выполняет поставленную задачу, безотносительно того, насколько она удобна человеку. Существует несколько терминов, специфичных для мобильных роботов, которые следует обсудить во избежание путаницы. Во-первых, сам термин «робот» имеет, к сожалению, как минимум, три различных значения. В данной книге слово «робот» обозначает автономное или полуавтономное наземное транспортное средство, которое может обладать, а может и не обладать манипулятором или другим прибором, воздействующим на его окружение.
Колин Энгл (Colin Angle), исполнительный директор компании iRobot Corp., определяет робота как мобильный предмет с датчиками, который смотрит на эти датчики и принимает решение о том, как действия выполнить.
В обрабатывающей промышленности, однако, слово «робот» означает перепрограммируемый стационарный манипулятор с небольшим количеством (если они вообще имеются) датчиков, установленный на крупных промышленных заводах и фабриках. Третье общеупотребительное значение слова «робот» – дистанционно управляемое транспортное средство, подобное (однако более сложное) радиоуправляемой игрушечной машинке или грузовику. Данный тип роботов, как правило, обладает микропроцессором, используемым в качестве вспомогательного управляющего устройства самого транспортного средства, для выполнения ряда автономных или автоматических задач, а также вспомогательного устройства управления манипулятором, если он имеется.
В данной книге используется, по большей части, первое значение слова «робот»; основное внимание в ней уделено вещам, полезным при создании роботов. Тем не менее, в ней также имеется несколько описаний механизмов, полезных и при создании двух других типов роботов. Понятия «робот» и «мобильный робот» в контексте данной книги являются взаимозаменяемыми.
Автономный, по определению авторов, означает исполнение, полностью независимое от человека. Таким образом, автономный робот означает самоуправляемое, с автономным источником питания, мобильное транспортное средство, которое принимает собственные решения на основе информации, полученной от датчиков. Существует очень мало действительно автономных роботов и ни одного известного автономного робота с манипуляторами такого, чтобы манипуляторы также были автономны. Наиболее распространенный тип мобильных роботов на сегодняшний день – это полуавтономные роботы, обладающие некоторыми датчиками и частично действующими на основе полученных от них данных, однако, при этом где-то находится человек с контуром управления через радиоканал или с помощью троса. Другое название данного типа структуры управления – телеробот, в отличие от дистанционно управляемого робота, у которого нет вообще или имеется лишь несколько датчиков, используемых для принятия решений. В контексте данной книги те транспортные средства, у которых нет датчиков для принятия решений, называются телероботами или дистанционно управляемыми роботами, чтобы отличить их от автономных роботов. Следует отметить, что механизмы и механические приборы, представленные в данной книге, могут быть применены, в соответствии с их категорией, практически в любом типе транспортного средства или манипулятора, независимо от того, автономны они или нет.
Другое слово, которое часто используется в мире роботов, - это мобильность. Мобильность в данной книге определяется как способность приводной системы преодолевать последствия жары или холода, типа напочвенного покрова, склонов или лестниц и прочих препятствий. Глава 9 книги полностью посвящена сравнению мобильности приводных систем на основе большого количества широко распространенных препятствий, попадающихся как внутри помещений, так и снаружи, некоторые из которых могут быть любого размера (например, скалы), а некоторые ограничены по размерам (например, лестницы).
В книге намеренно исключен из рассмотрения весь мир гидравлики. Хотя гидравлическая сила – ключевой момент при создании небольших по размеру приводов или двигателей с высокой удельной мощностью, она потенциально более опасна и уж точно более сложна для работы, чем приборы с электрическим источником энергии. Кроме того, она намного менее производительна – что является настоящей проблемой для роботов, работающих от батарей. Существует большое количество книг, посвященных гидравлическим силам и их применению. Если конструкция робота предусматривает гидравлику, читатель может обратиться к книге Industrial Fluid Power («Гидравлическая энергия в промышленности»), 3-е издание, опубликованной издательством Womack Education Publications.
Кроме многих уловок, механических приборов и техник, приведенных в данной книге, у конструктора имеются и другие мощные вспомогательные инструменты. Например, такие инструменты трехмерного проектирования, как SolidWorks и Pro-Engineer, а также новые способы создания прототипов самих механизмов. Как правило, это называется Быстрым Макетированием (Rapid Prototyping (RP)).
Copyright © 2003 by The McGrawHill Companies, Inc.
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ (щелкните по ссылке правой кнопкой мыши и выберите "Сохранить как") отдельные главы электронной версии этой книги в формате PDF (размер файла – 6,5Мб).
gale
|
|
