Servisní robotika

Luděk Žalud

Ústav automatizace a měřicí techniky

FEKT VUT v Brně

Osnova

1. Rozdělení servisních robotů 1. Rozdělení servisních robotů

2. Příklady servisních robotů 2. Příklady servisních robotů

3. Servisní robotika na ÚAMT VUT 3. Servisní robotika na ÚAMT VUT

Rozdělení robotů

• nemohou se přemísťovat

• nejčastěji průmyslový manipulátor

• představují naprostou většinu v současnosti používaných robotů v průmyslu

• nemohou se přemísťovat

• nejčastěji průmyslový manipulátor

• představují naprostou většinu v současnosti používaných robotů v průmyslu

STACIONÁRNÍ

• mají lokomoční subsystém

• průmyslu se vyskytují v mizivém procentu a v jednoduchých aplikacích

• představují příslib pro budoucnost

• mají lokomoční subsystém

• průmyslu se vyskytují v mizivém procentu a v jednoduchých aplikacích

• představují příslib pro budoucnost

MOBILNÍ

Mobilní roboty

DÁLKOVĚ OVLÁDANÉ DÁLKOVĚ OVLÁDANÉ AUTONOMNÍ AUTONOMNÍ

• Autonomním robotem

myslíme zařízení, které na

základě instrukcí samostatně

vykoná nějakou úlohu.

Obvykle se předpokládá, že

robot k plnění zadaného

úkolu používá prvků tzv.

umělé inteligence, např. je

schopen se orientovat v

neznámém nebo pozměněném

prostředí, vyhýbat se

překážkám, apod.

Dálkově ovládané či řízené stroje

jsou zpravidla roboty bez

inteligence či vyšších algoritmů

řízení a rozhodování, které

pracují čistě podle povelů

operátora.

Kde mohou operovat servisní

roboty?

VE VESMÍRU SPACE

NA SOUŠI TERRESTRIAL VE VODĚ

AQUATIC

VE VZDUCHU AIRBORNE

POD ZEMÍ SUBTERRAIN

Oblasti nasazení

PowerPoint has new

layouts that give you

more ways to

present your words,

images and media.

POMOC

V BĚŽNÉM

ŽIVOTĚ

POMOC

V BĚŽNÉM

ŽIVOTĚ

PowerPoint has new

layouts that give you

more ways to

present your words,

images and media.

SPECIÁLNÍ

APLIKACE

SPECIÁLNÍ

APLIKACE

Oblasti nasazení

PowerPoint has new

layouts that give you

more ways to

present your words,

images and media.

POMOC

V BĚŽNÉM

ŽIVOTĚ

POMOC

V BĚŽNÉM

ŽIVOTĚ

Obsluha nemocných a nemohoucích

Obsluha nemocných a nemohoucích

Úklid, aplikace v domácnosti

Úklid, aplikace v domácnosti

Reprezentace firem Reprezentace firem

Prodej zboží Prodej zboží

Robotičtí průvodci Robotičtí průvodci

Zábava Zábava

Oblasti nasazení

PowerPoint has new

layouts that give you

more ways to

present your words,

images and media.

SPECIÁLNÍ

APLIKACE

SPECIÁLNÍ

APLIKACE

Průzkum člověku nebezpečných nebo

nepřístupných prostor

Průzkum člověku nebezpečných nebo

nepřístupných prostor

Vojenské roboty Vojenské roboty

Robotické odminování Robotické odminování

Průzkum vesmíru Průzkum vesmíru

Hlavní problémy k řešení

• mobilita

• komunikace

• sebelokalizace a mapování

• snímání/vnímání okolí

• napájení

• mobilita

• komunikace

• sebelokalizace a mapování

• snímání/vnímání okolí

• napájení

OBECNÉ

• odolnost vůči kontaminaci a dekontaminace

• testování – vlivy prostředí, EMC, vibrace, nízký tlak, …

• odolnost vůči ohni, prachu, vodě, ….

• odolnost vůči kontaminaci a dekontaminace

• testování – vlivy prostředí, EMC, vibrace, nízký tlak, …

• odolnost vůči ohni, prachu, vodě, ….

SPECIÁLNÍ

Mobilita

Musí být přesně definováno:

• kde bude robot používán – uvnitř, venku, …

• jak rychle se bude pohybovat

• jak často bude používán

• jak dlouho bude mise trvat

Rozměry jsou velmi důležité:

• bude robot převážet zátěž?

• bude se pohybovat uvnitř budov? –méně než 60cmsširoký

• dálkově ovládaný – kamera musí být dostatečně vysoko

Lehčí robot = mechanicky odolnější vůči vlastním pádům, převrácení, …

Není možné vytvořit robot vhodný pro všechny mise – je nutná specializace!!!

