Praca dotyczy badań ruchu wzdłużnego mobilnego robota czterokołowego na piasku w zależności od zadanej prędkości. Omówiono konstrukcję robota oraz przyjętą metodykę modelowania. Zaprezentowano wyniki badań symulacyjnych i doświadczalnych ruchu robota.
EN
Paper concerns the study of longitudinal motion of a four-wheeled mobile robot on sand for various desired velocities. Design of the robot and assumed modeling methodology were described. Results of simulation and experimental research of robot motion were presented.
The paper is concerned with the problem of tracking control of wheeled mobile robots (WMRs) using predictive control systems. Various kinematic structures of WMRs important from the point of view of motion control are discussed. A hierarchical approach to the problem of motion control of this kind of robots is presented. The problems of trajectory tracking and path following control of WMRs are briefly discussed. The methods of predictive control of WMRs are described in detail and the following aspects relevant to predictive control are considered: kinematic structures of robots, slip of wheels and its compensation, assumed constraints, methods of optimization of the objective function, problems of model nonlinearity, linearization and discretization, stability of the control system and use of the state observers.
Praca stanowi przegląd wybranych rozwiązań mobilnych robotów lądowych przeznaczonych do zastosowań w transporcie. Skupiono się przede wszystkim na rozwiązaniach robotów dostępnych komercyjnie lub o dużym potencjale komercjalizacji. Omówione są przykłady robotów do transportu w przemyśle, w szpitalach, na polu bitwy oraz dedykowanych do transportu ludzi lub stanowiących pomoc dla człowieka w transporcie ładunku. Najszerszą grupę rozwiązań stanowią roboty przeznaczone do transportu w zakładach przemysłowych. Do tej grupy zaliczają się także zautomatyzowane wózki widłowe. Dużą i rosnącą grupę stanowią roboty stosowane w szpitalach. Coraz szerzej roboty stosowane są także do transportu w wojsku, zwłaszcza w armii USA. Podejmowane są także próby zastąpienia człowieka w roli kierowcy samochodu, czego przykładem jest m.in. autonomiczny samochód firmy Google. Poza analizą istniejących rozwiązań, na koniec pracy omówiono także możliwe tendencje rozwoju w zakresie mobilnych robotów lądowych do transportu. Zwrócono również uwagę na kwestię sterowania ruchem nadążnym z uwzględnieniem poślizgu kół jezdnych podczas realizacji zadań transportowych przez roboty.
EN
The paper provides an overview of selected solutions of ground mobile robots intended for use in the field of transportation. It is focused on robots commercially available or on those with a high potential for commercialization. Examples of robots for transportation in industry, in hospitals, on the battlefield, and dedicated for transport of people or goods are discussed. The largest group of discussed solutions is dedicated for industrial transportation. This group also includes automated forklifts. A significant and growing group are robots used in hospitals. Robots are also used widely for transportation in the military, especially in the United States army. Attempts to replace a human in the role of a car driver are also made. An example of the solution like that is the self-driving car of Google. In addition to the analysis of the existing solutions, at the end of the paper, the trends of development of ground mobile robots for transportation are discussed. The issue of tracking control of robot motion taking into account the wheel slip while performing transportation tasks is also highlighted.
