Можно ли буксовать на роботе: 6 правил, о которых мало кто знает :: Autonews

alexxlabОпубликовано

Содержание

как буксовать на АКПП, DSG, вариаторе

Как не убить коробку передач?

Во время пробуксовки ведущих колёс автомобиля возникают нагрузки, которые можно обозначить как нештатные. Любая коробка передач, даже механическая, испытывает дополнительные нагрузки, особенно при длительном буксовании. Это несомненно снижает ресурс агрегата, а в некоторых случаях приводит к выходу из строя и дорогому ремонту. 

Особенно нежные в этом отношении гидромеханические АКПП переднеприводных  машин бюджетного сегмента и, пока что, все роботизированные и вариаторные коробки передач.

В статье информация о том, как правильно эксплуатировать на бездорожье автомобили с такими коробками передач, как вариатор, автомат с гидротрансформатором, роботы – DSG и PowerShift. Информация в статье базируется на рекомендациях производителей, статистических данных автосервисов, отзывов автовладельцев.

По бездорожью на АКПП.

На самом деле было бы странно застрять в грязи или в снегу и вызывать эвакуатор. Ресурс автоматической трансмиссии рассчитан с учётом возможных нестандартных нагрузок. С другой стороны, если вы на Hyundai Solaris, Getz или KIA Rio буксуете регулярно или просто любите шлифовать асфальт, то АКПП очень скоро подаст признаки неисправности, потом скоропостижно сгорит. 

В коробке-автомат наибольшей нагрузке подвергаются фрикционы переключения передач и гидравлический трансформатор крутящего момента. 

Фрикционы наибольшую нагрузку получают от трения в моменты включения передач.

Гидротрансформатор передаёт крутящий момент от двигателя на трансмиссию, обеспечивает плавное трогание и снижает ударные нагрузки. Что, как раз, актуально, когда машина буксует и обороты мотора резко изменяются в широком диапазоне.

Как правильно буксовать на АКПП:

  1. Использовать ручной режим переключения передач. Таким образом блок управления автомобиля (ЭБУ) не будет сходить с ума и передачи не будут переключаться автоматически. 
  2. Если буксовать приходится долго, то делайте паузы для охлаждения АКПП. При движении с небольшой скоростью не достаточно потока воздуха для охлаждения радиатора и корпуса АКПП. Есть опасность перегрева коробки.
  3. Используйте понижающую передачу, если ваш автомобиль обладает такой функцией. Этот манёвр на пересеченной местности увеличит крутящий момент и нагрузка на гидротрансформатор и фрикционы уменьшится.
  4. Если часто приходится ездить по бездорожью, то иногда необходимо мыть корпус АКПП, чтобы слой грязи не мешал отводу тепла.
  5. Селектор переключать только после полной остановки автомобиля. То есть включать попеременно режимы R и D, чтобы выехать методом раскачки, для автомата весьма плохо.

Как работает АКПП, когда машина буксует.

Больше всего неприятностей в момент пробуксовки доставляют переключения передач. ЭБУ коробкой передач включает передачи исходя из скорости и нагрузки на мотор. 

Компьютер управляет трансмиссией автомобиля только на основе интуиции, опыта и желания водителя поскорее выбраться. Шутка. Все действия с переключением передач происходят на основании показаний датчиков. Это – датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ), датчик массового расхода воздуха (ДМРВ), датчик скорости, датчик положения педали газа. 

ЭБУ логично, но ошибочно полагает, что автомобиль разгоняется и повышает передачу, в тот момент, когда на самом деле он буксует.

Что именно убивает АКПП, когда автомобиль буксует? Если не вдаваться в технические подробности, то это перегрев. Жидкость стремительно нагревается в гидротрансформаторе, так как передача вращения от двигателя происходит через жидкость – своего рода сцепление. А теперь представьте какие обороты вы накручиваете, когда машина буксует! И представьте какие нагрузки испытывает гидротрансформатор! Дополнительной причиной перегрева АКПП выступает также работа пакетов фрикционов, которым приходится регулярно переключаться по команде ЭБУ. А фрикционы работают на принципах трения, а трение – это, как мы знаем ещё из школьной программы по физике, выделение тепла.

Перегретое масло акпп – ATF – теряет свои свойства, плохо выводит тепло, закоксовывает каналы гидроблока, фрикционы сгорают значительно быстрее.

Если часто приходится буксовать, то, помимо рекомендаций выше, нужно сократить интервалы замены жидкости АКПП.

Подводя итог вопросу буксовке на машине с АКПП – следуя рекомендациям и благодаря работе гидротрансформатора, который смягчает рывки со стороны мотора, буксовать на АКПП можно, но без фанатизма. В раскачку буксовать без ущерба для АКПП не получится.

Можно ли буксовать на DSG?

Роботизированная коробка передач в основе своей механическая коробка со сложной системой автоматического переключения передач. Именно эта система переключения и есть слабое место коробки-робота. В роботизированной коробке отсутствует гидротрансформатор, поэтому она является более нежной даже чем автоматическая коробка передач. В раскачку буксовать на DSG также не получится, а если попытаетесь, то вероятность поломки дорогого агрегата возрастает в разы. Именно вам может, конечно, и повезёт, но статистика говорит, что в большинстве случаев после продолжительных, а тем более после нещадных буксований DSG начинает пинаться. Эта коробка ещё довольно молодой механизм, и без того имеющий массу нареканий от автовладельцев, в исправном и не изношенном состоянии имеет свойство пинаться при переключении передач. 

Вывод – на роботизированной коробке передач DSG буксовать не рекомендуется.

Можно ли буксовать на вариаторе?

Все производители единогласно не рекомендуют пробуксовку колес, так как самой конструкцией вариатора этот режим эксплуатации не предусмотрен. Плюсом является наличие гидротрансформатора, и рывки двигателя смягчаются, как в случае с АКПП. Но в то же время присутствует несомненный минус стремительного нагрева жидкости и отсутствия достаточного охлаждения – читаем перегрева трансмиссионной жидкости. 

Вариаторная КПП разработана по принципу плавности перключения передач и снижения нагрузки на мотор. Передачи переключаются в зависимости от оборотов двигателя, и чем больше обороты, тем выше включается передача. Нагрузку на колёса автомобиль не чувствует и считает, что мы едем весело и быстро. 

Если всё же пришлось забуксовать, то рекомендации аналогичны варианту с АКПП.

Общий итог выглядит следующим образом – для дрифта, регулярной езды по бездорожью и вообще агрессивного стиля езды подходит только механическая коробка переключения передач. 

Поделиться ссылкой:

Похожее

Неисправности и проблемы роботизированной коробки передач

В настоящее время очень многие автопроизводители в погоне за удешевлением производства и топливной экономичностью оснащают свои автомобили роботизированными автоматическими коробками передач. С одной стороны, все хорошо: упрощение конструкции, все плюсы механической коробки передач, за исключением ее минусов, меньший расход топлива и динамика ощутимо выше по сравнению с классической гидротрансформаторной автоматической коробкой. Но палка имеет два конца, и за всеми плюсами, кроится, наверное, такое же количество недостатков, в виде ограничения по перевариваемой мощности, не желательном буксировании автомобилем прицепов, дороговизны ремонта электронной части коробки передач и ее меньшая живучесть, по сравнению с АКПП. На самом деле, все возможные проблемы с роботами не заканчиваются, теперь давайте попробуем детально разобрать все возможные неприятности, с которыми может столкнуться владелец автомобиля с таким типом трансмиссии.

Коробка «Робот». Об устройстве РКП читайте здесь

1. В виду ряда особенностей по эксплуатации, роботизированная коробка может дать сбой просто из – за неправильные эксплуатации. «Роботы» не сильно любят быстрые ускорения, в виду чего могут досрочно износится диски сцепления, корзина, выжимной подшипник и его направляющая.

Комплект сцепление робота тойота

Симптомы данной неисправности просты: сцепление начинает просто «буксовать». Обороты двигателя начинают расти, а машина остается на месте, или прослеживается потеря крутящего момента в коробке передач, или движение автомобиля рывками.

2. Роботизированные коробки с двумя сцеплениями, работающие не важно, в сухом или мокром картере, очень часто могут требовать калибровки дисков сцепления. Процедура производится программно, и при небольшой выработке на дисках может продлить на какое-то время работоспособность агрегату. В тех случаях, когда калибровка уже не помогает, спасет только разбор коробки, дефектовка компонентов, и замена изношенных на новые. В меньшей степени этому подвержены роботизированные коробки с одним сцеплением, и если на двухдисковом роботе процедура калибровки может потребоваться каждые 30 000 км, то однодисковый робот может отъездить и 70 000 км и не начать беспокоить.

двухдисковое сцепление

3. Двухдисковые роботы не любят стоять в пробках, когда им постоянно приходится щелкать передачи вверх и вниз. От этого может перегреться трансмиссионная жидкость и коробка перейдет в аварийный режим до возвращения жидкости ATF в свою рабочую температуру. Серийно ни одна роботизированная из гражданских коробок не оснащена теплообменником, и его установка может исправить ситуацию. Так же владельцам «роботов» не рекомендуют стоять долгое время на тормозе в режиме «D», и скидывать на светофорах коробку в нейтральное положение, а при толкотне в пробках использовать спорт режим, который не позволяет переключать с первой передачи на вторую на 2000 об/мин, а докручивает до отсечки на первой, что исключает постоянные переключения передач.

4. Сейчас мало автопроизводителей пишут, как правильно обслуживать свои автомобили. Исходя из соображений того, что они дают гарантию на свою продукцию 100 000 км, и на этом они умывают руки, в очень редких случаях прописывают, как и что нужно менять после гарантийного срока эксплуатации или по достижению заданного пробега. Бытует мнение, что современные трансмиссии «необслуживаемые» и масло в них залито на весь срок их службы. Но вся соль данного вопроса в том, что если коробку вовремя не обслужить, то это заметно снизит ее ресурс. В роботизированной коробке передач нужно так же менять масло, и делать это желательно раз в 60 000 км, чтобы продукты износа не засоряли маслоканалы и не убили электрогидравлический блок, который расположен в корпусе коробки, и помимо деградировавшим маслом может быть еще и его поврежден температурой, в виду чего страдают датчики системы управления коробкой.

блок управления или мехатроник DSG.

5. Не редки случаи, когда у роботизированных коробок передач страдают электромеханические привода сцепления, или их еще называют актуаторами.

актуатор переключения передач Тойота

От резких стартов происходит преждевременный износ щеток, рычагов и зубчатых колес привода. Если дело в шестеренках, то их можно диагностировать по косвенным симптомам таким как гул и вибрации при переключениях передач. Роботы оснащены своими блоками управления и при компьютерной диагностике считав коды ошибок можно выявить, перегрев трансмиссионной жидкости или обрыв в электроцепи, но также можно получить информацию о механических неисправностях, но в таких случаях вероятность разбора агрегата будет практически стопроцентной.

Обычно роботизированные коробки ставят пока еще только на автомобили небольшой мощности, так как они еще не научились переваривать большую мощность. Конечно есть ряд роботов, которыми оснащают спортивные автомобили, но пока это больше исключения, чем правила. Тяжелые внедорожники и автомобили премиум сегмента все еще оснащаются классическими автоматами, так как робот не может еще дать того комфорта и надёжности, что гидротрансформаторные АКПП, да и ограничение по перевариваемой мощности не дает пока роботам войти в этот сегмент.

