¿Qué es un robot esférico? 9 respuestas que debes saber

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Robot esférico | Robot rodante esférico

Definición de robot esférico

Un esférico Robot o Robot rodante esférico, también llamado robot móvil esférico, es un robot con forma de bola que es móvil con una forma exterior esférica. Un robot esférico incluye una carcasa de forma esférica que sirve como cuerpo del robot y una unidad de conducción interna generalmente conocida como IDU del robot que le permite conducir. Rodar sobre superficies es la forma en que vuelan la mayoría de los robots móviles esféricos.

El movimiento de balanceo generalmente se logra moviendo el centro de masa del robot (es decir, un sistema impulsado por péndulo), pero también son posibles otros mecanismos de conducción. Aunque, en un contexto más amplio, un sistema de coordenadas esféricas en un robot estacionario, contiene uniones de tipo 2-rotativo y 1-prismático (ejemplo: Brazo Stanford).

La carcasa esférica generalmente está construida de plástico translúcido sólido, material opaco o flexible para mecanismos de accionamiento únicos y otras aplicaciones especiales, esta carcasa esférica sellará el robot del entorno externo. Hay robots esféricos reconfigurables que pueden convertir la superficie esférica en varias configuraciones y realizar otras tareas además de rodar.

Los robots esféricos pueden ser autónomos o controlados de forma remota (teleoperados), debido a la movilidad del cuerpo esférico y la estructura cerrada, casi todos los robots esféricos utilizan telecomunicaciones inalámbricas entre la unidad de accionamiento interna y la unidad de control externa (sistema de navegación). La mayor parte de la energía de estos robots proviene de una batería dentro del robot, pero varios robots esféricos usan células solares. Los robots móviles esféricos se clasifican según su aplicación o mecanismo de accionamiento.

Diseño de robot esférico

Los objetos en forma de bola tienen una maniobrabilidad increíble, por lo que vale la pena explorar el avance del robot esférico. diseños. Otro beneficio significativo de dicha robótica es su capacidad para soportar entornos ambientales hostiles.

La idea básica del sistema de accionamiento del robot y el principio de arquitectura se muestra a continuación. Una cúpula alberga los componentes interiores del robot en su interior (1). La base (2) sirve como base para todos los componentes mecánicos del edificio. Dos motores de CC proporcionan un mecanismo de accionamiento con ruedas (6) montadas en los lados de la plataforma y en contacto con la esfera.

El rodillo (3) tiene dos grados de libertad y puede moverse libremente alrededor de la superficie interior de la esfera y el rodillo y la base están conectados por un eje (4), que mantiene todos los componentes en su lugar. El resorte (5) en el centro del eje asegura que el rodillo y las ruedas del robot nunca entren en contacto con la superficie interna de la esfera.

El centro de operaciones, los mecanismos de control, los motores y las baterías están todos alojados en el chasis. Esto se centra en la masa del robot, junto con el centro de masa de la construcción. La orientación de los elementos interiores con respecto a la esfera se puede cambiar usando la configuración actual. Casi al mismo tiempo, la dirección del centro de masa cambia, lo que hace que el esferoide se desplace.

La interacción entre los módulos individuales se muestra en el siguiente diagrama:

Configuraciones de robots esféricos

Configuración del carro interno

Un carro de cuatro o tres ruedas está montado dentro de una esfera en una configuración de bola de hámster. Los cambios en la velocidad de la orientación de las ruedas también se pueden utilizar para conducir. Esta solución es relativamente fácil aunque comprende una esfera de forma uniforme; Además, las ruedas pueden perder el contacto con la superficie interna de la esfera debido a la interrupción del movimiento.

Configuración con carro, eje y rodillo internos

Las ruedas del carro permanecen en contacto con la superficie interior de la esfera gracias a una combinación de eje, resorte y rodillo y por el posbalanceo de la estructura, lo que permite limitar el número de volteretas a dos. Omnibola, un robot conocido, tiene una configuración invertida con las unidades en la parte superior del esferoide.

Configuración de péndulo con eje

Una disposición de péndulo necesita un eje para unir la esfera a la estructura interna. El eje proporciona una base sólida para el péndulo, que puede cambiar el centro de masa y producir tanto la rotación como la inclinación de la esfera. Este enfoque restringe la estabilidad del robot y el eje interno restringe las capacidades de rotación de la esfera.

