Roboterfortbewegung (eBook)

Erforschung von Mobilität und Bewegungsmechanismen in autonomen Systemen

Fouad Sabry (Autor)

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2024 | 1. Auflage
284 Seiten
Eine Milliarde Sachkundig [German] (Verlag)
978-0-00-069200-9 (ISBN)

Infos

'Robot Locomotion' bietet eine umfassende Erkundung der faszinierenden Welt der Roboterbewegung und ihrer Parallelen zur natürlichen Welt. Dieses Buch ist eine unverzichtbare Lektüre für Fachleute, Studenten und Enthusiasten der Robotik und des Ingenieurwesens. Es unterteilt komplexe Fortbewegungskonzepte in leicht verständliche Abschnitte und bietet sowohl theoretische Einblicke als auch praktische Anwendungen. Egal, ob Sie Student, Absolvent oder Hobbyist sind, dieses Werk ist eine wertvolle Ressource, um Ihr Verständnis von Robotermobilitätssystemen zu vertiefen

Roboterfortbewegung-Einführung in die grundlegenden Prinzipien der Roboterbewegung, von der grundlegenden Mechanik bis hin zu fortgeschrittenen Systemen

Bipedie-Erforscht die Herausforderungen und Technologien, die es zweibeinigen Robotern ermöglichen, das menschliche Gehen nachzuahmen

Gehen-Detaillierte Untersuchung von Gehmechanismen, einschließlich verschiedener Gehstile und ihrer Umsetzung in der Robotik

Springen-Untersucht, wie Roboter die Dynamik des Springens nachahmen können, mit Schwerpunkt auf Energieeffizienz und Agilität

Gangart-Untersucht die Rolle von Gangmustern im Roboterdesign, einschließlich der Auswirkungen unterschiedlicher Gangarten auf die Robotereffizienz

Gleithörnchen-Bioinspirierter Ansatz, der sich auf die Sprung- und Gleitfähigkeiten des Gleithörnchens konzentriert, anwendbar auf die Robotik

Geradlinige Fortbewegung-Konzentriert sich auf das Studium und die Verwendung geradliniger Bewegung, insbesondere bei Robotern mit Rädern und Ketten

Fortbewegung von Tieren-Ein Vergleich zwischen Tierbewegung und Roboterdesign, der naturinspirierte Techniken zur Effizienzsteigerung untersucht

Fortbewegung von Fischen-Konzentriert sich darauf, wie Wasserroboter die einzigartigen Antriebstechniken von Fischen nachahmen, perfekt für die Unterwassererkundung

Fliegende und gleitende Tiere-Bespricht die aerodynamischen Prinzipien hinter dem Fliegen und Gleiten von Tieren, relevant für Luftroboter

Fortbewegung auf dem Land-Behandelt die Mechanik der Fortbewegung auf dem Land, wobei das Gleichgewicht zwischen Stabilität und Geschwindigkeit bei terrestrischen Robotern betont wird

Fakultativer Bipedalismus-Untersucht die Fähigkeit von Tieren, zwischen Vierbeinigkeit und Zweibeinigkeit zu wechseln, mit Implikationen für vielseitige Roboter

Roboter mit Beinen-Detaillierte Betrachtung von Robotern mit Beinen, wobei die Mechanik, Algorithmen und Designentscheidungen behandelt werden, die Mobilität ermöglichen

Ursprung des Vogelflugs-Befasst sich mit der Evolutionsgeschichte des Vogelflugs und seinem Einfluss auf die Entwicklung fliegender Roboter

Veränderungen des menschlichen Skeletts aufgrund des Bipedalismus-Bespricht, wie die menschliche Evolution das Roboterdesign beeinflusst hat, insbesondere die zweibeinige Fortbewegung

Beine-Detaillierte Analyse des Beindesigns bei Robotern, mit Schwerpunkt auf Struktur- und Bewegungsoptimierung für reale Anwendungen

Vergleichende Fußmorphologie-Erforscht, wie verschiedene Fußstrukturen von Tieren zur Fortbewegung beitragen und so das Design von Roboterfüßen beeinflussen