Довольно скоро даже самые консервативные автопроизводители перейдут уже на роботизированные коробки передач, которые будут удовлетворять потребителей по позициям топливной экономичности и динамике, а производителя по простоте и удешевлению конструкции. А то, что будет с этими агрегатами по истечению гарантийного периода, это уже будет головной болью вторых или даже третьих владельцев автомобилей, и эти люди останутся со своими проблемами с автомобилем наедине. Нередко автогиганты, дорожа своей репутацией и признав свои ошибки соглашаются на постгарантийный ремонт, но это очень исключительные случаи, и чаще всего владелец автомобиля оснащенного роботизированной коробкой передач с большим пробегом вынужден ремонтировать автомобиль за свой счет, а это очень небюджетный ремонт.

Автор — Андрей Червяков

Читайте еще:

Распространенные неисправности АКПП

Проблемы бесступенчатого вариатора

что лучше для кроссовера? — журнал За рулем

«За рулем» взял на тест все существующие версии Kia Seltos и сравнил их на трассе, в городе и на бездорожье.

Материалы по теме

Вечный вопрос для тех, кто ищет машину с двумя педалями — какая коробка лучше? Классический автомат? Вроде надежный, однако повышает расход топлива и крадет динамику. Робот и вариатор в этом смысле лучше, но все говорят: они ломаются!

Разобраться поможет Kia Seltos, в модельной линейке которого есть версии со всеми типами автоматических трансмиссий. С базовым атмосферным двигателем 1.6 (121 л.с.) сочетается классический 6-ступенчатый автомат. С 2-литровым 150‑сильным стыкуется корейский вариатор IVT. А с самым мощным 1600‑кубовым турбомотором в 177 сил работает преселективный робот 7DCT. Каждая из этих версий доступна с полным приводом.

Материалы по теме

Загородный режим

Сначала асфальт — замеры времени разгона до 100 км/ч, эластичности и расхода топлива. Здесь важны трансмиссионные потери, которые в автоматической коробке с гидротрансформатором максимальны. Наши замеры это подтвердили: Seltos 1.6 с автоматом и полным приводом в спринте до 100 км/ч не может выехать из 14 секунд. Хотя тандем базового мотора и автоматической шестиступки слаженный. Задумчивость автомата гармонирует с неторопливым 121‑сильным атмосферником. Разве что на узком загородном шоссе напрягаешься: каждый обгон надо планировать за неделю в Google-календаре. Kia с автоматом не только самый медленный, но и самый голодный. В смешанном режиме потребляет больше девяти литров на сотню.

Тандем 1,6‑литрового атмосферника и автомата слаженный, но медленный. Коробка задумчива и лишь подчеркивает слабые возможности мотора. С этими агрегатами Seltos расходует больше всего топлива.

Тандем 1,6‑литрового атмосферника и автомата слаженный, но медленный. Коробка задумчива и лишь подчеркивает слабые возможности мотора. С этими агрегатами Seltos расходует больше всего топлива.

Дуэт двухлитрового мотора и вариатора оказался практически идеальным на асфальте. Прекрасная динамика, живые отклики на педаль и самый низкий расход топлива.

Дуэт двухлитрового мотора и вариатора оказался практически идеальным на асфальте. Прекрасная динамика, живые отклики на педаль и самый низкий расход топлива.

177‑сильный Kia Seltos с роботом ожидаемо самый динамичный и легко выезжает из 10 секунд в спринте до 100 км/ч. Но в пробках коробка склонна к подергиваниям и резкому замыканию сцепления.

177‑сильный Kia Seltos с роботом ожидаемо самый динамичный и легко выезжает из 10 секунд в спринте до 100 км/ч. Но в пробках коробка склонна к подергиваниям и резкому замыканию сцепления.

Турбированный Seltos с роботом экономичнее: в аналогичных условиях потребляет в среднем 7,9 л/100 км. Вот только спеться мотору и коробке что-то мешает. В городском трафике робот частенько будто не может определиться с передачей. Сцепления схватываются жестко, и машина движется рывками. Зато динамика — песня! Девять с половиной секунд в разгоне до 100 км/ч, и расторопные переключения «вниз» на обгонах.

Базового мотора 1.6 Gamma хватает для спокойной езды, но прыти от него не ждите — особенно в варианте с полным приводом.

Базового мотора 1.6 Gamma хватает для спокойной езды, но прыти от него не ждите — особенно в варианте с полным приводом.

Двухлитровый 150‑сильный двигатель серии Nu — оптимальный для Селтоса. Как по динамике, так и по экономичности.

Двухлитровый 150‑сильный двигатель серии Nu — оптимальный для Селтоса. Как по динамике, так и по экономичности.

Турбомотор 1.6 заметно мощнее, однако гигантского выигрыша в динамике относительно атмосферной версии 2.0 не дает.

Турбомотор 1.6 заметно мощнее, однако гигантского выигрыша в динамике относительно атмосферной версии 2.0 не дает.

Seltos 2.0 с вариатором тоже не промах. Он проигрывает самой мощной версии в спурте до «сотни» менее секунды. И, естественно, легко уезжает от Селтоса 1.6 с автоматом. Думаете, дело в более мощном моторе и коробка тут не причем? Да, но вспомните недавний сравнительный тест с участием Селтоса (ЗР № 4, 2020). Тогда он «привез» соразмерной Крете с аналогичным мотором 2.0, но с обычной гидромеханикой, полторы секунды. Так что дело не только в моторе, но и в вариаторе, который имеет широкий силовой диапазон и точнее подбирает передаточные отношения, не допуская пауз. А еще вариаторный Seltos оказался самым ­экономичным — 7,7 л/100 км.

А что будет вне ровных дорог?

Классическая гидромеханика с шестью ступенями не блещет скоростью переключений. Зато не боится пробуксовок и зарекомендовала себя как вполне надежная.

Классическая гидромеханика с шестью ступенями не блещет скоростью переключений. Зато не боится пробуксовок и зарекомендовала себя как вполне надежная.

Вариатор с семью квазиступенями отличается моментальной сменой передаточного отношения. Однако на скользкой дороге или в грязи будьте осторожны — пробуксовок он не любит.

Вариатор с семью квазиступенями отличается моментальной сменой передаточного отношения. Однако на скользкой дороге или в грязи будьте осторожны — пробуксовок он не любит.

Семиступенчатый преселектив DCT оперативно меняет передачи, но с манерами в ползущем режиме надо работать — машина дергается в пробках.

Семиступенчатый преселектив DCT оперативно меняет передачи, но с манерами в ползущем режиме надо работать — машина дергается в пробках.

Городские препятствия

Для начала пробую заехать на бордюр под углом 90 градусов.

При заезде на бордюр Seltos с роботом капризничает: начинаются вибрации, а через какое-то время появляется запах палёного сцепления.

При заезде на бордюр Seltos с роботом капризничает: начинаются вибрации, а через какое-то время появляется запах палёного сцепления.

При заезде задом только машина с вариатором не смогла взять барьер. Когда передние колеса уперлись в препятствие, Seltos просто встал.

При заезде задом только машина с вариатором не смогла взять барьер. Когда передние колеса уперлись в препятствие, Seltos просто встал.

С парковкой впритык к тротуару надо быть аккуратным — бампер почти касается стандартного бордюра.

С парковкой впритык к тротуару надо быть аккуратным — бампер почти касается стандартного бордюра.

Роботизированный Seltos спокойно вползает на него внатяг передом. Если задним ходом, то машина легко запрыгивает задней осью, после чего упирается передними колесами. Добавляю газу — и Kia, немного подумав, залезает на бордюр. Дело сделано, но процесс сопровождают такие вибрации и рывки, будто неопытный водитель рано бросил педаль сцепления. Предупреждения о перегреве нет, однако запах паленого сцепления проникает в салон. Тревожный звоночек! Выходит, срок службы фрикционных муфт можно сократить, даже не зная об этом. Кстати, в отличие от автомата и вариатора, датчик температуры у робота стоит именно в блоке сцеплений.

Seltos с вариатором даже передом заезжает на ступеньку с трудом. Электроника бережет вариатор и не дает мотору раскручиваться, когда колеса упираются в препятствие. А задним ходом он вообще не взял бордюр внатяг! Двигатель завис на 2500 об/мин — и крутящего момента оказалось мало, чтобы заехать.

Seltos с автоматом взял барьер играючи в обоих направлениях.

Только Seltos с автоматом не испытал никаких проблем при заезде на бордюр.

Только Seltos с автоматом не испытал никаких проблем при заезде на бордюр.

Бездорожье

Теперь пробуем штурмовать крутой грунтовый подъем с уклоном около 30%. Останавливаемся на середине и трогаемся в гору.

У любого Селтоса можно отключить как противобуксовочную систему, так и систему стабилизации. Хотя на машинах с вариатором электроника всё равно продолжает ограничивать обороты.

У любого Селтоса можно отключить как противобуксовочную систему, так и систему стабилизации. Хотя на машинах с вариатором электроника всё равно продолжает ограничивать обороты.

Вне зависимости от двигателя и коробки, у всех полноприводных Селтосов есть блокировка ­межосевой муфты, которая работает до 40 км/ч.

Вне зависимости от двигателя и коробки, у всех полноприводных Селтосов есть блокировка ­межосевой муфты, которая работает до 40 км/ч.

Материалы по теме

Первым идет Seltos с роботом. После остановки и отпускания педали тормоза Seltos скатывается назад. Бью по тормозам, жму на газ — поползли вверх. А где же система удержания на склоне? Попробовал пологую горку — работает. Но на крутом уклоне ее производительности уже не хватает, а коробка размыкает сцепления. Опасно!

С вариатором ситуация получше. Откатившись на полметра, Seltos все же замирает без моего участия. Но там, где за счет моментного мотора роботизированный Селтос шел вверх, вариаторный пасует. Электроника бережет агрегат и не дает сильно буксовать. Что делать? Только скатываться назад и брать подъем с разгона! Или искать объезд.

Слабенький Seltos с автоматом и тут выступил лучше всех. На остановке на середине подъема он практически не откатился назад, а сложный участок преодолел так же легко, как машина с роботом. Буксовать можно смело — для коробки это тоже не сахар, но не так смертельно, как для вариатора и робота.

Машина с обычным автоматом оказалась лучшей на бездорожье, несмотря на дефицит тяги. Коробка позволяет буксовать, не боясь перегрева. Вариатору чуть сложнее трогаться в гору. А если начнете чиркать днищем о грунт, будут сложности.

Машина с обычным автоматом оказалась лучшей на бездорожье, несмотря на дефицит тяги. Коробка позволяет буксовать, не боясь перегрева. Вариатору чуть сложнее трогаться в гору. А если начнете чиркать днищем о грунт, будут сложности.

А если застрять?

На закуску — трясина. Поднимая фонтаны грязи, турбо-Seltos уверенно пробирался вперед, пока на панели не зажглась шестеренка. Перегрев! Я ждал подобного от вариатора, но никак не от робота. Хотя тяга при этом никак не изменилась, а на то, чтобы коробка перестала считать себя слишком горячей, ушло меньше минуты: лампочка погасла.

Турбированный Seltos благодаря хорошей ­отдаче дает буксовать, что помогает пройти раскисший участок .