Configuración de diseño basada en volante

Durante un período limitado, se utiliza una rueda de impulso o reacción para inclinar el péndulo interno o aumentar el par de la esfera. Los sistemas Control Momentum Gyroscope (CMG) se utilizan para rotar grandes satélites o estaciones espaciales en diseños más complejos.

Configuración de diseño de cambio de masa múltiple

Se utiliza una serie de actuadores para impulsar múltiples diseños de cambio de masa. La configuración que se muestra aquí se utiliza para la posición precisa del centro de masa dentro de la esfera, pero la generación de movimiento es compleja e ineficaz debido a que varios actuadores están operando continuamente.

Configuración de robot con energía eólica

Las construcciones respetuosas con el medio ambiente se limitan explícitamente solo a usos particulares. Esta maquinaria que puede redirigir la fuerza externa y utilizarla para aplicaciones de control robótico. El viento mantendrá el concepto de investigación del robot de exploración de Marte que se ve a continuación, pero la dirección de viaje no puede oponerse al movimiento del viento.

Configuración del robot submarino

Otro ejemplo de una construcción que necesita un entorno único para la función es un robot submarino. Se creó un robot esférico que navega dentro de las tuberías de los sistemas de refrigeración de reactores nucleares utilizando válvulas y bombas internas para detectar fugas de materiales tóxicos y corrosión.

Configuración de diseño de cuerpo deformable

El alambre de aleación con memoria de forma (SMA) es un material ligero que, cuando se calienta, vuelve a su forma original. Un robot esférico hecho de este material tiene mucha estabilidad, pero su orientación es impredeciblemente errática y difícil de manejar.

MorpHex: una combinación de robot esférico y hexápodo

MorpHex es un robot con forma de bola con varias patas a lo largo de su cuerpo que se puede ensamblar en una bola. Las piernas del robot también pueden conducir y girar a pesar de su forma circular. El movimiento está restringido en el modo en forma de bola debido a la compleja estructura de la solución y la posición inusual de las piernas del robot. Además, dicha estructura es vulnerable a condiciones climáticas adversas.

En comparación con todas las alternativas mencionadas anteriormente, la arquitectura construida sobre un carro interno con eje y rodillo tiene la mayor estabilidad en términos de sofisticación de generación de movimiento.

Control de robot rodante esférico

Considere un péndulo tridimensional suspendido en el medio de una esfera para un robot de mano esférico. Hay tres métodos de control estándar para dicho dispositivo:

  1. Control por tensión de alimentación al motor.
  2. Control por la velocidad de rotación del motor.
  3. Control por el par del motor.

No se requiere ningún dispositivo de soporte para el control de la tensión de alimentación. Sin ningún procesamiento, el voltaje del motor es el suministro de nivel más bajo. Por otro lado, los otros dos métodos requieren el uso de estructuras de apoyo específicas. Incluso si no se miden los parámetros de rotación, la rotación de la esfera puede ser constante. Como resultado, basta con concentrarse en regular el péndulo o el motor de la esfera.

Sobre de trabajo de robot esférico

Los robots polares tienen una articulación lineal combinada y dos articulaciones giratorias y una articulación giratoria, y un brazo unido a una base robótica. Los ejes construyen un entorno de trabajo esférico y un sistema de coordenadas polares y también se conocen como robots esféricos. La envolvente de trabajo de esta configuración barre un volumen entre dos esferas incompletas. La arquitectura limita físicamente la rotación angular de los planos vertical y horizontal. Estas restricciones crean las áreas muertas cónicas por encima y por debajo de la estructura del robot.

Ejemplo de robot esférico | Robot esférico móvil

Esperan integrar en él un GPS para seguir rutas específicas para patrullar e incorporar sensores de radar para ayudar a moverse sobre obstáculos y requieren usar GPS en él, para que pueda patrullar por caminos predeterminados, así como sensores de radar para ayudarlo. evitar los obstáculos.

¿Para qué se utiliza un robot esférico? | Aplicaciones de robots esféricos

Este tipo de robots se utilizan con fines de observación, aplicación de control, exploración acuática y planetaria, rehabilitación, educación infantil y fines de entretenimiento, etc. Las aplicaciones de los robots esféricos se pueden ver en robots anfibios para operar tanto en tierra como en agua.

El público en general comprará robots esféricos comerciales. GroundBot, Roball y QueBall son algunos de los últimos juguetes comerciales y el BB-8 de Sphero, que se basa en el personaje robot del mismo nombre que aparece en la película de 2015 Star Wars: The Force Awakens y Samsung Ballie es un robot personal que parece como una pelota de tenis esférica rodante y se presenta en Samsung CES2020.