The paper presents a method of localization of a mobile robot which relies on aggregation of data from several sensors. A review of the state of the art regarding methods of localization of ground mobile robots is presented. An overview of design of the four-wheeled mobile robot used for the research is given. The way of representation of robot environment in the form of maps is described. The localization algorithm which uses the Monte Carlo localization method is described. The simulation environment and results of simulation investigations are discussed. The measurement and control equipment of the robot is described and the obtained results of experimental investigations are presented. The obtained results of simulation and experimental investigations confirm the validity of the developed robot localization method. They are the foundation of further research, where additional sensors supporting the localization process could be used.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Praca dotyczy modelowania opony robota mobilnego SCOUT. Na początku omówiono istniejące rozwiązania opon kół jezdnych oraz nietypową oponę stosowaną w analizowanym robocie. Przedstawiono wynik badań doświadczalnych próbek materiałów użytych w oponie oraz badań koła z całą oponą oraz z jej wewnętrzną częścią. Na podstawie modelu CAD koła i opony przygotowano model do analiz MES. W wyniku symulacji z użyciem MES wyznaczono charakterystykę sztywności promieniowej opony, którą porównano z tą, którą uzyskano w rezultacie badań doświadczalnych. Uzyskane wyniki potwierdzają słuszność przyjętej metodyki, wg której na podstawie opracowanego modelu CAD opony i znanych parametrów materiałowych można określić sztywność promieniową opony, którą można wykorzystać w badaniach dynamiki całego robota.
EN
The work concerns modeling of tire of SCOUT mobile robot. In the beginning existing tire designs are discussed with focus on non-typical airless tire which is used in the SCOUT robot. Results of material specimens’ tests are showcased alongside with tests performed on separate wheel assembly components as well as on the complete assembly. Using tire CAD model, finite element analysis is performed. As a result radial stiffness characteristic is obtained, which is compared to the one obtained in empirical tests. Results confirm validity of the methodology, which assumes that using a CAD model and known material properties it is possible to obtain tire radial stiffness, which can be subsequently used in studies of whole robot dynamics.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Praca dotyczy badań ruchu robota mobilnego SCOUT podczas manewru zakręcania. Na początku omówiono konstrukcję robota oraz opracowano model dynamiki. Opisano model symulacyjny robota w pakiecie Matlab/Simulink i zaprezentowano wybrane wyniki badań symulacyjnych ruchu robota. Przedstawiono środowisko badań doświadczalnych robota oraz pokazano wybrane wyniki eksperymentów pomiarowych. W ramach badań symulacyjnych i doświadczalnych wyznaczono m.in. parametry ruchu robota oraz występujące poślizgi kół jezdnych. W celu oceny uzyskanych wyników przyjęto wskaźniki jakości. Na koniec dokonano porównania uzyskanych wyników i przedstawiono wnioski wynikające z przeprowadzonych badań.
EN
The work concerns investigations of motion of the PIAP Scout wheeled mobile robot during turning maneuver. Robot design, dynamics model and implementation of the dynamics model in Matlab/Simulink package are described. Selected results of simulation research of robot motion are presented. Environment of experimental research is described and selected results of empirical experiments are discussed. During simulation and empirical investigations, parameters of motion of the robot and road wheels’ slips are determined. To the end of assessment of the obtained results quality indices are introduced. Finally, the results from both kinds of research are compared and resulting conclusions are given.
This work is concerned on sensitivity analysis of semiautonomy algorithm of a mobile robot to environmental sensors’ failures. Construction of the robot, semiautonomy algorithm and used sensors have been described. The algorithm bases on a reactive hybrid approach that merges data from different types of sensors and calculates resulting velocities. This algorithm also takes into account environmental sensors’ damage by modifying the behavior of robot in accordance to actual sensors’ set state of health. Simulation research using Matlab/ Simulink package and experimental tests’ results of semiautonomy algorithm were presented. The experimental tests were carried out in outdoor conditions. The research and tests are performed for normal environmental sensors’ operation and for selected sensors’ damage. On that basis, sensitivity of semiautonomy algorithm to selected environmental sensors damage was tested.
The paper presents a sequential neural network (NN) identification scheme for the four-wheeled mobile robot subject to wheel slip. The sequential identification scheme, different from conventional methods of optimization of a cost function, attempts to ensure stability of the overall system while the neural network learns the nonlinearities of the mobile robot. An on-line weight learning algorithm is developed to adjust the weights so that the identified model can adapt to variations of the characteristics and operating points in the four-wheeled mobile robot. The proposed identification system that can guarantee stability is derived from the Lyapunov stability theory. Computer simulations have been conducted to illustrate the performance of the proposed solution by a series of experiments on the emulator of the wheeled mobile robot.