Турбированный Seltos благодаря хорошей ­отдаче дает буксовать, что помогает пройти раскисший участок .

Даже если отключить все «ошейники», электроника продолжает ограничивать обороты, чтобы сберечь вариатор.

Даже если отключить все «ошейники», электроника продолжает ограничивать обороты, чтобы сберечь вариатор.

Как и в случае с бездорожьем, горка легче всего дается машине с автоматом — ни откатов назад, ни ограничений в пробуксовке.

Как и в случае с бездорожьем, горка легче всего дается машине с автоматом — ни откатов назад, ни ограничений в пробуксовке.

Долго буксовать не получится, через двадцать секунд пробуксовки зажглась неприятная пиктограмма — перегрев робота.

Долго буксовать не получится, через двадцать секунд пробуксовки зажглась неприятная пиктограмма — перегрев робота.

Памятуя об электронике, за руль машины с вариатором сажусь с опаской. И правда: электронный разум не позволяет буксовать даже после того, как отключил противобуксовочную систему. В итоге скользкий участок приходится брать в несколько попыток. К тому же страшно повредить маслопровод, после чего вариатор не спасет уже ничего.

Обошлось без перегрева, но в прошлом тесте в похожих условиях вариатор ушел в сервисный режим. Это означает, что пока «мозги» не перезагрузятся, обороты мотора будут сильно ограничены, а отзывчивость педали акселератора упадет до состояния «дедушка на Москвиче».

Что лучше? Застрять на вариаторе в сервисном режиме или все же выбраться из грязи на перегретом роботе, сократив его ресурс? Лучше поехать на Селтосе 1.6 с автоматом, который проходит грязевую ванну без перегрева и нервотрепки.

Выводы экспертов

Материалы по теме

Если съезжать с асфальта вы планируете нечасто, то не будем отговаривать от машины с вариатором. Особенно в случае Селтоса, когда клиноцепной агрегат прекрасно ладит с двигателем и экономит топливо. Преодолеть легкое бездорожье он тоже сможет, но лучше не буксовать, а стараться преодолевать сложное место ходом. Убить вариатор не даст сервисный режим: это еще не перегрев, а лишь защита от перегрева — машина сама себя бережет. И положите в багажник надежный трос!

А вот если нагружать трансмиссию придется по полной, выбирайте Seltos с базовым мотором 1.6 и автоматом. Он еще и самый дешевый (ценник пляшет в диапазоне от 1,3 до 1,6 миллиона). Но готовьтесь к вялой динамике и большому расходу.

Весомых аргументов в пользу мощной турбированной версии с роботом я так и не нашел. Наддув не дает заметного выигрыша в динамике на фоне двухлитровой машины. А вне асфальта выглядит не так уверенно, как автоматический Seltos. Двухмиллионный прайс делает «контрольный выстрел в голову».

Данные производителя, экспертную оценку, важную техническую информацию обо всех версиях Kia Seltos, а также сравнение моно- и полноприводной версий, вы найдете здесь.

Правильное использование вариаторных и роботизированных КПП

В предыдущей статье мы рассмотрели основные правила эксплуатации классической АКПП. Но, как вы знаете, существует еще 2 типа автоматических коробок – вариаторные и роботизированные. Здесь мы расскажем об автомобилях именно с этими трансмиссиями, правилах их использования, эксплуатации и поддержания в исправном состоянии.

Как правильно пользоваться вариатором

Общее автомобиля с вариатором и автомобиля с классическим автоматом — это отсутствие педали сцепления. Отличаются же эти КПП, прежде всего принципом работы и устройства. Вариатор устроен таким образом, что в нем изменение передаточного числа происходит бесступенчато, за счет плавного изменения диаметров ведущего и ведомого дисков. При таком устройстве КПП, выжатая «в пол» педаль акселератора, обеспечивает вывод мотора на высокие обороты на протяжении всего разгона. Как результат — транспортное средство разгоняется быстрее из-за экономии времени на переключении ступеней передач. Режимы работы вариатора практически аналогичны режимам классического автомата:

  • «P» – паркинг. Используется для длительной стоянки автомобиля, при этом все элементы управления автомобилем блокируются. Также с этого режима запускается двигатель.
  • «D» — драйв, движение. Осуществляется обычное движение автомобиля вперед с плавным автоматическим переключением передач.
  • «N» – нейтраль. На вариаторах используется, в основном при постановке автомобиля на стоянку на наклонной поверхности. 

    Для этого нужно остановить машину педалью тормоза, перевести рычаг в нейтральное положение, затянуть ручник, отпустить и сразу же опять выжать тормоз. Только после этого можно переводить РВД в положение «P». Такая последовательность действий обусловлена тем, что у вариатора, при парковке, блокируется не колесо, а вал в коробке передач. Причем делается это штырем небольшой толщины, который легко можно сломать при неаккуратной парковке «на скорости».

  • «L» – low (с англ. низкий). Режим предполагает работу двигателя на завышенных оборотах и максимальную реализацию эффекта торможения двигателем. Поэтому в это положение нужно переходить при сложных дорожных условиях (бездорожье, крутые подъемы и спуски), а также при буксировке тяжелого прицепа. Хотя на вариаторе нет фиксированных передач, можно сказать, что этот режим является аналогом первой передачи МКПП.

Многие производители предусматривают также спортивный («S») и экономичные («E») режимы. Первый режим («S») предусматривает максимально возможное в конкретной ситуации использование мощности двигателя. Подходит для более «лихаческой» езды с быстрыми стартами, высокими ускорениями и резкими рывками. Второй («E»), наоборот, обеспечивает спокойное движение с минимальным расходом топлива. Также как и классическая АКПП, вариатор любит частую смену масла. Вообще, масло для вариаторной коробки относится к абсолютно отдельной группе масел, которые, с одной стороны обеспечивают смазку трущихся поверхностей, а с другой, предотвращают их проскальзывание. На первый взгляд может показаться, что одна функция должна исключать другую, но такая особенность есть и именно она делает масла для вариаторных КПП столь уникальными. Несмотря на специфичность, цена у масла достаточно демократичная. Если же вовремя его не заменить или не долить до нужного объема, то со временем ремень или цепь начнет проскальзывать по дискам, тем самым постепенно разрушая их. 

Полную замену масла на вариаторе, как правило, рекомендуется проводить через каждые 60 000 км, но, учитывая наше состояние дорог, менять масло следует не реже, чем через каждые 30 000 км пробега.

Буксировку автомобиля с вариаторной коробкой передач производить можно, но только при заведенном двигателе. Именно при этом условии обеспечивается смазка соприкасающихся поверхностей и надежное зацепление ремня со шкивами. Если же проблема как раз в двигателе и завести его не удается, то остается вариант буксировки автомобиля с частичной погрузкой (причем погрузить нужно ведущую ось), либо вызов эвакуатора. Также как и классический автомат, вариатор не любит рваной езды. Плавные разгоны и торможения — это оптимальные условия для работы ремня, которые не приведут к излишним продольным нагрузкам и обеспечат щадящий режим работы дисков. В ином случае, на них появятся задиры, что приведет к некорректной работе трансмиссии и, впоследствии, к дорогостоящему ремонту. Особенно это касается кроссоверов. Как ни парадоксально звучит, но если его использовать как внедорожник, то нужно учитывать, что, вероятнее всего, трансмиссия прослужит гораздо меньше заявленного времени. При езде на автомобиле с вариаторной КПП следует также избегать и всяческих ям, ухабов, выбоин и выпуклостей на дороге. Конечно, ни к чему хорошему такие вещи не приведут и при езде с механической коробкой, но для вариатора они могут стать губительными. Так, даже элементарный наезд на камень или в яму могут привести к серьезной поломке из-за сильной «отдачи» на ремень. Не рекомендуется использовать автомобиль с вариатором и для быстрой равномерной езды. Это ведет к гораздо более быстрому изнашиванию подшипников валов, о чем будет свидетельствовать характерный гул.


Если вы еще не определились, что лучше выбрать — автомат или механику, читайте нашу статью о всех преимуществах и недостатках АКПП и МКПП.

Интересно какая часть цены при покупке нового авто отходит на растаможку, автосалонам и государству? Здесь вы найдете интересную информацию на эту тему.

Неудобная ситуация, когда нужно завести машину, а ключа нет. /tehobsluzhivanie/alert/zavodit-mashinu-bez-klyucha.html — читайте как это сделать быстро и правильно.

Как пользоваться роботом

Управление автомобилем с роботизированной коробкой передач осуществляется аналогично управлению авто с классическим автоматом или вариатором. Даже внешний вид рычага может быть похожим, например, как у Audi и Infiniti. Но чаще разработчики избавляются от режима «Р» (парковка), например, как это сделали инженеры Toyota и Citroen. При этом, стоянка автомобиля осуществляется на нейтралке (N) или, если в автомобиле предусмотрен мануальный режим, — на первой передаче. В последнем случае позиция “D” может заменяться на “A/M” для переключения между автоматическим и ручным режимами управления авто. Прогревать автомобиль с роботом перед началом движения можно на нейтральной передаче, температура коробки даже при этом условии поднимется до необходимого уровня. Однако, лучше догревать и прогревать автомобиль уже в процессе движения. Для этого достаточно проехать спокойно, без резких рывков примерно 1 км после трогания, используя только треть, максимум половину хода педали газа. На роботе, в отличие от классического автомата, можно буксовать, это не приведет к поломке. Также, при определенных навыках, можно использовать прием выезда из сугробов и ям «в раскачку», поочередно понемногу двигаясь вперед-назад. Многие знают о неприятной особенности роботов «дергаться» при каждом переключении передач (это не относится к роботу DSG с двумя сцеплениями). Естественно каждый такой рывок не вызывает особо приятных ощущений у водителя и, тем более, пассажиров. Также очевидно, что такое поведение робота может быть особо опасно при движении по снегу или по скользкой поверхности. Для того, чтобы уменьшить неприятные ощущения и риск застрять в снегу или уйти в занос, водителю во время переключений нужно ослабить нажим на педаль газа или вообще убирать с нее ногу. Тогда переключения будут происходить гораздо более плавно. Правда научиться подгадывать момент переключения передач осуществляемый электроникой бывает довольно сложно, но с наработкой опыта этот навык обязательно придет. Следует помнить, что устройство коробки передач робота практически аналогично устройству обычной МКПП, с тем различием, что сцепление здесь «выжимает» электроника, а не водитель, давя на соответствующую педаль. Поэтому при медленном движении в пробках следует переводить РВД в нейтральное положение. Ведь если автомобиль стоит, а передача включена, то сцепление находится в выжатом включенном состоянии, при этом изнашиваются корзина сцепления, выжимной подшипник и сам ведомый диск. Перед тем, как заглушить двигатель и поставить автомобиль на длительную стоянку, передачу, как и на механике, лучше оставить включенной. 

Обязательным правилом эксплуатации автомобиля с роботизированной механикой является включение ручного тормоза при постановке авто на стоянку.

Смотрите видео о том, как правильно использовать роботизированную коробку передач: Последнее, что можно добавить о роботизированной и вариаторной КПП – это ручной режим управления или, так называемый, типтроник. Реализуется он переводом рычага выбора передач в специальный дополнительный паз, обозначенный знаками «+» и «-» для повышения и понижения передачи соответственно, а узнать больше об этом варианте кпп можно в нашем материале. В целом же можно сказать, что, даже несмотря на разнообразие нюансов в управлении вариатором и роботом, при определенном опыте вождения вырабатываются привычки и навыки, которые здорово помогают в процессе управления автомобилем. Соблюдение же наших советов и вышеперечисленных правил помогут значительно продлить жизнь коробке передач и всему автомобилю.

