4. Mobile Robot Vehicles (Ch.4) Flashcards
Robotics Vision and Control
Hva er den viktigste funksjonen for en mobil robot?
Å bevege seg/bevege seg mot noe
Hvordan kan vi modellere ulike typer av mobile roboter?
Forklar “under-actuated system”
Under actuated system = Underaktuert system
Et under-actuated system er et system som har færre kontrollinput (aktuatorkontroller) enn det har frihetsgrader (DOF - Degrees of Freedom). Dette betyr at systemet ikke kan direkte kontrollere alle sine frihetsgrader, og det må derfor bruke indirekte eller komplekse strategier for å oppnå ønskede bevegelser.
Eksempel:
Hovercraft, bil, helikopter og fixed wing aircraft er dømer på dette.
Forklar “non-holonomic system”
Non-holonomic system = Ikke-holonomisk system
Holonomic: Kan bevege seg i alle retninger
Et non-holonomic system er et system der bevegelsene er begrenset av ikke-integrerbare begrensninger, som typisk er avhengige av både posisjon og hastighet. Dette betyr at ikke alle mulige posisjoner kan nås ved å bevege seg langs de tillatte banene; systemet har begrensninger i bevegelsesfrihet til tross for at det kan ha mange frihetsgrader.
På ethvert punkt finnes det retninger der akselerasjon ikke er mulig. Vi kan nå punkter i den retningen, men kun ved å følge en sti.
Eksempel: En bil kan ikke bevege seg sideveis uten å snu.
Den kinematiske modellen kalles ofte enhjulssykkelmodellen (unicycle)
Hva er noen likheter og ulikheter mellom den enhjulssykkel modellen og sykkel modellen?
Svinghastigheten for dette kjøretøyet er direkte proporsjonal med v∆ og er uavhengig av hastighet.
Kjøretøyet kan snu selv om den ikkje er i framover bevegelse.
Aksene til hjulene krysser ikke ICR, så når kjøretøyet svinger, er ikke hjulenes hastighetsvektorer vL og vR tangensielle til banen
En komponent i tverrretningen bryter no-slip-betingelsen.
Merk at evnen til å snu på stedet ikke gjør kjøretøyet holonomisk, og er fundamentalt forskjellig fra evnen til å bevege seg i en vilkårlig retning.
ICR (Instantaneous Center of Rotation)
Flygene roboter
Hva er de 6 gradene av frihet for flyvende roboter?
Non-holonomic system = Ikke-holonomisk system
Holonomic: Kan bevege seg i alle retninger
Flyvende roboter har 6 grader av frihet, som inkluderer tre translasjonelle bevegelser og tre rotasjonelle bevegelser:
Translasjonelle bevegelser (bevegelser i rett linje):
- Framover/bakover langs x-aksen (surge).
- Sideveis (til høyre/venstre) langs y-aksen (sway).
- Oppover/nedover langs z-aksen (heave).
Rotasjonelle bevegelser (rotasjoner rundt aksene):
- Rulling (roll) rundt x-aksen (vipping fra side til side).
- Nikker (pitch) rundt y-aksen (løfte/senke nesen).
- Giring (yaw) rundt z-aksen (dreie mot venstre/høyre).
Helikoptre er ikke-holonomiske systemer fordi de må justere neseposisjonen (pitch) samtidig som de beveger seg oppover eller nedover for å kunne fly framover eller bakover. Dette betyr at bevegelsene ikke er helt uavhengige; de påvirker hverandre.
Hva er fordelene og konsekvensene av underaktuering i systemer?
Fordeler:
- Kostnadbesparelse
- Mindre kompleksitet
- Lavere vekt
Ulemper:
- Begrenset bevegelse (mangler tilstrekkelig kontroll i alle frihetsgrader)
Er systemene under holonomiske/ikkje holonomiske og hvor mange grader av frihet, aktuatorer og aktivering har de?
- Tåg
- 2-ledd robotarm
- 6-ledd robotarm
- 10-legg robotarm
- luftputebåt (Hovercraft)
- Bil
- Helikopter
- Fly (faste vinger)
- DEPTHX AUV (Deep Phreatic Thermal Explorer som Autonomt utforsker og kartlegger undervanns synkehull i Nord-Mexico)
Ett tåg som beveger seg i 1 dimensjon:
- Dette betyr at toget kan bevege seg fremover eller bakover, noe som gir det en frihetsgrad.
