Průzkumná robotika
Luděk Žalud Ústav automatizace a měřicí techniky FEKT VUT v Brně
Osnova
1. Rozdělení, hlavní výzvy 2. Příklady servisních robotů 3. Servisní robotika na ÚAMT VUT
Rozdělení robotů
STACIONÁRNÍ
MOBILNÍ
• nemohou se přemísťovat • nejčastěji průmyslový manipulátor • představují naprostou většinu v současnosti používaných robotů v průmyslu
• mají lokomoční subsystém • průmyslu se vyskytují v mizivém procentu a v jednoduchých aplikacích • představují příslib pro budoucnost
Mobilní roboty DÁLKOVĚ OVLÁDANÉ
Dálkově ovládané či řízené stroje jsou zpravidla roboty bez inteligence, které pracují čistě podle povelů operátora.
AUTONOMNÍ
•
Zařízení, které na základě instrukcí samostatně vykoná nějakou úlohu. Předpokládá se, že robot k plnění zadaného úkolu používá prvků tzv. umělé inteligence.
Kde mohou operovat?
NA SOUŠI
TERRESTRIAL
VE VODĚ AQUATIC
VE VESMÍRU SPACE
VE VZDUCHU AIRBORNE
POD ZEMÍ
SUBTERRAIN
Oblasti nasazení - ukázky Průzkum člověku nebezpečných nebo nepřístupných prostor
PowerPoint has new layouts that give you SPECIÁLNÍ more ways to APLIKACE present your words, images and media.
Vojenské roboty
Robotické odminování
Průzkum vesmíru
Hlavní problémy k řešení
OBECNÉ
SPECIÁLNÍ
• • • • •
mobilita komunikace sebelokalizace a mapování snímání/vnímání okolí napájení
• odolnost vůči kontaminaci a dekontaminaci • testování – vlivy prostředí, EMC, vibrace, nízký tlak, … • odolnost vůči ohni, prachu, vodě, ….
Mobilita Není možné vytvořit robot vhodný pro všechny mise – je nutná specializace!!! 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, …
Komunikace S KABELEM
BEZDRÁTOVÁ
• spolehlivá + stabilní datový tok • limituje mobilitu robotu • bezpečná, velmi těžko napadnutelná
• obecně nižší spolehlivost • nepředvídatelná v urbanistických oblastech a nerovném terénu • potřebuje více energie • může být rušeno • může být odposloucháváno • může být „hacknuto“
Příklady průzkumných robotů
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: Výzbroj: • 2 × AGM-114 – rychlost: 217 km/h Hellfire (MQ-1B) – dosah: 3700km • 4 × AIM-92 Stinger – doba mise: 24 hod (MQ-1B) – cena: 3,2 mil. USD/kus • 6 × Griffin air-to– dodáno 120ks 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
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
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
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
Darpa Robotics Challenge • •
2012-2015, soutěž o 2 mil. USD vypsaná americkou DARPA Úkoly: – řídit automobil, – přejít přes sutiny, – odstranit sutiny blokující vchod, – otevřít dveře a vstoupit do místnosti, – vylézt po žebříku a přejít po chodníčku, – pomocí nástroje překonat betonovou desku, – uzavřít ventil, – připojit a spustit požární hadici.
Petman • • • •
The Protection Ensemble Test Mannequin Boston Dynamics, financováno DARPA původně pro testování chemických ochranných obleků simulace lidské fyziologie – teplota, …
Darpa Robotics Challenge Team
Pts
Track
SCHAFT
27
D (A†)
IHMC Robotics
20
B
Tartan Rescue
18
A
MIT
16
B
RoboSimian
14
A
Team TRACLabs
11
B
WRECS
11
C
TROOPER
9
B
THOR
8
B
ViGIR
8
B
KAIST
8
D
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 Operátor by se měl cítit být na místě robotu
D
D
AR
AT
PC
• zvyšuje koncentraci • zjednodušuje ovládání • lépe viditelné na slunci
μC
ORPHEUS, -X1, -X2
tělo robotu
430x540x112mm
rozměry
550x830x410mm
kola
ø410mm
OZUBENÉ PÁSY
MOT1
materiál
al slitina
hmotnost
35kg
MOT2
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 thermoimage 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 SPECIAL TESTS
COS 599902:2002 – CS114, CS115, CS116, RS103
ORPHEUS-AC - electronics scheme AC MOTOR AC MOTOR
MOTOR MOTOR MOTOR
LCD SENSOR
BETA SENSOR
GAMA SENSOR
WIRELESS 3DOF accelerometer
microphone
FREESCALE COLDFIRE
AXIS LINUX GRABBER
MAIN CAMERA
REAR CAMERA
RABBIT
ETHERNET SWITCH
ETHERNET RS-485 ANALOGUE
Operator’s Station – electronics scheme VIDEO WIRELESS Nexcom EBC-300 CONTROL
Y
FREESCALE COLDFIRE
ETHERNET SWITCH
X
ETHERNET ANALOGUE LVDS
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
www.orpheus-project.cz DĚKUJI ZA POZOR Luděk Žalud, VUT Brno Kolejní 4
[email protected]
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
