Tästä tuli keskusteltua "yleistä tieteestä" palstalla otsikon "asimo" alla.
Mikä olisi paras tapa toteuttaa robottijalka? Tässä ei tarvinne ottaa kantaa siihen onko kävelevällä robotilla 2 vai 4 jalkaa. Kävelevän tai juoksevan robotin ohjelmistossa riittää älyllistä haastetta, mutta jätetään tietotekniikkapuoli nyt sivuun tästä keskustelusta.
Robottijalka asettaa voimantuotto ja voimansiirtotekniikalle siinä mielessä erityisen haasteen, että robotin ohjelmiston on voitava säädellä tehoja suurella tarkkuudella 10-100 kertaa sekunnissa, raajan kulmakiihtyvyydet ovat suuria ja yksittäisten aktuaattorien tehot vaihtelevat suuresti lyhyellä aikavälillä. Lisäksi robotilla olisi hyvä olla kengurun, hybridiauton ja metron tapaan keino varastoida jarrutusenergia myöhempää käyttöä varten. Kengurun jarrutusenergia varastoituu johonkin elastiseen hypyn alastulon yhteydessä ja vapautuu murto-osa sekuntia myöhemmin hypyn ponnistuksessa.
Asimossa lienee jonkinlaiset sähkösysteemit?
Jotain jota on (kuvannollisesti?) nimitetty sähköhydrauliikaksi vai jotain muuta? Tietääkseni joidenkin lentokoneiden siivekkeiden liikuttajina on sitä "sähköhydrauliikkaa".
Lihakset ovat periaatteessa lyheneviä naruja, jotka vetävät raajaa oikeaan suuntaan.
Jos narun vetämisessä tai kepin työntämisessä käytetään tavallisia pyöriviä sähkömoottoreita, niin ongelmana on muuttaa pyörivä liike lyhyeksi edestakaiseksi suoraksi liikkeeksi. Jos pyörivän liikkeen on tarkoitus vääntää raajaa suoraan, niin tarvitaan aikamoinen vääntö ja ehkä vaihdetta. Raajan vääntäminen pyörityksellä suoraan voi rajoittaa robotin ketteryyttä.
Jossain aivan muussa tekniikassa on käytetty ns. solenoidia, jossa ympäröivällä magneettikentällä liikutetaan rautaa suorassa reiässä.
Voi käyttää myös bensamoottorin mäntää josta puuttuu pyörimisliike. Sitten astunnan hienosäätö ja 10% voimasta jää sähkösysteemeille.
Bensamoottorin mäntä tai männästö voi olla myös robotin "kropassa", josta voima siirretään hydrauliikalla kuten kaivureissa. Tosin kaivureissakin ollaan siirtymässä kondensaattorien ja jonkinlaisten sähkömoottorien käyttöön.
Jostain olin kuulevinani, että epävakaan eurofighterin ohjauspintoja säädellään 200 kertaa sekunnissa. Sen luulisi riittävän juoksevallekin robotille.
Mikä olisi paras tapa toteuttaa robottijalka? Tässä ei tarvinne ottaa kantaa siihen onko kävelevällä robotilla 2 vai 4 jalkaa. Kävelevän tai juoksevan robotin ohjelmistossa riittää älyllistä haastetta, mutta jätetään tietotekniikkapuoli nyt sivuun tästä keskustelusta.
Robottijalka asettaa voimantuotto ja voimansiirtotekniikalle siinä mielessä erityisen haasteen, että robotin ohjelmiston on voitava säädellä tehoja suurella tarkkuudella 10-100 kertaa sekunnissa, raajan kulmakiihtyvyydet ovat suuria ja yksittäisten aktuaattorien tehot vaihtelevat suuresti lyhyellä aikavälillä. Lisäksi robotilla olisi hyvä olla kengurun, hybridiauton ja metron tapaan keino varastoida jarrutusenergia myöhempää käyttöä varten. Kengurun jarrutusenergia varastoituu johonkin elastiseen hypyn alastulon yhteydessä ja vapautuu murto-osa sekuntia myöhemmin hypyn ponnistuksessa.
Asimossa lienee jonkinlaiset sähkösysteemit?
Jotain jota on (kuvannollisesti?) nimitetty sähköhydrauliikaksi vai jotain muuta? Tietääkseni joidenkin lentokoneiden siivekkeiden liikuttajina on sitä "sähköhydrauliikkaa".
Lihakset ovat periaatteessa lyheneviä naruja, jotka vetävät raajaa oikeaan suuntaan.
Jos narun vetämisessä tai kepin työntämisessä käytetään tavallisia pyöriviä sähkömoottoreita, niin ongelmana on muuttaa pyörivä liike lyhyeksi edestakaiseksi suoraksi liikkeeksi. Jos pyörivän liikkeen on tarkoitus vääntää raajaa suoraan, niin tarvitaan aikamoinen vääntö ja ehkä vaihdetta. Raajan vääntäminen pyörityksellä suoraan voi rajoittaa robotin ketteryyttä.
Jossain aivan muussa tekniikassa on käytetty ns. solenoidia, jossa ympäröivällä magneettikentällä liikutetaan rautaa suorassa reiässä.
Voi käyttää myös bensamoottorin mäntää josta puuttuu pyörimisliike. Sitten astunnan hienosäätö ja 10% voimasta jää sähkösysteemeille.