Rolle der Haut bei der Fortbewegung-Untersucht die Funktion der Haut bei der Bewegung von Menschen und Tieren und beeinflusst so die Softrobotik und das Materialdesign

Bioinspirierte Robotik-Untersucht das wachsende Feld der bioinspirierten Robotik, in dem Bewegungsmuster von Tieren zur Gestaltung von Robotern verwendet werden

Armschwung bei der menschlichen Fortbewegung-Untersucht die Dynamik des Armschwungs und seine Auswirkungen auf die Gehleistung von Menschen und Robotern

Laufendes Fahrzeug-Konzentriert sich auf Fahrzeuge, die zum Laufen konzipiert sind und kombiniert Prinzipien der Robotik und des Ingenieurwesens für eine vielseitige Geländenavigation

Textauszug

Kapitel 1 : Fortbewegung von Robotern

Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, wie sich Roboter von einem Ort zum anderen bewegen können, und der Begriff "Roboterfortbewegung" bezieht sich auf all diese verschiedenen Bewegungsstrategien.

In den meisten Fällen sind Roboter auf Rädern sehr einfach zu handhaben und haben einen geringen Energieverbrauch. Aus einer Vielzahl von Gründen können jedoch auch andere Arten der Fortbewegung besser geeignet sein. Zum Beispiel könnten beim Überqueren von schwierigem Gelände sowie bei der Bewegung und Auseinandersetzung mit menschlichen Situationen diese anderen Arten der Fortbewegung besser geeignet sein. Darüber hinaus kann die Erforschung von insektenähnlichen Robotern und zweibeinigen Robotern wertvolle Implikationen für den Bereich der Biomechanik haben.

Eines der Hauptziele in diesem Bereich ist es, Fähigkeiten zu schaffen, die es Robotern ermöglichen, Entscheidungen darüber zu treffen, wie, wann und wo sie sich selbstständig bewegen. Auf der anderen Seite ist es eine Herausforderung, eine große Anzahl von Robotergelenken für noch einfachere Aufgaben, wie z. B. das Treppensteigen, zu koordinieren. Eine der größten technologischen Herausforderungen, mit denen mehrere Teilbereiche der Robotik, wie z. B. Humanoide (wie Hondas Asimo), konfrontiert sind, ist die Entwicklung der autonomen Robotermobilität.

Laufroboter sind eine Alternative zur Mobilität auf Rädern, da sie den Gang von Menschen oder Tieren nachahmen. Die Bewegung eines Roboters mit Beinen ermöglicht es nicht nur, unebene Oberflächen, Stufen und andere Bereiche zu navigieren, die für einen Roboter auf Rädern schwer zu erreichen wären, sondern schadet auch dem umgebenden Gelände weniger als Roboter auf Rädern, die es erodieren würden.

Die Hauptinspiration für Hexapoden-Roboter stammt von der Fortbewegung von Insekten, insbesondere der Kakerlake und der Stabheuschrecke. Diese Insekten haben eine neurologische und sensorische Leistung, die einfacher ist als die anderer Tiere. Roboter können Güter effektiver transportieren, wenn sie mehrere Beine haben, da so eine Vielzahl von Gangarten ausgeführt werden können, selbst wenn eines der Beine verletzt ist.

Zu den vielen Beispielen für fortschrittliche Laufroboter gehören ASIMO, BigDog, HUBO 2, RunBot und der Toyota Partner Robot.

Roboter auf Rädern sind dank ihrer Mobilität am effizientesten, wenn es um die Energieeffizienz auf harten, ebenen Flächen geht. Ein ideales, unverformbares Rollrad, das nicht durchrutscht, verschwendet keine Energie, was der Grund für diesen Umstand ist. Beim Fersenauftritt treffen Roboter mit Beinen auf den Boden, wodurch sie Energie verlieren. Dies steht im Gegensatz zur Situation mit Robotern mit Beinen.