This paper concerns an energy efficient global path planning algorithm for a four-wheeled mobile robot (4WMR). First, the appropriate graph search methods for robot path planning are described. The A* heuristic algorithm is chosen to find an optimal path on a 2D tile-decomposed map. Various criteria of optimization in path planning, like mobility, distance, or energy are reviewed. The adequate terrain representation is introduced. Each cell in the map includes information about ground height and type. Tire-ground interface for every terrain type is characterized by coefficients of friction and rolling resistance. The goal of the elaborated algorithm is to find an energy minimizing route for the given environment, based on the robot dynamics, its motor characteristics, and power supply constraints. The cost is introduced as a function of electrical energy consumption of each motor and other robot devices. A simulation study was performed in order to investigate the power consumption level for diverse terrain. Two 1600 m2 test maps, representing field and urban environments, were decomposed into 20x20 equal-sized square-shaped elements. Several simulation experiments have been carried out to highlight the differences between energy consumption of the classic shortest path approach, where cost function is represented as the path length, and the energy efficient planning method, where cost is related to electrical energy consumed during robot motion.
W artykule przedstawiono wyniki badań materiałów niemetalowych przeznaczonych do zastosowania w technologii przyrostowego wytwarzania elementów konstrukcji robotów. Artykuł dotyczy również zastosowania jednej z takich technologii, tj. technologii FDM do w produkcji części robotów, na przykładzie prototypu robota o zmiennej konfiguracji. W artykule opisano metodologię przygotowania wybranych części robota do wytworzenia z zastosowaniem technologii FDM.
EN
The article presents the research results of the mechanical properties of non-metallic materials used in additive manufacturing for the production of structural components of mobile robots. Article also concerns one of the technology, i.e., FDM for the production of reconfigurable robots construction elements. This paper also describes the methodology for the preparation of selected parts of the robot to manufacture them using FDM technology.
W pracy zaprezentowano stosowane w literaturze metody tworzenia modeli dynamiki mobilnych robotów kołowych. Omówiono zalety, wady i ograniczenia poszczególnych metod oraz problemy związane z modelowaniem dynamiki takich układów. Opisano autorską, uniwersalną metodykę tworzenia modelu dynamiki dla mobilnych robotów kołowych opartą na formalizmie Newtona-Eulera. Opracowana metodyka umożliwia kompleksowe podejście do modelowania dynamiki mobilnych robotów kołowych, pozwalając na opracowanie modeli dynamiki dla dowolnej liczby kół stykających się z podłożem i na uwzględnienie w modelu występowania poślizgów kół jezdnych.
EN
In this paper, the methods of development of dynamics models of wheeled mobile robots are presented. Advantages, drawbacks and limitations of particular methods as well as problems associated with modeling of dynamics of such systems are discussed. The original universal methodology of development of the analytical dynamics model of wheeled mobile robots based on Newton-Euler formalism is described. It enables a comprehensive approach to modeling of dynamics of wheeled robots by providing means to develop models for any number of wheels being in contact with the ground and by taking into account the occurrence of wheels’ slips.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Artykuł dotyczy zastosowania technologii FDM w szybkim prototypowaniu wysokowytrzymałych części robotów mobilnych. W artykule opisano metodologię przygotowania części do wytworzenia z zastosowaniem technologii FDM oraz przedstawiono wyniki badań materiałowych. Przedstawiono także wybrane wytyczne dla konstruktorów, projektujących części z przeznaczeniem do wytworzenia z zastosowaniem technologii FDM.