Bensamoottorin mäntä tai männästö voi olla myös robotin "kropassa", josta voima siirretään hydrauliikalla kuten kaivureissa. Tosin kaivureissakin ollaan siirtymässä kondensaattorien ja jonkinlaisten sähkömoottorien käyttöön.
Jostain olin kuulevinani, että epävakaan eurofighterin ohjauspintoja säädellään 200 kertaa sekunnissa. Sen luulisi riittävän juoksevallekin robotille.
Vastaukset 6
Vanhimmat
Kemiallinen sellainen.
Perinteiset sähkömoottori- ja hydrauliikkakäytöt edestakaisin liikkuvissa robottiraajoissa ovat kömpelöitä. Tarvitaan keinolihakset:
http://web.mit.edu/newsoffice/2005/muscle.html
"New MIT research has suggested another way to make polymer actuate, shown here. The new method is to shine light of a specific frequency (hn), on the conducting polymer. The polymer in this image is a chain (neutral charge, green) that is naturally curved before exposure. The effect of light (hn frequency) is to create positive charges (red) in a localized area. The positive charges enhance the chemical bonding between the polymer’s units and straighten out the curved chain in that area."
MIT:n keinolihakset ovat siis valo-ohjattuja.
Keinolihakset ovat "solid state" laitteita eli niissä ei ole kuluvia osia. Niiden teho/paino suhde on ylivoimainen esim sähköisiin servokoneistoihin, samoin nopeus.
Raajojen ohjaukseen neuroverkko-ohjaus sopii oikein hyvin, mutta sumeaa logiikkaa tai muitakin algoritmeja voidaan käyttää. Tärkeää on mahdollisuus opettaa robotille liikeratoja ja itseoppivuus.
Keinolihaksissa on ongelmana supistumisen säätäminen. Sähkömoottorin säätö ja asennon tunnistus on huomattavasti helpompaa.
" Niiden teho/paino suhde on ylivoimainen esim sähköisiin servokoneistoihin, samoin nopeus.
"
Onko teho/paino ylivoimainen myös parhaisiin sähköautojen kestomagneettimoottoreihin nähden? Ne kestomagneetit ovat metallurgian riemuvoitto ja samalla tavalla ihmeainetta kuin tavallisten suihkumoottoreiden turbiinisiivekkeet. Jos keinolihas on tosiaan niin hyvä, niin sitten niitä on odotettavissa sähkölentokoneisiin ja sitten sähköautoihin. Edestakaisen liikkeen muuntaminen pyöriväksi on rutiinia jo höyrykoneiden ajalta. Entä hyötysuhde? Sähkömoottorin hyötysuhde on 80-90%. Kestomagneettisähkömoottori voi toimia samalla myös generaattorina jonka avulla sähköautoissa saadaan jarrutus- / alamäkienergiaa talteen. Roboteissa voi ehkä ottaa askelenergiaa talteen 1-5 sekunnin aikaskaalassa (ellei robotti kulje pomppukengillä jolloin aikaskaala on lyhyempi).
Mitä nopeuteen tulee, jossain laboratoriotarkoituksissa on käytetty sähkömagneettitykkiä koska sillä saavuttaa korkeampia nopeuksia kuin millään kaasun lämpölaajenemisella on mahdollista. Robottijalan "lihas"narun vetämiseen riittää paljon paljon pienempi nopeus.
Jos perinteisen malliset sähkömoottorit ovat
suoritusarvoiltaan parhaita(mistä en ole läheskään varma), niin silti keinolihakset lienevät parhaimmillaan hienosäädössä. Robotin nuorallakävelyyn tai pylväältä pylväälle hyppelyyn riittää, että suurtehomoottorit antavat suurimman osan tehosta samaan aikaan kun hienosäätömoottorit antavat tarkasti lasketun ja hallitun lisänsä jonka ansiosta narunvetäjän newtonit ja paikka pysyvät käyrällä prosentin-promillen tarkkuudella.
"Keinolihakset ovat "solid state" laitteita eli niissä ei ole kuluvia osia."
Jos ei kuluvia niin entä väsyviä? Yleensä jos jotain kiinteää taipuisaa taivuttelee tarpeeksi monta kertaa, niin (a) taivutuskohdan lämpötila nousee sormin tuntuvasti ja (b) se katkeaa jossain vaiheessa. Ihmislihakset uusiutuvat jatkuvasti, joten sitä on turha verrata. Vaikka keinolihas kestäisi esim. 1000 kertaa enemmän taivutuksia kuin rauta- tai alumiinilanka, niin onko se silti kestävämpi kuin perinteinen sähkömoottori? Kodintekniikan sähkömoottorit, laakerit ym. kestävät vuosia. En tiedä miten hyvin ne huippu-kestomagneettimoottorit kestää... Ainakin joissain magneeteissa tapahtuu jotain mystistä heikkenemistä.
Asimossa ilmeisesti akut ja sähkömoottorit, jotka toimivat ***ilman*** alennuisvaihteita! Ei kannata laittaa erilaisia muuntoja sähköstä hydrauliikkaan, koska se kaikki lisää painoa ja on tarpeetonta.
En vain muista kuka näin sanoi. "Laite ei ole silloin valmis, kun siihen ei ole mitään lisättävää. Laite on valmis, kun siitä ei voi enään ottaa mitään pois."
Näin on näppylät. Työkseni suunnittelen ja yhdyn sanonnan sanojaan. Yksinkertainen on kaunista, olen siis kaunis!