Um die Dinge zu vereinfachen, sind die meisten mobilen Roboter mit vier Rädern oder einer Reihe von Schienen ausgestattet, die kontinuierlich sind. Mehrere Forscher haben versucht, komplexere Roboter auf Rädern zu entwickeln, die nur ein oder zwei Räder mit ihren Rädern haben. Diese können eine Reihe von Vorteilen mit sich bringen, darunter eine höhere Effizienz und eine Reduzierung der Anzahl der Teile des Roboters sowie die Fähigkeit, sich auf engstem Raum zu bewegen, was ein vierrädriger Roboter nicht leisten könnte.

Zum Beispiel:

An Boe-Bot, Sie, Cosmobot

"Elmer,"

Du, Elsie

Du, Enon

EIN HELD?

IRobot Create, Inc.

Der Roomba von iRobot, Das Biest von Johns Hopkins, Walk on the Land, Roboter mit Modul, Du, Musa

Der Omnibot, An PaPeRo, Du, Phobot

Roboter mit einem Taschendelta, der sprechende Mülleimer sollte geschoben werden.

R.B.X, Das ist Rovio.

Für Seropi ist es der Roboter Shakey.

Sie, Sony Rolly

Zu Spykee, "TiLR",

"Topo,"

Sowohl TR Araña als auch

Oh, Wakamaru!

In den 1980er Jahren forschte Marc Raibert am MIT Leg Laboratory und konstruierte eine Reihe von Robotern, die in der Lage waren, sehr dynamisches Gehen effektiv darzustellen. Bis zu diesem Zeitpunkt war ein Roboter, der nur ein Bein und einen sehr kleinen Fuß hatte, in der Lage, seine aufrechte Position durch bloßes Hüpfen zu halten. Im Vergleich zur Bewegung einer Person auf einem Pogo-Stick ist diese Bewegung identisch. Wenn der Roboter zur Seite fiel, machte er einen kleinen Sprung in diese Richtung, um seine Position zu korrigieren und sich selbst zu fangen. Fast sofort wurde der Algorithmus auf zwei und vier Beine ausgeweitet. Zu Demonstrationszwecken wurde ein zweibeiniger Roboter gezeigt, der läuft und sogar Purzelbäume schlägt. Zusätzlich wurde ein Vierbeiner gezeigt, der in der Lage war zu traben, zu laufen, auf und ab zu gehen und zu springen.

Zum Beispiel:

Die koordinierte, sequentielle mechanische Aktivität, die das Aussehen einer wandernden Welle hat, wird als metachroner Rhythmus oder Welle bezeichnet. In der Natur nutzen Ciliaten diese Art der Wirkung für den Transport, und Würmer und Gliederfüßer nutzen sie zur Fortbewegung.

Es gibt eine Reihe von Schlangenrobotern, die erfolgreich gebaut wurden. Die Fähigkeit dieser Roboter, extrem begrenzte Gebiete zu durchqueren, was der Bewegung echter Schlangen nachempfunden ist, bedeutet, dass sie eines Tages zur Suche nach Personen eingesetzt werden könnten, die in eingestürzten Gebäuden eingeschlossen sind. Mit seiner Fähigkeit, sowohl an Land als auch im Wasser zu fahren, ist der japanische Schlangenroboter ACM-R5 wirklich bemerkenswert.

Zum Beispiel:

Roboter mit einem Schlangenenende, sowohl Roboboa als auch

Der Schlangenbot.

Durch den Einsatz von Brachiation sind Roboter in der Lage, sich durch Schwingen zu bewegen, was lediglich den Einsatz von Energie erfordert, um Oberflächen zu greifen und freizugeben. Man könnte diese Bewegung mit der eines Affen vergleichen, der sich von einem Baum zum anderen schwingt. Es ist möglich, Parallelen zwischen den beiden Arten der Brachiation und den Bewegungen des zweibeinigen Gehens (Dauerkontakt) oder des Laufens (Querschläger) zu ziehen. Wenn immer eine Hand oder ein Greifmechanismus mit der zu überquerenden Oberfläche verbunden ist, spricht man von einem Dauerkontakt. Beim Ricochetal hingegen handelt es sich um eine Phase des "Fluges" in der Luft von einer Oberfläche oder einem Glied zur nächsten.