EN
Article presents the use of technology in FDM rapid prototyping of high-strenght parts of mobile robots. This paper describes the methodology for the preparation of parts for production them using FDM technology, and presents the results of research of materials. Also presented are selected guidelines for designers, designing parts for use in the manufacture using FDM technology.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy omówiono istniejące rozwiązania robotów trzynożnych i na przykładzie autorskiej konstrukcji robota trzynożnego omówiono metodykę modelowania i symulacji układów mechanicznych przy użyciu przybornika SimMechanics pakietu Matlab/Simulink. Przedstawiono strukturę kinematyczna robota, przyjęte do badan parametry i pokazano jego model CAD. Omówiono możliwości modelowania układów mechanicznych z zastosowaniem przybornika SimMechanics i przedstawiono model symulacyjny robota. Opisano sposób realizacji chodu robota i zaprezentowano wybrane wyniki symulacji i animacji jego ruchu.
EN
The paper describes existing design solutions for three-legged robots. The methodology of modeling and simulation of mechanical systems using the SimMechanics toolbox of Matlab/Simulink package is discussed on the example of author’s own design of a three-legged robot. Robot’s kinematic structure, it’s CAD model and parameters adopted in the conducted research are included. Robot’s simulation model is developed using the SimMechanics toolbox which illustrates possibilities of modeling of mechanical systems with this approach. The paper describes technique of realization of robot’s gait and presents selected simulation results as well as animation of its motion
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy opisano koncepcje i projekt konstrukcji robota o zmiennej konfiguracji Cameleon. Przedstawiono wyniki symulacji ruchu robota w programie MD Adams. Zaprezentowano wyniki statycznych prób rozciągania dla próbek wykonanych z wybranych materiałów mających zastosowanie w technologiach przyrostowego wytwarzania wyrobów. Na podstawie wyników laboratoryjnych badan materiałowych oraz wyznaczonych sił i momentów sił działających na konstrukcje robota przeprowadzono w programie Ansys analizę wytrzymałościową dla wybranych elementów konstrukcji robota pod katem możliwości wytworzenia ich z zastosowaniem technologii przyrostowych.
EN
The paper describes conception and design of the reconfigurable robot Cameleon. Results of simulation of robot’s motion in MD Adams software environment are presented. Also included are results of static tensile tests of samples made of selected materials commonly used with additive manufacturing technologies. Based on the material properties and construction loads obtained from previously described research, strength analysis for chosen robot’s parts was carried out in Ansys software to evaluate the possibility of producing those parts using additive manufacturing technology.
Artykuł dotyczy projektu robota o zmiennej konfiguracji Cameleon. Na wstępie omówiono stan wiedzy związany z robotami o zmiennej konfiguracji. Następnie opisano koncepcję robota i pokazano strukturę kinematyczną jego modułów. Przedstawiono aktualny projekt konstrukcji modułów robota opracowanych w programie Autodesk Inventor. Pokazano przykładowe konfiguracje robota możliwe do uzyskania w wyniku odpowiedniego połączenia wybranych jego modułów. Na zakończenie omówiono potencjalne zastosowania robota.
EN
The article concerns the reconfigurable mobile robot Cameleon. At the begining state of the art related to reconfigurable mobile robots is discussed. Next, idea of the robot is described and the kinematical structures of its modules are ilustrated. The current mechanical design of the robot's modules developed in the Autodesk Inventor program is presented. Examples of robot's configurations obtained by assembling its selected modules are shown. Finaly, potential applications of the robot are discussed.
W artykule autorzy prezentują problemy związane z modelowaniem dynamiki mobilnych robotów z napędem gąsienicowym. Modelowanie tego typu obiektów jest złożonym zagadnieniem i z racji tej wprowadza się szereg uproszczeń nie pomijając istotnych zagadnień. Podczas przeprowadzonej analizy i symulacji ruchu uwzględniono takie czynniki, jak: poślizgi gąsienic, siłę wyporu robota w cieczy, siłę oporu hydrodynamicznego, siłę oporu toczenia gąsienic oraz moment oporu poprzecznego. Robot ten został zaprojektowany w celu umożliwienia monitorowania i analizowania stanu technicznego rur i zbiorników wodnych.
