好文分享-兩輪差速運動學應用

 

兩輪差速運動學應用

1. 移動載具_賽格威(Segway)

國外發明家Dean Kamen所發明的雙輪電動車-賽格威(Segway)[1],是一種以兩輪差速發展出來的代步交通工具,賽格威利用陀螺儀原理設計,(該載具共使用2個感應器和5個陀螺儀,以每秒100次監控微調定位),當人站在車子上面時,車子具有自我平衡功能,只要人往前傾,車子就會往前進;相反的,人往後面仰,車子就會後退,在車輛持續前進(或者後退,這就是只有賽格威辦得到的動作)的狀態中將自己的身體重心往左右傾斜,利用自身重量所產生、與車身縱軸垂直的分量,作為轉彎時的向心力而達到轉向的目的。另外也可以經由扭轉手把來控制方向,使車輛左右兩個車輪產生轉速差,例如當龍頭向左轉時,右輪的轉速會比左輪快,達到向左轉的效果,時速最高可達20公里,可以說是一個智慧型的代步交通工具,如圖8所示,在國外已研發多年,也開始被廣泛使用,例如:街頭巡邏之交通警察(美國亞特蘭大市)、公司大樓內外之交通工具或是老年人及殘障人的代步車…等。

圖8 Segway示意圖[2]

2. 清潔機器人_i Robot

在繁忙的生活中,打掃工作造成了額外的負擔,清潔機器人這種商業型機器人因此被開發出來,如圖9,其結合人工智慧、自動運轉偵測來清掃房子,並鑽到沙發及床舖底下清潔,在任務完成或電力不足時能自動返回基地台充電,讓清掃房子變得更輕鬆方便,透過底盤的兩輪差速的作用,使機器人能達到直走、轉彎、原地旋轉的效果,透過避障的功能將整間屋子打掃乾淨。
 

圖9 i Robot清潔機器人[3]

清潔機器人會依照所選擇模式而改變兩輪差速的控制,常見的模式有循壁式、牛耕式、螺旋式、任意式,如圖10所示。循壁式是以右輪速度約略大於左輪,使機身往牆壁前進,而後當前置感測元件撞擊牆面後,使機身原地往右旋轉些許角度,再繼續前進;牛耕式是以左右輪等速直線前進,當機身撞擊第一面牆面時,稍微後退後再向右旋轉90度,前進一些距離再向右90度後繼續等速前進,第二次撞擊牆面將原先右轉的部份改為左轉,使得大範圍空地皆可行走覆蓋;螺旋式是以定速螺旋行走,並逐漸向外擴張,順時針行走時,左輪速度大於右輪,差速的多寡會影響所行走覆蓋程度;任意式是以等速行走,任意的部份是在於當機身撞擊牆面所旋轉的角度的不同所致。
 

圖10 清潔模式:A.循壁式;B.牛耕式;C.螺旋式;D.任意式

3. 導覽機器人_Upitor

導覽機器人「Upitor」(優彼得)由財團法人精密機械研發中心(PMC)所研發,是一台結合台灣機械、電子、通訊、控制等技術,及文化創意而誕生的多功能導覽機器人,如圖11所示。將移動平台作為機器人的移動載具,乘載機器人整體的重量,採用兩輪差速方式控制,裝有兩個主動輪以及一個輔助輪,兩個主動輪各別由一顆伺服馬達驅動,由DSP板執行速度控制;伺服馬達除本身減速機外,透過皮帶輪組帶動主動輪,並使馬達得以交錯安置。透過主控端給予DSP速度指令,使Upitor可以隨需求移動至目標位置,並提供完整導覽服務,與遊客進行高度互動,具有完全自主性的導航能力。
 

圖11導覽機器人「Upitor」[4]

4. 表演機器人_香草寶貝

「香草寶貝」是為2010臺北國際花卉博覽會量身打造服務娛樂型機器人[5],如圖12所示,主要的任務就是配合2010年11月6日至2011年4月25日的花博展期內,每天在美術園區的舞蝶館表演舞台劇。為了達到跳舞與表演時移動的效果,其底盤也運用了兩輪差速的技術,直線速度與旋轉速度為可調之參數,配合指令可使機器人直走與旋轉,由主控端下指令給移動平台控制DSP,使順利達到需要的位置與姿勢。
  

圖12 香草寶貝

資料來源:機器人世界情報網

資料出處:精密機械研究發展中心 陳雯琇

網路全文: http://www.robotworld.org.tw/index.htm?pid=10&News_ID=5618

About CAVEDU 阿吉 - 雜工 (2521 Articles)
CAVEDU 教育團隊 打雜
Contact: Website

Leave a comment

Your email address will not be published.


*