Komunikace

• spolehlivá + stabilní datový tok

• limituje mobilitu robotu

• bezpečná, velmi těžko napadnutelná

• spolehlivá + stabilní datový tok

• limituje mobilitu robotu

• bezpečná, velmi těžko napadnutelná S KABELEM

• obecně nižší spolehlivost • nepředvídatelná v urbanistických

oblastech a nerovném terénu

• potřebuje více energie

• může být rušeno

• může být odposloucháváno

• může být „hacknuto“

• obecně nižší spolehlivost • nepředvídatelná v urbanistických

oblastech a nerovném terénu

• potřebuje více energie

• může být rušeno

• může být odposloucháváno

• může být „hacknuto“

BEZDRÁTOVÁ

Příklady servisních robotů

Robotické vysavače

iRobot Roomba

Electrolux Trilobite

Sony AIBO a QRIO

Honda ASIMO

• vývojové verze – řada E

• prototypy E0-E6

• 1986-1993

• humanoidní prototypy

• P1-P3

•1993-1997

• ASIMO od 2000

• novější verze od 2004

ASIMO – Advanced Step in Innovative

Mobility

Parametry verze ASIMO 2004:

Rychlost chůze: 3km/h

Hmotnost: 54kg

Rozm.: 450x440x1300mm

Stupňů volnosti: 34

Síla úchopu: 0.5kg

Předpokládáné využití:

• prezentace firem

• hotely, recepce

• pomoc starším lidem

Boston Dynamics – big dog

• Velikost velkého psa nebo malé muly

• 1 m dlouhý, 0.7 m vysoký

• Hmotnost 75 kg

• Spalovací motor, hydraulické pohony

• legs are articulated like an animal’s, have compliant

elements that absorb shock and recycle energy

• Uváděná rychlost 6,8 km/h, stoupavost až 35 stupňů,

unese asi 120 kg zátěže

iRobot PACKBOT

• armádní, pyrotechnický,

záchranný robot

• několik verzí

• konstrukce převážně z plastů

• extrémní mechanická odolnost

• lehký

• rychlý – téměř 10km/h

• výborný v terénu

• jednoduché ovládání – ovladač

jako na konzole

iRobot PACKBOT + klony

•Množství verzí

• 710 Warrior

• 210 Negotiator

• 510 Packbot

•Uživatelsky přívětivý přístup

•Joypad pro ovládání všech

funkcí – určeno pro vojáky s

věkovým průměrem 20-25 let

Talon Robot by Foster Miller

• Military applications - teleoperated

• Primary mission - handling mines and clearing dangerous ammunition

• Newly – tactical force operations (equipped with weapons)

– M202 four round rocket launcher

– six round 40mm grenade launcher

• Weight: 45kg, dims: 85x55x28cm

• 1-4 hours of operation, up to 12 with Li-Ion batteries

MQ-1 Predator UAV

• MALE (medium-altitude, long-endurance) UAV

• první let leden 1994

• původně pouze průzkum – verze RQ-1

• později MQ-1 – multi-role

• může nést 2x AGM-114 Hellfire missiles

• dálkově ovládaný

• jde o celý systém, čítající 4 stroje, řídicí středisko a 55 osob

MQ-1 Predator UAV

• v roce 2010 bylo dosaženo celkových 1 milion

operačních hodin

• Nasazeno: Afganistán, Balkán, Pákistán,

Jemen. Irák

– 23.12.202 – první boj mezi konvenčním

bojovým letounem a dálkově ovládaným

strojem –MQ-1 byl sestřelen MIG-25

• Parametry: – rychlost: 217 km/h

– dosah: 3700km

– doba mise: 24 hod

– cena: 3,2 mil. USD/kus

– dodáno 120ks

Výzbroj: • 2 × AGM-114 Hellfire

(MQ-1B)

• 4 × AIM-92 Stinger

(MQ-1B)

• 6 × Griffin air-to-

surface missiles

MQ-9 Reaper

• od r. 2001

• původně značený jako Predator B

• dlouhý dosah

• 15x větší nosnost, 3x vyšší rychlost

oproti MQ-1

• Parametry: – Rychlost: 482 km/h

– Dosah: 5930 km

– Operační výška: 7500m

– Doba mise: 28 hodin

– Užitečná nosnost: 1700kg

– Např. 14x AGM-114 Hellfire, …

• do 6/2010 bylo ztraceno 38 Predátorů a

Reaperů v bojích v Afganistánu a Iráku,

dalších 9 během dalších operací

Robocup Rescue

• from 2001

• worldwide

• regional opens (7 in 2008)