Паркетник Kia Sorento получил новые силовые установки и «робот» — ДРАЙВ

Длина нового Sorento по сравнению с предшественником подросла на 10 мм (до 4810), а колёсная база — на 35 мм (до 2815). Ширина и высота прибавили по 10 мм (теперь 1900 и 1700 ровно).

Сериал под названием «Раскрытие Kia Sorento» продолжился обнародованием перечня силовых агрегатов. Первым заявлен простой гибрид на базе турбомотора с непосредственным впрыском 1.6 T-GDi, дополненного электромотором мощностью 44,2 кВт и тяговой литиево-ионной батареей ёмкостью 1,49 кВт•ч, расположившейся под полом так, чтобы не помешать багажнику и салону. Комбинированная отдача системы составила 230 л.с. и 350 Н•м. Такая модификация будет продаваться в Южной Корее, Европе и Северной Америке.

Новая платформа позволила сделать сравнительно небольшой моторный отсек и выделить больше пространства под салон и багажник. Число мест может достигать шести. Слева — установка Smartstream Turbo Hybrid, справа — «робот» 8DCT с двумя мокрыми сцеплениями, рассчитанный на моторы с высоким крутящим моментом.

В Европе и Корее в ассортимент моторов Sorento войдёт дизель 2.2 Smartstream (202 л.с., 440 Н•м) с новым восьмиступенчатым «мокрым роботом», сочетающим, по уверению авторов модели, плавность «автомата» с высокой эффективностью «робота». Аналогичная коробка передач положена и бензиновому мотору 2.5 T-GDi Smartstream (281 л.с., 421 Н•м), который появится у кроссовера на рынках Кореи и Северной Америки. Этот турбомотор совмещает непосредственный впрыск с распределённым, гибко подстраивая свою работу под режим движения. Позднее компания обещает раскрыть ещё ряд бензиновых двигателей и гибрид с зарядкой от розетки (типа Plug-in).

Все технические обновки подкреплены шасси, обеспечившим более острую управляемость без потери плавности хода. К тому же машина стала легче до 80 кг.

Среди новаций названа система Multi-collision Brake, первая на автомобилях Kia, которая предотвращает повторные соударения после аварии. Такая забота о сохранности жизни дополнена восемью подушками безопасности (включая коленную у водителя). А удобство парковки должна повысить система Smartphone Surround View Monitor (доступна не на всех рынках). Она выводит картинки с камер на смартфон, вдобавок к окружающему видению на центральном экране машины. Больше деталей должно последовать во время официальной премьеры модели, которая состоится третьего марта на автошоу в Женеве.

Сцепление Робот коробка переключения передач

Главная \ Роботизированные Коробки Переключения Передач

Многие современные автомобили оснащаются роботизированной коробкой передач.  Премиальные комплектации  популярных городских моделей:   Toyota Aygo,  Peugeot 107, Ford Fusion, Ford C-Max, Citroen C1, Opel Zafira, VW Crafter, Mersedes Sprinter — за счет роботизированной коробки переключения передач (РКПП)  удобны и практичны в эксплуатации. Поскольку роботизированная коробка передач  не очень давно нашла широкое применение в практике автомобилестроения, в блогах и форумах наблюдается явный интерес к ее свойствам и особенностям эксплуатации роботов.


Роботизированная  коробка передач  представляет собой обычную механическую трансмиссию, переключением передач  управляет робот – набор  электронных блоков и  датчиков.  Электронный блок  управления (ЭБУ) обрабатывает  сигналы датчиков и других систем автомобиля: блока управления двигателем, тормозной и антизаносной/противопробуксовочной систем, — и  приводит в действие приводы  (актьюаторы) включения сцепления и переключения передач. В сравнении с автоматической коробкой передач роботизированная  трансмиссия дешевле,  надежнее,  проще в ремонте и экономичнее по расходу топлива, поскольку по конструктиву идентична механической,  а в сравнении с обычной «механикой» — значительно удобнее для водителя, которому не приходится заботиться о переключении передач.


Однако за все преимущества приходится платить. Коробка робот изнашивает сцепление быстрее, чем опытный  водитель на механике. Примерно через 30 — 50 тыс.км пробега сцепление на автомобилях, оснащенных коробкой роботом, начинает проявлять признаки неисправности. Основные жалобы владельцев  Toyota Aygo,  Peugeot 104, Ford Fusion, Citroen C1, по поводу коробки передач, звучат так: замедленное срабатывание (коробка «буксует»), повышенный шум, не включается передача, не едет 🙁 

Методы «лечения» известны и доступны, это: программная адаптация сцепления и адаптация приводов роботизированной КПП с помощью специализированного оборудования, ремонт механизмов приводов включения сцепления и приводов переключения передач, ремонт блоков управления РКПП.  Иногда для восстановления работоспособности коробки робота достаточно выполнить прокачку сцепления и адаптацию сцепления (обучение момента трогания). Если неисправность связана с нестабильным прохождением электрического  сигнала, то требуется ремонт или замена проводки (косы проводов коробки передач). Рано или поздно возникает необходимость замены пакета сцепления РКПП, после чего также требуется провести адаптацию.


Своевременное обслуживание робота  позволяет продлить срок службы комплекта сцепления РКПП, обеспечив пробег 60-70 тыс.км  и более. Чтобы роботизированная  КПП служила долго, необходимо при текущем  сервисном обслуживании (через каждые 10-15 тыс.км) проводить адаптацию алгоритма работы робота к степени износа диска сцепления.

VW Crafter, Mersedes Sprinter имеют несколько другой роботизированный привод переключения передач, он у них электрогидравлический (принцип похож на гидромеханический автомат: соленоиды, давление масла, масляный насос). самое сложное и ненадежное место в этой системе переключения это механизм выбора передач. Поршни, втулки, направляющие забиваются стружкой от выработки деталей и начинают подклинивать вызывая неадекватную реакцию исполнительного механизма робота и уход компьютера в аварийный режим или невозможность выключения передачи (автомобиль всегда находится на передаче и мигает ошибка кпп на панели приборов).

  • Расценки на ремонт роботизированных КПП

Вопросы по эксплуатации коробки-робот. | ТехноФранц

В последнее время очень много вопросов по эксплуатации коробки-робот в частности Пежо 107. Ситроен С1. Многие жалуются на рывки при переключении, многие на частый выход сцепления из строя. Поэтому мы хотим вам немного рассказать так как же все-таки правильно пользоваться коробкой роботом и меньше тратиться на дорогостоящий ремонт.

Для лучшего понимания данной проблемы ответьте для себя на четыре простых вопроса:

  1. Как часто вы делаете регламентное техническое обслуживание?
  2. При регламентном техническом обслуживании вам делают адаптацию (обучение) “робота”?
  3. При стоянке более 10 секунд переводите РКПП в (N) – нейтральное положение?
  4. При езде в больших пробках переводите РКПП в режим (М) – ручного переключения передач?

Немного поясним что такое адаптация (обучение) “робота” :

Другими словами -это настройка точки зацепления ведомого и ведущего дисков сцепления ввиду ее ухода от оптимального значения, необходимого для его четкой работы из-за механического износа. Данный момент присущ всем АКП (Роботам) с одним диском сцепления (Опель, Тойота, Пежо, Форд и др.).

Так вот к чему все эти вопросы: при эксплуатации РКПП из-за механического износа точка зацепления ведомого и ведущего дисков сцепления уходит и робот настроенный на другую точку зацепления ведомого и ведущего дисков сцепления начинает переключать передачи не вовремя отсюда и рывки и прежде временный износ диска сцепления.

Адаптацию (обучение) “робота” требуется выполнять при каждом ТО !

При длительных остановках, таких как: Ж/Д переезд, долгие светофоры, пробки, в ожидании пассажира и т.д., при РКПП не переведенным в (N) – нейтральное положение происходит перегрев сцепления, а вследствие чего его преждевременный износ и разрушение.

Подведем итоги и ответим еще на некоторые вопросы:
1. Езда по пробкам и стоянки на роботе.

При длительной пробке переводите РКПП в режим (М) – ручного переключения передач.
Передвигаясь на 1 передаче, не бойтесь крутить мотор до 3000-5000 об/мин.
При длительных остановках, таких как: Ж/Д переезд, долгие светофоры, пробки, в ожидании пассажира и т.д., обязательно! переводите РКПП в (N) – нейтральное положение, во избежание перегрева сцепления!

2. Когда менять сцепление на РКПП ?

В коробках «робот»  при правильной эксплуатации. Износ сцепления наблюдается от 150-180 тыс.км (в зависимости от характера передвижения – по городским пробкам или по оживленной загородной трассе)

3. Что такое адаптация (обучение) “робота”?

Адаптация робота – это сложный поэтапный процесс, при котором электроника машины заново (с нуля) изучает крутящий момент двигателя, учится переключать передачи, выжимать сцепление и плавно трогаться с места.
Процесс адаптации выполняется при помощи дилерского сканера, в него входит 3 этапа:
1) гидравлическая прокачка сцепления (удаление воздуха из системы), настройка модуля ТСМ.
На этом этапе меняется тормозная жидкость.
2) обучение исполнительных моторов, на этом этапе дилерский сканер обучает “робот” переключать передачи,
с первой на вторую, со второй на третью……..и т.д
3) на последнем этапе адаптации дилерский сканер уже на заведённую машину “дружит” сцепление (модуль ТСМ)
с исполнительными моторами, которые отвечают за переключение передач. Машина пытается тронуться,
плавно подводится сцепление, включаются передачи…..

4. Как часто и в каких случаях нужно делать адаптацию “робота”?

Для оптимальной работы “робота” смену тормозной жидкости необходимо выполнять каждые 30-40тыс.км. (или раз в год).
В случае завоздушивании гидравлической системы робота необходимо делать адаптацию.

5. Можно ли возить Робот на тросу?

ДА – если машина стоит на нейтрале (N). (Машину можно свободно толкать)
В случае, когда машина сломалась и осталась на передаче – то лучше воспользоваться эвакуатором.

6. Можно ли буксовать другой автомобиль на Роботе?

Да – точно так же как и на механической коробке передач. Буксировать лучше в (М) механическом режиме, контролируя обороты двигателя.

7. Интервал замены масла в РКПП

Замена масла в коробке робот должна проводится вместе с заменой сцепления на пробеге 150-180 тыс.км
 

8. Можно ли машину оставить на “скорости” на подъеме или спуске?

Можно как на механической коробке.

9. Что такое ползущий режим?

Это режим когда автомобиль движется без нажатия педали акселератора (газ) в режиме (D) Драйв.
Этот режим удобен в пробках.

Дизайн робота

Дизайн робота

Когда датчики не нужны

Некоторые миссии расположены недалеко от базы. Эти миссии часто могут выполняться роботами, которые просто двигаются вперед и назад, не поворачиваясь при этом. Миссии, которые находятся рядом с базой, могут не потребовать от робота следовать сложному пути, чтобы добраться до модели миссии.