Darüber hinaus können Roboter so gestaltet werden, dass sie in einer Vielzahl unterschiedlicher Fortbewegungsarten navigieren. Ein gutes Beispiel dafür ist der rekonfigurierbare zweibeinige Schlangenroboter, der sowohl wie eine Schlange gleiten als auch wie ein zweibeiniger Roboter laufen kann.

Die Wissenschaftler haben sich auf die Suche nach Antworten in der Natur gemacht, um ihr Ziel zu erreichen, Roboter zu entwickeln, die zu dynamischen Fortbewegungsfähigkeiten fähig sind. Es gibt eine Reihe von Robotern, die entwickelt wurden, die in der Lage sind, grundlegende Bewegungen in einem einzigen Modus auszuführen. Es wurde jedoch festgestellt, dass diesen Robotern verschiedene Funktionen fehlen, was ihre Zwecke und Anwendungen einschränkt. Eine Reihe von Bereichen, darunter Such- und Rettungseinsätze, Schlachtfelder und Landschaftserkundung, erfordern den Einsatz von Robotern mit einem hohen Maß an Intelligenz. Solche Roboter müssen daher kompakt, leicht und schnell sein und in der Lage sein, in einer Vielzahl von Lokomotivmodi zu fahren. Es stellt sich heraus, dass eine Reihe verschiedener Tiere als Inspirationsquellen für den Bau einer Reihe verschiedener Roboter gedient haben. Zu diesen Arten von Tieren gehören:

Pteromyini, manchmal auch als fliegende Eichhörnchen bekannt

Durch die Nutzung ihrer vierbeinigen Gehfähigkeiten mit Beinen mit hohen Freiheitsgraden (DoF) zeigen Pteromyini, ein Stamm von Flughörnchen, ein bemerkenswertes Maß an Mobilität, wenn sie an Land sind. Flughörnchen sind in der Lage, in der Luft zu gleiten, indem sie Auftriebskräfte nutzen, die von der Membran erzeugt werden, die sich zwischen ihren Beinen befindet. Da sie über eine extrem flexible Membran verfügen, können sie ihre Beine ohne Einschränkungen bewegen. Wenn sie in der Luft sind, gleiten sie mit Hilfe ihrer hochelastischen Membran, und wenn sie auf dem Boden laufen, bewegen sie sich sehr leicht. Darüber hinaus sind Pteromyini in der Lage, eine multimodale Fortbewegung zu demonstrieren, da die Membran die Vorderbeine mit den Hinterbeinen verbindet. Diese Membran trägt auch zur Verbesserung ihrer Gleitfähigkeit bei. Es hat sich gezeigt, dass flexible Membranen einen größeren Auftriebskoeffizienten haben als starre Platten, und sie verzögern auch den Anstellwinkel, bei dem ein Strömungsabriss auftritt. Dies wurde durch Laborexperimente nachgewiesen. Darüber hinaus hat das Flughörnchen dicke Bündel an den Rändern seiner Membran, seiner Flügelspitzen und seines Schwanzes, was dazu beiträgt, Schwankungen und den Verlust von Energie, die nicht notwendig ist, zu reduzieren.

Pteromyini sind in der Lage, ihre Gleitfähigkeit aufgrund der unterschiedlichen körperlichen Eigenschaften, die sie besitzen, zu verbessern.

Mit der flexiblen Muskelstruktur ist es möglich, mehrere Ziele zu erreichen. Zunächst einmal kann das Plagiopatagium, das der primäre Auftriebsgenerator für das Flughörnchen ist, gut arbeiten, da seine Muskeln dünn und flexibel sind. So kann er seine Pflicht erfolgreich erfüllen. Da es sich zusammenziehen und ausdehnen kann, ist das Plagiopatagium in der Lage, die auf der Membran vorhandene Spannung zu kontrollieren. Durch die Reduzierung des in der Membran auftretenden Flatterns kann die Spannungsregelung letztendlich zu Energieeinsparungen beitragen. Sobald das Eichhörnchen aufsetzt, zieht es seine Membran zusammen, um zu verhindern, dass...

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 29.12.2024
• Übersetzer: Daniel Hueber
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Technik ► Maschinenbau
• ISBN-10: 0-00-069200-X / 000069200X
• ISBN-13: 978-0-00-069200-9 / 9780000692009