• strong community

• disaster simulation

• change of rules

• standardised approach to asses

robots

• NIST, Intelligent Systems Division

Robot EXAMPLES

Response Robot Exercises

Servisní robotika na ÚAMT VUT

Robotour

• DARPA Grand Challenge

• autonomní průjezd trasy –

silnice, zpevněné cesty

• vyhýbání překážkám

• převoz zboží

• vlastní konstrukce

studentů

• inerciální navigace + GPS

• ultrazvukové snímače a

laserové scannery

Servisní roboty na ÚAMT

Projekt ORPHEUS

Vlastní uživatelská rozhraní

Uživatelská rozhraní

Vizuální teleprezence

PC

D D μC

AR AT

Operátor by se měl cítit být na místě robotu

• zvyšuje koncentraci

• zjednodušuje ovládání

• lépe viditelné na slunci

ORPHEUS, -X1, -X2

MOT1

OZUBENÉ PÁSY

MOT2

tělo robotu 430x540x112mm

rozměry 550x830x410mm

kola ø410mm

materiál al slitina

hmotnost 35kg

ORPHEUS-EB

• Embedded verze pro

vizuální teleprezenci

• vstup až pro 4 kamery

• interní akumulátor na

90 minut

• bezdrátový přenos

• experimenty s jinými

systémy

• Talon – armádní robot

USA

• 9m heliová vzducholoď

Visible spectrum and thermovision data

fusion

CCD image (left), corresponding thermo-

image placed over it (right)

Thermography & vision in fog or smoke

Visible spectrum and proximity 3D

data fusion

Visible spectrum, thermovision and

proximity 3D data fusion

ORPHEUS-AC

• armádní verze systému Orpheus

• průzkum chemicky, radiačně a

biologicky zamořených oblastí

• speciální snímače

• komunikace bezdrátová nebo po

kabelu

• průchodivost terénem

• extrémní odolnost – teploty, EMC,

chemické látky

• armádní zkoušky kompatibilní s

NATO – STANAG

• jednoduchá obsluha

ORPHEUS-AC

• vlastní operátorská stanice

• klimatická odolnost

• velmi jednoduchá obsluha

• virtuální průhledové displeje

ORPHEUS-AC - parameters

ROBOT DIMENSIONS 881x590x426mm

WHEEL DIAMETER 426mm

WEIGHT

42kg

BATTERY OPERATION

90 mins to 4 hours

OPERATING TEMPERATURES -32˚C to 85˚C

CHARGING VOLTAGE 18-32V

MAX. CHARGING CURRENT 5A

MAX. SPEED 5km/h

MAX. OBSTACLE HEIGHT 20cm

CLIMB ABILITY 31˚

MAX. REACH (CABLE) 100m

MAX. REACH (WIRELESS) 1km (line-of-sight)

ORPHEUS-AC – military tests

ENVIRONMENTAL

STANAG 2895 – A2, A3, C1

COS 999905 – 302, 303,

304, 309, 310, 312, 313, 314

VIBRATIONS

STANAG 2914

COS 999902 – 401, 403

EMC RADIATION

COS 599902:2002 – RE102,

RE103

EMC SUCEPTIBILITY COS 599902:2002 – CS114,

CS115, CS116, RS103

SPECIAL TESTS

ORPHEUS-AC - electronics scheme

AXIS LINUX

GRABBER

WIRE-

LESS

AC MOTOR MOTOR MOTOR

MAIN

CAMERA

REAR

CAMERA

LCD

SENSOR

LCD

SENSOR

BETA

SENSOR

BETA

SENSOR

GAMA

SENSOR

GAMA

SENSOR

RABBIT FREESCALE

COLDFIRE

MOTOR AC MOTOR

ETHERNET

SWITCH

ETHERNET

RS-485

ANALOGUE

3DOF

accele-

rometer

micro-

phone

Operator’s Station – electronics scheme

Nexcom EBC-300

FREESCALE

COLDFIRE

ETHERNET

SWITCH X

Y

WIRE-

LESS

VIDEO

CONTROL

ETHERNET

LVDS

ANALOGUE

ORPHEUS-AC – op. station

• rugged operator’s station -

to work in tactical conditions.

• battery-operated/continuous

DC power operation

• easy and intuitive control

• robot body movements -

joystick, other functions -

series of buttons

• operation of the robot (and

the whole robotic system)

may be performed while

wearing chemical gloves

ORPHEUS-AC – op. station

• own user interface program

• two processor solution

• Linux – based (own modified

kernel)

• two videos

• transparent windows

Orpheus-AM

Medical version of Orpheus robot – UNDER DEVELOPMENT

The task is to find a victim and identify it’s status – alive, aware, etc.

• audio communication

• remote temperature measurement

• breathing identification based on CO2 emission

• pulse measurement

DĚKUJI ZA POZOR

www.orpheus-project.cz

Luděk Žalud, VUT Brno

Kolejní 4

zalud@feec.vutbr.cz

Kamera na tyči

• kamera má dva stupně

volnosti a regulovatelné

přisvícení

• variabilní použití – různá

délka tyče (až 8 metrů),

zavěšení na kabelu

• zobrazení na operátorské

stanici s možností nahrávání

nebo na integrovaném displeji