Когда датчики полезны

Датчики могут помочь в навигации к заданиям, расположенным рядом с линиями (датчик освещенности), стенами (ультразвуковой датчик) или прочными моделями миссий (датчик касания).

Общая форма

Часто робот должен перемещаться между моделями миссий. Для этого может потребоваться, чтобы робот был достаточно маленьким, чтобы избегать препятствий и делать крутые повороты.

Колеса рицинуса?

2 колеса (с салазками)

Салазки должны располагаться в задней части робота. Если возможно, постарайтесь сбалансировать робота на колесах так, чтобы лишь небольшой процент веса робота находился на салазках. Полозок создаст трение о поверхность мата. Нагрузка на салазки может повлиять на работу робота при движении по прямой и поворотах.

2 ведущих колеса (с самоустанавливающимся колесом)

Во многих конструкциях роботов используются два ведущих колеса со свободно вращающимся колесом, которые помогают сбалансировать робота. Вес, приходящийся на самоустанавливающееся колесо, может повлиять на характеристики робота при прямом движении и поворотах. Большая часть веса робота должна приходиться непосредственно на ведущие колеса. Колесо должно использоваться, чтобы помочь роботу не опрокинуться при запуске и остановке движения.
Существуют десятки (если не сотни) конструкций колес.См. Примеры по адресу:

Привод на 4 колеса

Иногда вам просто нужно немного больше тяги для выполнения миссий, которые могут потребовать толкания или вытягивания модели миссии. Дополнительное тяговое усилие может быть достигнуто за счет использования 4 ведущих колес вместо обычных 2. Робот по-прежнему будет использовать только два двигателя для навигации (левый двигатель / правый двигатель). Однако каждый двигатель будет управлять двумя колесами с помощью одной или двух шестерен. Рулевое управление затруднено, если с каждой стороны робота установлено по две шины. Совершая точечный поворот, роботу необходимо, чтобы все 4 колеса в некоторой степени проскальзывали при повороте.

Противоскользящее рулевое управление

Бортовое управление обычно работает лучше всего, если салазки расположены в задней части робота (т. Е. Робот тянет салазки, а не толкает их). Трение салазок помогает роботу оставаться на высоте.

Системы рулевого управления

Танковые гусеницы

Ступени баков необходимо периодически чистить, так как они собирают пыль и мусор с поверхности мата.

Размер колес

Основное решение относительно размера колес — использовать «большие» или «маленькие» колеса.У каждого есть свои преимущества и недостатки.

Большие колеса
Хотя большие колеса могут помочь роботу двигаться быстрее, ему может быть сложнее точно выполнять повороты.

Маленькие колеса
Хотя маленькие колеса могут помочь роботу двигаться с большей силой сцепления, им требуется больше оборотов и времени, чтобы переместить робота на такое же расстояние.

Пониженная / повышенная передача

(PDF) Контроль проскальзывания колесного мобильного робота

61

1.М. Беллис, Определение робота [Интернет]. Доступ 13 мая

2013: http: // изобретатели. about.com/od/roboticsrobots/a/RobotDefinition.html

2. Важность роботов [Интернет]. По состоянию на 15 мая 2013 г.:

http://www.ehow.com/about_ 4596141_importance-robots.html

3. Р. Зигварт и И. Р. Нурбахш, «Передвижение», в Intro to Autonomous Mobile Robots,

, Лондон. , Англия, MIT Press, 2004, гл. 2. С. 13-46.

4.К. Навид, Дж. Икбал и Х. урРехман «Управляемый мозгом интерфейс человека-робота», Международная конференция IEEE

по робототехнике и искусственному интеллекту (ICRAI), Равалпинди,

Пакистан, 2012 г., стр. 55-60.

5. А. Соланас и М.А. Гарсия, «Скоординированное исследование нескольких роботов посредством неконтролируемого кластеризации

неизвестного космоса», Международная конференция IEEE / RSJ по интеллектуальным роботам

и системам (IROS), 2004 г., стр. 717-721 .

6.Б. Койперс и Ю. Т. Бюн, «Стратегия исследования и картирования роботов, основанная на семантической иерархии пространственных представлений

», журнал Elsevier Journal of Robotics и

Autonomous Systems, вып. 8, вып. 1, pp. 47-63, 1991.

7. К. Кунц и др., «Глубокие морские подводные робототехнические исследования в покрытом льдом Северном Ледовитом океане

с помощью АПА», Международная конференция IEEE / RSJ по интеллектуальным роботам и системам.

(IROS), 2008, стр.3654-3660.

8. К. Козловски и Д. Паздерски, «Моделирование и управление четырехколесным мобильным роботом с бортовым поворотом

», Международный журнал прикладных математических вычислений, вып. 14 нет. 4. С.

477-496. 2004.

9. К. Райт и др., «Дизайн и архитектура унифицированного модульного робота-змеи», Международная конференция IEEE

по робототехнике и автоматизации (ICRA), 2012 г., стр. 4347-4354.

10. П. Ф. Мьюир и К. П. Нойман, «Кинематическое моделирование колесных мобильных роботов», журнал

робототехнических систем, вып.4, вып. 2, pp. 281-340, 1987.

11. Б. Сицилиано и О. Хатиб, «Колесные роботы», в Справочнике по робототехнике Springer, Берлин,

Германия, Springer, 2008 г., гл. 17. С. 391-410.

12. Д. Ван и К. Б. Лоу, «Моделирование заноса и проскальзывания колесных мобильных роботов: перспектива проектирования управления

», IEEE / RSJ Int. Конф. Интеллектуальные роботы и системы (IROS),

Пекин, Китай, 2006 г., стр. 1867-1872.

13. Д. Ван и К. Б. Лоу, «Моделирование и анализ пробуксовки и проскальзывания колесных мобильных роботов

: перспективы проектирования управления», IEEE Trans.по робототехнике, т. 24 (3), pp. 676-

687, 2008.

14. Р. Балакришна и А. Госал, «Моделирование скольжения колесных мобильных роботов», IEEE

Trans. по робототехнике и автоматизации, т. 11 (1), стр. 126-132, 1995.

Robo

Robo

Передвижение роботов-крыс: бортовой привод

Движение с бортовым поворотом обычно используется на гусеничных транспортных средствах, таких как танки и бульдозеры, но также используется на некоторых четырех- и шестиколесных транспортных средствах.На В этих транспортных средствах колеса (или гусеницы) с каждой стороны могут приводиться в движение в различных скорости в прямом и обратном направлении (все колеса по бокам приводятся в движение одинаково показатель). Нет явного рулевого механизма — как следует из названия рулевое управление осуществляется путем приведения в действие каждой стороны с разной скоростью или в в другом направлении, в результате чего колеса или гусеницы соскальзывают или скользят по земля.

На левом верхнем рисунке колеса с левой стороны приводятся в движение. вперед, и колеса с правой стороны вращаются задним ходом одновременно показатель.В результате получается поворот с нулевым радиусом по часовой стрелке вокруг центра автомобиль показан на правом рисунке.

Обратите внимание, что на протяжении всего поворота колеса должны скользить по земле, при этом передняя и задняя пара колес буксуют больше, чем центральная пара. У заноса есть некоторые недостатки, в том числе износ шин / гусениц, но для гусениц. транспортным средствам альтернативы нет. (Автомобили с бортовым поворотом обычно внедорожные типы, такие как строительная техника и танки — уменьшенный трение о немощеную поверхность помогает снизить износ шин / гусениц.) В «в реальном мире» эти недостатки компенсируются простотой система привода. Однако в «мире роботов» занос — это серьезная проблема. Недостаток из-за отрицательного влияния на одометрию: скользящие колеса не отслеживают точное движение робота. Поскольку одометрия является очень важным датчиком для определения положения, бортовой поворот не часто используется на роботах с разреженным зондированием (без видеокамер и сонаров) которые требуют точного определения местоположения (например, поиск «еды на карте» предметы »в конкурсе Робо-Крысы).

Мини-погрузчик тесно связан с дифференциалом система привода, заменяющая самоустанавливающееся колесо дополнительными ведущими колесами. Он имеет тот же недостаток: движение по прямой требует, чтобы колеса с каждой стороны поворачивать с одинаковой скоростью, чего бывает трудно добиться. В Преимущество мини-погрузчика — повышенное тяговое усилие и отсутствие «самоустанавливающегося колеса». эффект ».

Ниже приведена фотография стандартного 4-колесного робота с бортовым поворотом от ActivMedia:

Двигатели :

2 — По одному с каждой стороны робота.

Плюсы :

Простота — Нет явного рулевого механизма.

Тяга — Несколько ведущих колес с каждой стороны дают значительно увеличенную тяга, особенно на пересеченной местности (даже больше у гусеничных машин).

Минусы :

Control — Прямолинейный ход может быть затруднен (см. комментарии по дифференциальному приводу).

Одометрия — При заносе колеса теряют контакт с землей это означает, что датчики одометрии не могут точно отслеживать положение транспортное средство.

Назад к странице передвижения Робокрыс

Вернуться на главную страницу Робо-Крысы

Последнее изменение: 04.04.01 22:30

Преимущества анизотропных колес в поворотах с бортовым поворотом

научная статья Открытый доступ

Преимущества анизотропных колес в салазках Повороты рулевого управления

Дэниел Флиппо 1 * и Дэвид П. Миллер 2

1 Университет штата Канзас, Манхэттен, KS
2 Университет Оклахомы, Норман, Оклахома-сити

* Автор, ответственный за переписку: Дэниел Флиппо, Университет штата Канзас, Манхэттен, штат Канзас, 66502; Электронное письмо: @

Поступила: 23.04.2015 г .; Принята в печать: 23 апреля 2015 г .; Опубликовано: 18 февраля 2016 г.

Абстрактные

Колеса — это обычный способ передвижения, особенно для планетарные роботы-исследователи.Эти миссии требуют больших расстояний на ограниченной мощности на прерывистой местности. Эти требования сделать колесо основным компонентом, влияющим на производительность. Любое усовершенствование, которое можно сделать в колесе, увеличит общую производительность автомобиля в этой области. Одна область интереса — это мини-погрузчик. токарная обработка, которая представляет собой простой практический подход к проектированию транспортных средств. А Недостатком бортового рулевого управления является низкая эффективность (угол поворота на единицы энергии) при повороте за счет необходимого скольжения колеса в боковое направление.В этой статье конкретно исследуется поворот с бортовым поворотом. и способ повышения эффективности за счет уменьшения бокового трения сила по отношению к продольной силе трения. Тогда концепция протестировано с использованием анизотропного колеса, которое иллюстрирует это поведение.

Введение

Противоскользящее рулевое управление — это методология проектирования транспортных средств для маневрирования. просто создавая разницу в скорости между двумя боковыми стороны. Современные колесные погрузчики с бортовым поворотом иллюстрируют эту концепцию в коммерческий мир; а гусеничные боевые машины на гусеничном ходу с гусеничным бортовым поворотом.Противоскользящее управление нужен рулевой механизм, поэтому его простота также привлекательна поскольку его способность вращаться от центральной оси обеспечивает высокую управляемость с заносом мобильность [7]. Из-за заноса некоторые недостатки включают высокий износ и разрыв компонентов, потери энергии из-за заноса и нанести ущерб почве. Если эффективность поворота может быть улучшена то противоскользящее управление было бы более полезным при интенсивном маневрировании приложения миссии [3].