Según Sajid Sadi, vicepresidente del equipo de investigación de Samsung, la movilidad de Ballie le permite reaccionar ante un individuo sin importar dónde se encuentre. Los padres pueden pedirle a Ballie que consulte con sus hijos para ver si han terminado su tarea o para realizar un seguimiento de los programas de televisión y las películas que están viendo.

Algunas otras aplicaciones básicas de los robots esféricos también se enumeran a continuación:

  1. Manipulación de máquinas herramienta
  2. Spot soldadura
  3. Operaciones de montaje
  4. Máquinas de pescar
  5. Fundición a presión
  6. Soldadura de gas
  7. Pintura
  8. Soldadura por arco

Ventajas y desventajas del robot esférico

Ventajas

esférico Se cree que los robots tienen varias ventajas, incluida la locomoción de baja fricción, espacios restringidos, vuelo omnidireccional sin volcar, etc. Debido a estos beneficios, los robots esféricos son más viables que los robots móviles convencionales. Los beneficios de un robot esférico son muchos y su arquitectura es sencilla.

Los sensores e instrumentos incluidos dentro de la esfera están bien protegidos. Rotundus es muy liviano, pesa solo alrededor de 25 kilogramos, pero la ventaja de peso se agrava cuando se cubre el rotundus. Como resultado, tiene una densidad baja y puede flotar. Como resultado, se puede usar en la carretera, fuera de la carretera e incluso en el agua.

Sellar el bot tiene beneficios adicionales más allá de permitirle tener una densidad baja para que pueda flotar; también significa que no ingresa arena que cause problemas con los motores y otros componentes. Las chispas eléctricas (si las hay) en el interior a menudo se sellan, lo que lo convierte en un robot valioso en situaciones de fuga de gas. La naturaleza del robot también lo convierte en un operador muy silencioso.

Desventajas

El robot esférico tiene un perfil más bajo que otros robots comerciales, uno de los principales inconvenientes. El entorno de trabajo del robot también está limitado debido a la falta de un actuador lineal en el eje Z.

¿Cómo construir un robot esférico?

El proceso de construcción de una esférica típica configuración de robots se enumera a continuación.

  1. Arme el sistema de transmisión.
  2. Prepare los motores y conexiones, prestando mucha atención al sonido y los aspectos negativos. Si bien puede soldar cables directamente al motor y al ESC, los conectores lo hacen mucho más simple a largo plazo.
  3. Instale el engranaje atornillando el adaptador de la rueda motriz en el engranaje y el cubo con el cubo del tornillo de ajuste del orificio (lado de la brida del engranaje hacia abajo).
  4. Verifique la orientación de las ruedas. Dado que las ruedas no son simétricas, se pueden colocar de dos formas diferentes. En un pie, hay crestas y un cono menos profundo. Las estrías de los radios se pueden girar hacia afuera.
  5. Coloque el engranaje fijo en la rueda, luego la otra mitad del adaptador de rueda y luego atorníllelo firmemente.
  6. Monte el motor planetario en el motor. Asegúrese de que el soporte esté en ángulo de modo que cuando los tornillos se tuerzan, caigan en el soporte.
  7. El eje de transmisión está adjunto. Asegúrese de que el acoplamiento se introduzca lo más posible en el motor y que el eje se empuje hacia adentro tanto como sea posible (esto dará como resultado la longitud correcta más adelante). Asegúrese de que los acoplamientos estén apretados de modo que los tornillos hexagonales queden asentados en el lado liso del eje.
  8. Instale el motor.
  9. Con la brida en el exterior del canal, coloque el cojinete en el orificio superior del conjunto del motor y este cojinete se intercalará entre el medio y la junta que lo mantiene en su lugar. Los tornillos aseguran consistentemente cada componente hasta que la unión está al ras con el canal.
  10. Instale los cojinetes en las juntas. A cada eje, agregue un espaciador. Instale el piñón. Asegúrese de que todo esté apretado juntos en el eje, pero no tan apretado que se cree fricción.
  11. Ensamble el conjunto de la rueda y colóquelo en el eje superior. Asegúrese de que los tornillos fijos estén atornillados en los lados lisos de los ejes.
  12. Conéctese al cuerpo principal. Conecte los ESC y configure la distribución de energía. El receptor, el mezclador, el condensador y el balasto deben estar todos montados.
  13. Corta un círculo para la parte superior de la esfera y pega las pestañas en él.

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