1 aktuator (motor):
- En motor som kontrollerer bevegelsen fremover eller bakover.
1 aktivering:
- Dette refererer til at toget har en enkelt metode for å aktivere motoren.
Holonom:
- Siden systemet kan flytte seg i alle retninger (i dette tilfellet fremover og bakover i én dimensjon) uten restriksjoner, klassifiseres det som holonomt.
En luftputebåt har bevegelse i 3 dimensjoner:
- En luftputebåt kan bevege seg oppover, nedover, og til siden, noe som gir den tre frihetsgrader.
2 aktuatorer:
- Den har en motor for fremover bevegelse og en annen aktuator for å styre lufttrykket, som lar den manøvrere til venstre og høyre.
Er underaktuert:
- Siden den har færre aktuatorer (2) enn frihetsgrader (3), er den underaktuert. Dette betyr at det er retninger den ikke kan bevege seg i uten ekstra kontroll.
Ikke-holonom:
- Siden den ikke kan flytte seg direkte i alle retninger uten å utføre manøvrer, er den ikke holonom.
Denne kinematiske modellen representerer:
Et bil-lignende mobil kjøretøy (sykkelmodell)
Et differensielt styrt kjøretøy (enhjulssykkelmodellen)
Et omnidireksjonalt kjøretøy
En kvadraturmodell
Et differensielt styrt kjøretøy (enhjulssykkelmodellen)
Roboten kunne svinge på grunn av forskjellig hastighet i hjulene noe som gjør den til en differensialt styrt robot ikkje en bil lignende mobil robot eller omnidireksjonalt!
The kinematic model is often called the unicyle model
Denne mobile roboten
Er holonomisk
Er ikkje holonomisk
Kan være en av delene
Er ikkje holonomisk
Selv om TB3 kan rotere på stedet, kan den ikke bevege seg sidelengs umiddelbart på grunn av rullende restriksjoner på hjulene, og er derfor ikke-holonomisk.
YouBot
Denne mobile roboten
Er holonomisk
Er ikkje holonomisk
Kan være en av delene
Er holonomisk
YouBot har omnidireksjonale hjul, og kan bevege seg umiddelbart i enhver retning, og er derfor holonomisk.
Denne mobile roboten
Er holonomisk
Er ikkje holonomisk
Kan være en av delene
Er ikkje holonomisk
Evnen til å snu på stedet gjør ikke trillebåren holonomisk; den kan ikke bevege seg sidelengs umiddelbart på grunn av rullende restriksjoner på hjulet. Den kan modelleres med luftputebåtmodellen og er ikke-holonomisk.
The baby cries in non-holonomic sadness
Denne kinematiske modellen representerer:
Et bil-lignende mobil kjøretøy (sykkelmodell)
Et differensielt styrt kjøretøy (enhjulssykkelmodellen)
Et omnidireksjonalt kjøretøy
En kvadraturmodell
Et bil-lignende mobil kjøretøy (sykkelmodell)
Modellen må ha en fremoverhastighet for å kunne snu, og inkluderer også styringsvinkelen gamma i formelen for svinghastighet.
Denne mobile roboten
Er holonomisk
Er ikkje holonomisk
Kan være en av delene
Er ikkje holonomisk
Med to aktuatorer som skyver luftputebåten fremover, kan den også styre ved å bruke ulik thrust for de to thrustene, men den kan ikke bevege seg sidelengs umiddelbart.
Hva skjer når vinkelen/alpha er 0?
Roboten beveger seg sidelengs
Roboten beveger seg dobbelt så kjapt
Roboten står i ro
Roboten beveger seg framover i 45 grader til x-aksen av krpppen
Roboten står i ro
Når vinkelen/alpha er null, er rullene parallelle med aksen til det drevne hjulet, og hjulet vil bare spinne på rullene og ikke bevege seg fremover.
For å bevege seg fromover (i x_b retning) så må kvadratoren
Rulle (roll)
Løfte (pitch)
Yaw (endre retning)
Stige (climb)
Løfte (pitch)
For å bevege seg fremover, må kvadratoren senke rotorhastigheten til T1 og øke rotorhastigheten til T3 for å produsere et pitchmoment som vipper kvadratoren fremover.