Теория скорости поворота и силы колеса

• Ω = скорость вращения автомобиля с бортовым поворотом при повороте с бортовым поворотом.
• M трение = момент, возникающий у транспортного средства от земли. силы трения.
• M мотор = момент, возникающий на транспортном средстве от мотора мощность.
• M 0 = Общий момент транспортного средства в плоскости XY.
• R Y = расстояние от центра автомобиля до оси колеса в продольном направлении.
• R X = расстояние от центра автомобиля до середина колеса сбоку.
• R = расстояние от центра автомобиля до центр колеса.
• ω = скорость вращения колеса в радианах в секунду.
• F Y = Общая полезная сила в продольном направлении на одно колесо.
• F X = общая полезная сила в поперечном направлении на один колесо.
• F y = сила тяги в продольном направлении на одну колесо.
• F x = сила тяги в поперечном направлении на один колесо.
• f y = сила трения в продольном направлении на одно колесо.
• f x = сила трения в поперечном направлении на один колесо.
• Q = Угол, под которым переднее колесо находится от центр автомобиля.

Противоскользящее управление — это неинтуитивный метод бокового скольжения это должно произойти, чтобы автомобиль с бортовым поворотом повернул рулевое управление из-за к многочисленным силам. Когда автомобиль с бортовым поворотом поворота, его вращение в плоскости (X — Y) будет ускоряться за счет определенная скорость вращения Ω Рисунок 1.В этот момент он стабилизируется и суммарный момент относительно его центра (M o ) будет равен нулю, а резистивный момент M трение компенсирует момент, вызванный моторы (М мотор ). M трение складывается из сил трения из-за скольжение, смещение на R Y на каждом колесе Уравнение 1.

M трение = Σ F X R Y = Σ SF X R sinθ. (1)
Двигатель M –M трение = Mo = 0. (2)
Σ (F y R cos (θ)) — Σ (F x R sin (θ)) = 0. (3)
F ​​ y = F x tan (θ). (4)

Рис. 1: Схема силового тела для универсального мини-погрузчика с бортовым поворотом.

Flippo, et.al. [5] используйте уравнения с 2 по 4, чтобы получить соотношение между F x и F y в точке поворотного равновесия и составляет зависит от геометрии автомобиля (θ).Если бы автомобиль был тонкая фигура 2A, тогда θ будет больше, чем π2MathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq = Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0 = yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr = x fr = xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbiqaaWIfdaWcaa qaaiabec8aWbqaaiaaikdaaaaaaa @ 38C4 @ уравнение 4 означает, что F x будет намного меньше, чем F y .Если θ = π2MathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq = Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0 = yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr = x fr = xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbiqaaWIfdaWcaa qaaiabec8aWbqaaiaaikdaaaaaaa @ 38C4 @ тогда F y приблизится к бесконечности, в результате чего сила, приложенная колесо не зависит от скорости вращения транспортного средства Ω, что всегда равняться нулю.Если бы, с другой стороны, θ было равно нулю, как в Рисунок 2B, затем F y (что на самом деле является чистой силой приложенной силы и трение) будет равно нулю. Это равняется Акерману метод рулевого управления, который означает, что колеса не имеют бокового соскальзывать. Если также нет продольного скольжения, то скорость поворота может рассчитывается по формуле 5 Ω = ωrR, Fy = 0 (5) MathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq = Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0 = yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr = x fr = xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbiqaaa = dcqqHPo WvcqGH9aqpdaWcaaqaaiabeM8a3jaadkhaaeaacaWGsbaaaiaacYca caWGgbGaamyEaiabg2da9iaaicdafaqaaiqabaaabaaaaiaayAW7da qadaqaaiaaiwdaaiaawIcacaGLPaaaqaaaaaaaaaWdbiaacckaaaa @ 4696 @ Угловая скорость вращения колеса ω выражается в радианах в секунду, а R — расстояние от центра следа колеса. к центру вращения транспортного средства, а r — радиус колеса.

Уравнение 5 относится к идеальной оптимальной скорости поворота Ω ACKERMAN без продольного проскальзывания по методу управления Акерманом. Чтобы рассчитать это для автомобиля с бортовым поворотом (θ ≠ 0), θ должно быть распознается и отражается в уравнении 6. Ω W ACKERMAN относится до теоретического максимума автомобиль с бортовым поворотом может вращаться в течение изотропное колесо, но в этом случае F y при Ω ACKERMAN все еще не равно нулю.

∑Акерман = ωrRcos (θ), Fy ≠ 0 (6) MathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq = Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0 = yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr = x fr = xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbiqaaa = ddaaeab qaaaWcbeqab0GaeyyeIuoakabaaaaaaaaapeGaamyqaiaadogacaWG RbGaamyzaiaadkhacaWGTbGaamyyaiaad6gapaGaeyypa0ZaaSaaae aacqaHjpWDcaWGYbaabaGaamOuaaaaciGGJbGaai4BaiaacohacaGG OaGaeqiUdeNaaiykaiaacYcacaWGgbGaamyEaiabgcMi5kaaicdafa qaaiqabaaabaaaaiaayAW7daqadaqaaiaaiAdaaiaawIcacaGLPaaa peGaaiiOaaaa @ 5533 @

Чтобы получить оптимальное значение Ω Fy = 0 , оцените транспортное средство повороты там, где нет чистой направленной силы Y, земля скорость V y , рисунок 2B под колесом должны быть равным скорости колеса (ωr) (без проскальзывания, что выводится по уравнениям с 7 по 11).Уравнение 11 объясняет это соотношение и дает верхнюю границу Ω для транспортного средства. с пустыми или ненаправленными ступенями. Это легко увидеть из Уравнение 4 гласит, что если F Y = 0 и θ ≠ 0, то FX должен быть равен нулю. С это непрактично, для скользящего шарнира Ω FY = 0 становится идеалистическим связаны, с пониманием того, что как боковая сила трения (f x ) уменьшается, тогда скорость вращения Ω на ω увеличивается

Vy = cos (θ) Vground. (7) MathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq = Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0 = yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr = x fr = xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaamOvaiaadM hacqGH9aqpciGGJbGaai4BaiaacohacaGGOaGaeqiUdeNaaiykaiaa dAfacaWGNbGaamOCaiaad + gacaWG1bGaamOBaiaadsgacaGGUaqbae aaceqaaaqaaaaafaqaaiqabaaabaaaauaabaGabeaaaeaaaaqbaeaa ceqaaaqaaaaafaqaaiqabaaabaaaauaabaGabeaaaeaaaaqbaeaace qaaaqaaaaafaqaaiqabaaabaaaauaabaGabeaaaeaaaaqbaeaaceqa aaqaaaaadaqadaqaaabaaaaaaaaapeGaaG4naaWdaiaawIcacaGLPa aapeGaaiiOaaaa @ 4A0C @ Vground = ΩR (8) MathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq = Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0 = yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr = x fr = xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaamOvaiaadE gacaWGYbGaam4BaiaadwhacaWGUbGaamizaiabg2da9iabfM6axjaa dkfafaqaaiqabaaabaaaauaabaGabeaaaeaaaaqbaeaaceqaaaqaaa aafaqaaiqabaaabaaaauaabaGabeaaaeaaaaqbaeaaceqaaaqaaaaa faqaaiqabaaabaaaauaabaGabeaaaeaaaaqbaeaaceqaaaqaaaaafa qaaiqabaaabaaaauaabaGabeaaaeaaaaqbaeaaceqaaaqaaaaafaqa aiqabaaabaaaauaabaGabeaaaeaaaaqbaeaaceqaaaqaaaaafaqaai qabaaabaaaauaabaGabeaaaeaaaaqbaeaaceqaaaqaaaaadaqadaqa aiaaiIdaaiaawIcacaGLPaaaqaaaaaaaaaWdbiaacckaaaa @ 443E @

Рисунок 2: Геометрические конфигурации мини-погрузчика b) Кинематика мини-погрузчика

Рисунок 3: Сила в зависимости от скорости отжима.

Рисунок 4: Пример уменьшения Fx.

Vy = ωrVy = cos (θ) Vground. Vground = ΩRωr = ΩRcos (θ). ΩFy = 0 = ωrRcos (θ) = ωrRx. (9) MathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq = Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0 = yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr = x fr = xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGceaqabeaacaWGwb GaamyEaiabg2da9iabeM8a3jaadkhaaeaacaWGwbGaamyEaiabg2da 9iGacogacaGGVbGaai4CaiaacIcacqah5oqCcaGGPaGaamOvaiaadE gacaWGYbGaam4BaiaadwhacaWGUbGaamizaiaac6caaeaacaWGwbGa am4zaiaadkhacaWGVbGaamyDaiaad6gacaWGKbGaeyypa0JaeuyQdC LaamOuaaqaaiabeM8a3jaadkhacqGH9aqpcqqHPoWvcaWGsbGaci4y aiaac + gacaGGZbGaaiikaiabeI7aXjaacMcacaGGUaaabaGaeuyQdC LaamOraiaadMhacqGH9aqpcaaIWaGaeyypa0ZaaSaaaeaacqaHjpWD caWGYbaabaGaamOuaiGacogacaGGVbGaai4CaiaacIcacqah5oqCca GGPaaaaiabg2da9maalaaabaGaeqyYdCNaamOCaaqaaiaadkfacaWG 4baaaiaac6cafaqaaiqabaaabaaaaiaayAW7daqadaqaaabaaaaaaa aapeGaaGyoaaWdaiaawIcacaGLPaaapeGaaiiOaaaaaa @ 7DA7 @ ωr = ΩRcos (θ).(10) MathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq = Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0 = yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr = x fr = xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeqyYdCNaam OCaiabg2da9iabfM6axjaadkfaciGGJbGaai4BaiaacohacaGGOaGa eqiUdeNaaiykaiaac6cafaqaaiqabaaabaaaaiaayAW7daqadaqaaa baaaaaaaaapeGaaGymaiaaicdaa8aacaGLOaGaayzkaaWdbiaaccka ааа @ 48B4 @ ΩFy = 0 = ωrRcos (θ) = ωrRx (11) MathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq = Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0 = yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr = x fr = xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbiqaaWIfcqqHPo WvcaWGgbGaamyEaiabg2da9iaaicdacqGH9aqpdaWcaaqaaiabeM8a 3jaadkhaaeaacaWGsbGaci4yaiaac + gacaGGZbGaaiikaiabeI7aXj aacMcaaaGaeyypa0ZaaSaaaeaacqaHjpWDcaWGYbaabaGaamOuaiaa dIhaaaqbaeaaceqaaaqaaaaacaaMg8 + aaeWaaeaaqaaaaaaaaaWdbi aaigdacaaIXaaapaGaayjkaiaawMcaa8qacaGGGcaaaa @ 518F @ Чтобы получить физическую картину силового поведения между колесо и почва в повороте с бортовым поворотом можно построить график показывая силы (между колесом и почвой) как транспортное средство позволяет вращаться быстрее с постоянной скоростью вращения колеса ω.С участием при повороте транспортного средства, если смотреть с точки зрения стоящего на вездеходе, почва должна повернуться под ним (−Ωradsec) MathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq = Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0 = yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr = x fr = xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaWaaeWaaeaacq GHsislcqqHPoWvdaWcaaqaaiaadkhacaWGHbGaamizaaqaaiGacoha caGGLbGaai4yaaaaaiaawIcacaGLPaaaaaa @ 3F99 @ Соотношение сил F X и F Y на колесе можно рассматривать как скорость (Ω) грунта под колесом увеличивается Рисунок 3.Когда скорость вращения моделируемого транспортного средства (Ω) равна нулю тестируемое колесо вращается (w), но не движется. Этот вызывает силу в направлении Y, которая является просто кулоновской трение (F y = μ k N) между колесом и землей. (Для пустого колеса на ровной поверхности нет F x при Ω = 0, но для резьбового колесо F x может быть ненулевым, что будет одним значением, на котором нужно сосредоточиться при испытании новых колес.) Поскольку скорость вращения грунта под колесо, увеличивается F x увеличивается.При этом F y уменьшается пока F x и F y не пересекутся. Это место встречи будет представлять равновесная скорость вращения (Ω , прогноз ) квадратного транспортного средства θ = π4MathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq = Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0 = yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr = x fr = xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeqiUdeNaey ypa0ZaaSaaaeaacqaHapaCaeaacaaI0aaaaaaa @ 3B3D @ Чтобы найти точку равновесия прямоугольного транспортного средства, уравнение 4 добавляет необходимое ограничение между F x и F y .Для наших проверенных транспортное средство (SR2 [8]) θ = 0,8477 рад в сочетании с ур. 4 упрощается до уравнения 12. Fy = 1.133Fx (12) MathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq = Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0 = yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr = x fr = xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbiqaaa = dqaaaaa aaaaWdbiaadAeapaWaaSbaaSqaa8qacaWG5bGaaeiiaiabg2da9aWd aeqaaOWdbiaaigdacaGGUaGaaGymaiaaiodacaaIZaGaamOra8aada WgaaWcbaWdbiaadIhaa8aabeaakuaabaGabeaaaeaaaaGaaGPbVpaa bmaabaWdbiaaigdacaaIYaaapaGaayjkaiaawMcaa8qacaGGGcaaaa @ 46B9 @