EN
In this article the authors present problems connected with the dynamics modelling of a mobile robot with a crawler drive. Modeling such objects is a complex issue, thus it is introduced a number of simplifications not ignoring important problems. During the analysis and motion simulation one takes into account such parameters as: track slippage, buoyancy force of the robot located in the liquid, the hydrodynamic resistance force and moment of the track cross rolling resistance. This robot has been designed to enable monitoring and analysis of the technical state of pipes and water tanks.
W pracy analizuje się mobilność robota Pioneer 2DX na bazie jego modelu dynamiki. W badaniach wykorzystuje się dwie wersje modelu, tj. model uproszczony i model dokładny. Oba modele uwzględniają warunki współpracy kół jezdnych z podłożem, przy czym model dokładny bierze dodatkowo pod uwagę występowanie poślizgów. Analiza możliwości ruchowych robota jest ograniczona do przypadków jego ruchu z zadaną prędkością po podłożu o różnych przechyleniach/pochyleniach i właściwościach mechanicznych Wyniki badań są zaprezentowane w postaci zbiorczej oraz w formie wybranych symulacji wykonanych z zastosowaniem pakietu Matlab/Simulink.
EN
In this paper the mobility of a three-wheeled mobile robot is analyzed based on its model. Two versions of the robot's model are used in the research, i.e., the simplified one and the accurate one. Both models consider wheel-ground contact conditions. The accurate model of the robot takes additionally into account wheels' slip. The analysis of the robot's mobility is limited to the cases of its motion with the desired velocity on the ground with various slopes and mechanical properties. The results of research are presented in aggregate form and in the form of selected simulations performed using Matlab/Simulink package.
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Praca dotyczy symulacji wspinania się po schodach robota o zmiennej konfiguracji Cameleon z zastosowaniem programu MD Adams. Omówiono koncepcję robota, pokazano strukturę kinematyczną jego modułów oraz model CAD konstrukcji opracowany przy użyciu programu Autodesk Inventor. Opisano koncepcję syntezy ruchu robota po schodach i przedstawiono etapy budowy modelu symulacyjnego robota w programie MD Adams. Zaprezentowano uzyskane wyniki badań symulacyjnych ruchu robota oraz wnioski.
EN
This paper concerns the simulation of climbing the stairs of a reconfigurable mobile robot Cameleon using MD Adams program. The robot's idea is described and kinematical structures of its modules are depicted. Robot's CAD model developed in Autodesk Inventor program is presented. The idea of robot's climbing the stairs is described and the stages of developing of robot’s simulation model in MD Adams program are depicted. Simulation research results of robot's motion are presented and discussed.
19
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy zaprezentowano innowacyjne podejście do projektowania i wytwarzania konstrukcji robota o zmiennej konfiguracji Cameleon. Na początku omówiono możliwości zastosowania technologii przyrostowego wytwarzania części w kontekście projektowania robotów mobilnych. Następnie przedstawiono koncepcję robota o zmiennej konfiguracji oraz pokazano konstrukcję jego wybranych modułów i przykładowe konfiguracje możliwe do uzyskania po odpowiednim połączeniu tych modułów. Opisano możliwości technologii FDM pod kątem wytwarzania wybranych elementów robota. Na zakończenie, w ramach podsumowania, wymieniono korzyści z zastosowania tej technologii do wytwarzania robota w odniesieniu do tradycyjnych metod.
EN
In this work innovative approach to designing and manufacturing of a reconfigurable mobile robot – Cameleon is presented. The introduction provides description of an incremental technology which can be applied in the context of the design of mobile robots. Then a concept of a reconfigurable mobile robot is described as well as the construction of the selected modules and examples of possible configurations of these modules are presented. The possibilities of FDM technology for the production of selected elements of the robot are depicted. Within summary, the benefits of using this technology to produce a robot with respect to traditional methods are pointed out.