F 902 10 x Уменьшение

Из графиков силы Ом видно, что по мере уменьшения F x F X1 и F X2 на рисунке 4 при всех значениях Ом , затем вращение автомобиля скорость будет увеличена и может быть объяснена физически как эффект уменьшения трения транспортного средства в направлении X.Если F x были уменьшены достаточно, чтобы можно было увеличить скорость вращения выше скорости Аккермана, заданной уравнением 6. Также из На рисунке 4 видно, что если F Y уменьшается, то пробуксовка автомобиля ставка также будет уменьшена. Так что, если производительность рулевого управления с заносом должен быть расширен, то F X должен быть сделан независимым от F Y и их разность увеличивалась в точке равновесия. Это уменьшение F X самостоятельно, без уменьшения F y , то есть эффективная цель дизайна.

Проверочные эксперименты

Чтобы получить данные, необходимые для подтверждения этой концепции, Стенд для испытаний и оценки подвески и колес (СЛАДКИЙ). Стенд на рис. 7А имеет размер 3 х 3 метра. след и вертикальная испытательная стойка с задействованным испытательным колесом включены. Используется шестиосевой датчик крутящего момента силы, который остается неподвижен в направлениях X и Y, но допускает движение по ось Z конструкцией противовеса [4].

SWEET идеально подходит для валидации этого теста, так как он имеет возможность двигаться в направлениях X и Y, а также поворачиваться в X, Y — плоскость.Эта функция дает устройству уникальную возможность измерять силы и крутящие моменты при повороте с учетом подробных измерение данных поворота с бортовым поворотом. По сути, что такое Готово — работает колесо и земля под колесом независимо, изменяя путевую скорость (Ω), сохраняя постоянная скорости вращения колеса (ω) и наблюдая за поведением силы, действующие на колесо. Когда силы удовлетворяют уравнению 12 соответствующее Ω — это прогнозируемая скорость вращения транспортного средства. На рисунке 3 это соотношение дает точку справа от точки пересечения и соответствует значению Ω Predicted , которое представляет собой прогнозируемую скорость вращения автомобиля, оснащенного четырьмя колесами с одинаковой ориентацией, относительно центра автомобиля и идентичный протектор колеса проверено.Этот процесс является эффективным и экономящим время методом для усиление колес автомобиля в противоскользящем управлении [3]. Это должно быть записано как геометрия транспортного средства влияет на эти отношения. При увеличении θ выше π4MathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq = Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0 = yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr = x fr = xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaWaaSaaaeaacq aHapaCaeaacaaI0aaaaaaa @ 3881 @ автомобиль более тонкий Рисунок 2, что делает оказывается менее эффективным, и Ω Predicted становится меньше.Если, с другой стороны, стороны, θ уменьшается, его значение Ω Predicted увеличивается до θ = 0 и Ом Прогноз = ωrRMathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq = Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0 = yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr = x fr = xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaWaaSaaaeaacq aHjpWDcaWGYbaabaGaamOuaaaaaaa @ 39A1 @ ; которая является геометрией рулевого управления Акермана.Чтобы продемонстрировать, что снижение FX может улучшить работу с бортовым поворотом. В свою очередь, тесты проводились на холостом и омни колесе. Омни колеса Рисунок 5 спроектирован так, что они не ограничивают движение. параллельно их оси. Это достигается за счет включения множества пассивные колеса закреплены снаружи. Эта дополнительная степень свободы добавляет некоторые интересные возможности для движения транспортного средства, такие как [9, 2, 10].

Рисунок 5: Омни-колесо .


Рисунок 6: a) Омни-колесо [1] b) Пустое колесо.


Рисунок 7 SWEET Испытательный стенд.


Таблица 1: Ω SR2 и Ω предсказали результаты для всенаправленных колес.


Рисунок 8 Результаты для всенаправленного вращения колеса при 0,3 радсек MathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq = Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0 = yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr = x fr = xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaWaaSaaaeaaca WGYbGaamyyaiaadsgaaeaaciGGZbGaaiyzaiaacogaaaaaaa @ 3B95 @
Рисунок 9 Результаты пробуксовки всенаправленного колеса при.3 радсекMathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq = Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0 = yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr = x fr = xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaWaaSaaaeaaca WGYbGaamyyaiaadsgaaeaaciGGZbGaaiyzaiaacogaaaaaaa @ 3B95 @

Результаты

И всенаправленные, и пустые колеса были протестированы на двух разных скорость вращения колес: w = 0,3 и 0.5 радсекMathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq = Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0 = yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr = x fr = xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaWaaSaaaeaaca WGYbGaamyyaiaadsgaaeaaciGGZbGaaiyzaiaacogaaaaaaa @ 3B95 @ с диапазоном W от 0 до 0,1 радсек MathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq = Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0 = yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr = x fr = xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaWaaSaaaeaaca WGYbGaamyyaiaadsgaaeaaciGGZbGaaiyzaiaacogaaaaaaa @ 3B95 @ от .005 радсекMathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq = Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0 = yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr = x fr = xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaWaaSaaaeaaca WGYbGaamyyaiaadsgaaeaaciGGZbGaaiyzaiaacogaaaaaaa @ 3B95 @ приращения. Силы, которые были измерены были графически изображены в методе, описанном выше на рисунке 8, что показывает результаты скорости вращения транспортного средства Ω для скорости колеса 0.3 радсекMathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq = Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0 = yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr = x fr = xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaWaaSaaaeaaca WGYbGaamyyaiaadsgaaeaaciGGZbGaaiyzaiaacogaaaaaaa @ 3B95 @ На рисунке 9 показаны результаты в Ω для 0,5 радсек MathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq = Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0 = yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr = x fr = xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaWaaSaaaeaaca WGYbGaamyyaiaadsgaaeaaciGGZbGaaiyzaiaacogaaaaaaa @ 3B95 @ .Эти графики иллюстрируют описанный выше метод, а также показывают разницу. в поведении двух колес. Видно, как FX, поперечная сила на колесе намного меньше при более высокой скорости вращения для омни-колесо, чем с пустым колесом. Это указывает на то, что силы трения не зависят от бокового движения. Это поведение увеличивает прогнозируемую скорость поворота с бортовым поворотом намного больше, чем предсказал пустое колесо. Результаты показывают, что колесо Omni out выполняет пустое колесо в обоих тестах, даже если у него меньший диаметр.В таблице 1 показано, что омниколес помогите 38% -ному преимуществу перед пустым колесом и хуже при увеличении скорости вращения колеса ω. Чтобы нормализовать разницу диаметров, было также измерено и учтено потребление энергии, чтобы обеспечить эффективность токарной мощности с устройствами. ΩpowerMathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq = Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0 = yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr = x fr = xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaWaaSaaaeaacq qHPoWvaeaacaWGWbGaam4BaiaadEhacaWGLbGaamOCaaaaaaa @ 3C5A @ .Этот сравнение далее показывает разницу в заносе двух колес способность рулевого управления. Для геометрии транспортного средства протестирован Аккерман. предел составляет 0,0433 для ω = 0,3 и 0,0722 для ω = 0,5 Уравнение 6. Как можно Как видно, колесо Omni превышает это значение.

Выводы

В этой статье обсуждается и демонстрируется метод повышение эффективности противоскольжения за счет независимого изменения фрикционные компоненты колеса. Колесо Omni было испытано в имитация поворота с бортовым поворотом и сравнение с пустым колесом в такая же очередь.Как и ожидалось, колесо Omni работает намного лучше. чем пустое колесо и даже повернул автомобиль быстрее, чем если бы у него был двухколесный дифференциальный привод. Данные также указывают на несоответствие между двумя колесами увеличивается с увеличением скорости колеса ω. Оба тестировали ω равные 0,3 и 0,5 радсек MathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq = Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0 = yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr = x fr = xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaWaaSaaaeaaca WGYbGaamyyaiaadsgaaeaaciGGZbGaaiyzaiaacogaaaaaaa @ 3B95 @ показало, что колесо Omni превзошло пустое колесо на 38% и 64% С уважением.

Ортогонально установленные второстепенные колеса всенаправленного колеса непрактичны на транспортных средствах этого типа, но показывают, что снижение FX независимо FY может улучшить поворот автомобиля с бортовым поворотом. Шведские диски [6] обладают многими характеристиками колес Omni, но избегают бокового скольжения всего автомобиля. В будущих работах будет изучено их влияние на занос. эффективность поворота рулевого колеса. Необходимо взвесить другие факторы и учитывается в зависимости от миссии или директивы транспортного средства. Такой как тяговое усилие, поперечное скольжение и эффективность по прямой.

  1. Kornylak Corp. Омниколесо, сверхмощные и легкие разнонаправленные колеса для конвейеров, ручные и механизированные системы передачи, а также колеса роботов без двигателя и с приводом. Технический отчет, 400 Heation St Hamilton, Огайо 45011.
  2. Джеффери Ф. Полноприводное инвалидное кресло с составными колесами. Технический отчет 4,823,900, Патентное ведомство США, 1989 г.
  3. Дэниел Ф., Дэвид П.М., Ричард Х. Прогнозирование эффективности поворота для роботов с бортовым поворотом с использованием испытания одного колеса.В FSR, 2009.
  4. Даниэль Флиппо. Конструкция аппарата для испытания колес марсохода. В ISAIRAS, 2008.
  5. Дэниел Ф, Дэвид М. Прогноз эффективности поворота для противоскользящего рулевого управления посредством испытания одного колеса. Журнал террамеханики. 2014; 52 (1): 23-29. DOI: 10.1016 / j.jterra.2014.02.001.
  6. Bengt EI. Колеса для курсовой устойчивой самоходной машины с возможностью перемещения в любом желаемом направлении по земле или другой базе. Патент 3876255, Патентное бюро США, 1975.
  7. Мэтт Р., Дэвид М., Зак В.Рывок быстрее, дальше дешевле. In Proceedings for FSR, Шамони, Франция; 2007. Полевая сервисная робототехника.
  8. Мэтью Младший. Дизайн и анализ четырехколесного планетохода. Магистерская работа, Университет Оклахомы. 2005.
  9. Wada M. Всенаправленная инвалидная коляска с полным приводом и механизмом наклона кресла для повышения способности преодолевать ступеньки. 2008; 474-479.
  10. Зобова А., Татаринов Ю. Свободные и контролируемые движения омниколеса. Вестник механики Московского университета.2008; 63 (6): 146-150.

Трансмиссии для танков (с бортовым поворотом) — Руководство по игре 0

Привод на 2 колеса (Pushbot Drive)

Рекомендуется только для первой трансмиссии, не для соревнований

Эта трансмиссия новичка считается одной из низкосортных трансмиссий, хотя ее можно использовать на низких уровнях соревнований. Это вводный тип трансмиссии для многих новичков, поскольку он продвигается в официальных руководствах, опубликованных FIRST ® (давая ему название pushbot).Часто у него есть тяговые колеса с прямым приводом и безмоторные всенаправленные колеса.

Трансмиссия этого типа плохо поворачивается, поскольку центр поворота находится сзади робота между двумя ведущими колесами. По сравнению с другими трансмиссиями, у него плохое ускорение из-за использования только двух двигателей.

Даже несмотря на то, что это может быть не оптимальная трансмиссия, все же возможно оставаться конкурентоспособным, если трансмиссия надежна. По общему мнению, мы бы посоветовали каждой новой команде создавать pushbot в первую очередь для того, чтобы научиться строить с помощью набора.Толкающий робот является хорошей отправной точкой и помогает команде познакомиться с использованием деталей комплекта, крепления колес, установки двигателей и т. Д. Однако он уступает любой другой трансмиссии в конкурентном контексте.

Внимание

Хотя толкающий робот является хорошей первой трансмиссией для новых команд, которые могут познакомиться с комплектом, рекомендуется, чтобы команды отошли от этой трансмиссии при создании своего соревновательного робота.

Недостатки

  • Медленнее, чем другие варианты

  • Недостаточная мощность (для всех других вариантов трансмиссии обычно используется 4 двигателя)

  • Использует двигатель Tetrix MAX, который легко перегорает, имеет недостаточную мощность и хрупкую коробку передач.

  • Недостаточная маневренность и маневренность из-за поворота двух двигателей

  • Плохое ускорение из-за 2 двигателей

  • Часто с прямым приводом, что крайне не рекомендуется для трансмиссий

Пример трансмиссии толкателя, включенной в руководство FTC для стартера

Привод на 4 колеса

В своей наиболее распространенной форме трансмиссия использует ту же конфигурацию колес, что и двухколесная трансмиссия (2 тяговых колеса сзади, 2 всенаправленных колеса спереди), но с одним заметным отличием: все четыре колеса приводятся в движение .

Некоторые команды устанавливают все четыре ведущих колеса или используют все четыре всенаправленных колеса. Не рекомендуется использовать все 4 ведущих колеса из-за плохого поворота, который приводит к такой настройке. Это вызвано чисткой колес. Использование всенаправленных колес для всех четырех колес приведет к невероятному повороту, когда робот будет вращаться вокруг своего центра.

Однако это преимущество сопровождается значительной потерей тяги. По этим причинам многие команды предпочитают использовать два ведущих колеса и два всенаправленных колеса для баланса между быстрым поворотом и сцеплением.Основным преимуществом этой трансмиссии перед другими трансмиссиями танков является ее способность легко перемещаться по пересеченной местности, когда центр бота находится над ней.

Предполагается, что полноприводная трансмиссия должна быть близка или точно к квадрату. В противном случае могут возникнуть проблемы с поворотом.

Примечание

Распределение веса также является важным фактором, который следует учитывать: чем больше вес сзади, тем лучше.

Поворот со смещением от центра, который может быть, а может и не быть недостатком, почти повсеместен среди 4-х колесных приводов.Возможно, это не проблема для команд, но хорошо об этом знать. Нецентральный поворот может быть преимуществом, но имейте в виду, что поворот будет немного медленнее на 4-х колесном приводе, чем на их шестиколесных или восьмиколесных аналогах.

Преимущества

  • Маневреннее, чем 2WD

  • Надежный разгон и тяга

  • Может перемещаться по местности, если шасси достаточно высоко поднято

  • Хорошая сила толчка для защиты, но достаточно маневренная, чтобы ее избегать

Недостатки

  • Опрокидывается легче, чем 6WD / 8WD, с высоким центром масс

  • Полное ведущее колесо 4WD может иметь пониженную маневренность

  • Коэффициенты распределения веса на точку поворота и радиус поворота робота

3736 Серьезный бизнес, Ровер Рукус; доработанный 4WD

7209 Tech Hogs, Восстановление реликвий

10641 Atomic Gears, Rover Ruckus

6-колесный привод (6WD)

Шестиколесная трансмиссия является распространенной трансмиссией среди конкурентов в FTC по нескольким причинам: она обладает фантастическим сцеплением, отличным поворотом и, имея 6 колес, трансмиссия имеет больший контакт с землей, что способствует устойчивости и сцеплению.Существует два основных типа шестиколесных трансмиссий: с угловым приводом и с центром опускания .

Откидной центр 6WD — это 6-колесный привод с центральным колесом, установленным немного ниже двух других колес. Падение должно составлять от более чем 1/16 дюйма до 1/4 дюйма. Однако рекомендуемое падение составляет около 1/8 дюйма. Как правило, более легкие роботы (<25 фунтов) могут иметь меньшее падение, в то время как более тяжелые роботы (> 25 фунтов) работают немного лучше при падении более 1/8 дюйма.

Целью опускания среднего колеса является обеспечение постоянного контакта с землей только 4 колес.Это связано с тем, что поворот с шестью колесами на земле вызывает сильное трение, что затрудняет быстрый поворот. Обратите внимание, что требуемое падение может варьироваться в зависимости как от полевых условий, так и от веса всего робота .

Поворот может резко ухудшиться из-за разницы в материале под полем, что приведет к тому, что робот опускается ниже обычного.

Более того, большинство шестиколесных приводов с опусканием центра изготавливаются с использованием специальных трансмиссий , потому что сложно добиться опускания центрального колеса с использованием системы сборки на основе комплекта (заметным исключением являются трансмиссии на основе комплекта REV).Можно выполнить дроп-центр с помощью goBILDA и Actobotics, используя опорные блоки, но это немного более неудобно. Тем не менее, с новым goBILDA раскрывающегося центром опорной плитой, это просто сделать центральную трансмиссию падения на канале goBILDA.

6-колесные приводы с угловыми всенаправленными колесами не нуждаются в центральном понижении. Он пытается решить проблему поворота, заменяя угловые ведущие колеса на многоколесные, что позволяет трансмиссии достичь лучшего поворота, хотя и с немного меньшим сцеплением, чем центральное падение.Его очень легко собрать в виде комплектов, и это отличная универсальная трансмиссия. Центр падения и угловой узел можно комбинировать для максимальной надежности при повороте, хотя это имеет побочные эффекты, такие как раскачивание и снижение тяги.

Преимущества

  • Отличная тяга и маневренность

  • Хорошее ускорение, может иметь высокую максимальную скорость

  • Отличная устойчивость при любом весе робота

  • Умеет защищаться

Недостатки

  • Drop-центр 6WD сложно построить с системами на основе канала, хотя это было частично смягчен с раскрывающимся центральной опорной плитой goBILDA

  • Drop-center 6WD немного хуже на поворотах, но сцепление больше

  • Отводной центр 6WD зависит от полевых условий

  • Corner omni 6WD имеет меньшую тягу

  • Низкие передаточные числа делают 6WD вялым

COTS Трансмиссия Andymark Tilerunner с 0.05 ”центральное падение. Не рекомендуется из-за цены .

7236 Recharged Green, Rover Ruckus; дропс центр 6WD

5975 Cybots, Velocity Vortex, центр падения и угловой всенаправленный 6WD

Ethan Doak, goBILDA 6-колесный привод с угловыми всенаправленными колесами

8-колесный привод

8-колесная трансмиссия встречается реже, чем ее 6-колесный аналог, объединяя элементы, присутствующие как в 4-колесной, так и в 6-колесной трансмиссии. Например, шестиколесная трансмиссия обычно имеет опущенное центральное колесо, так что робот вращается на четырех колесах вместо шести, уменьшая трение и увеличивая подвижность при повороте.

На 8-колесном приводе центральные четыре колеса опущены. Это означает, что при повороте только эти четыре средних колеса касаются земли. Таким образом, 8-колесная трансмиссия имеет немного большую устойчивость при повороте, чем 6-колесная трансмиссия, тогда как 6-колесная трансмиссия может поворачиваться быстрее. Более того, поскольку у 8-колесного привода колеса находятся на том же месте, что и у 4-х колесного привода, он имеет стабильность, как у 4-х колесного привода.

Предполагается, что все восемь колес должны иметь привод, а планетарные двигатели должны использоваться вместо цилиндрического редукторного двигателя.

Команды

также могут использовать сдвоенные всенаправленные колеса на четырех внешних колесах. Это снизит тяговое усилие / толкающее усилие и увеличит мобильность.

Преимущества

  • Сочетает в себе стабильность 6WD с маневренностью 4WD

  • Даже более стабильный, чем 6WD

  • Фантастическая тяга и ускорение

  • Отлично подходит для обороны

Недостатки

  • Занимает больше места, чем 6WD

  • Привести в действие все 8 колес может быть непросто

  • Без достаточного опускания центра можно значительно уменьшить токарную обработку

3846 Maelstrom, Rover Ruckus

13075 Coram Deo Academy Robotics, Rover Ruckus

Привод протектора

Привод протектора — это использование протекторов бака или широких ремней для движения, как в реальном бачке.К сожалению, в FTC это не конкурентоспособная трансмиссия по ряду причин.

Протектор сложный и имеет множество точек выхода из строя. Гусеницы также очень подвержены защите, и легкого удара другого робота достаточно, чтобы они сместили гусеницы. Коммерческие готовые варианты протектора (COTS) тоже не очень хороши — гусеницы TETRIX имеют тенденцию ломаться и сходить с рельсов при использовании на трансмиссии роботов, что делает их непригодными для использования на соревнованиях.

Несмотря на то, что можно успешно реализовать привод протектора, как в примере ниже, большинство неопытных групп не имеют возможности и ноу-хау для этого.Протекторный привод имеет незначительное улучшение тяги за счет маневренности. Есть лучшие варианты для прохождения бездорожья, например, 4WD.

Недостатки

  • Обладает маневренностью и максимальной скоростью

  • Очень сложно реализовать

  • Протекторы склонны к поломке и могут легко упасть

5975 Cybots, Res-Q

Rock solid Odometry for Wheel Robots

Это третий блог в серии сборки моего вездехода с открытым исходным кодом NASA-JPL.В нем, среди прочего, рассказывается о настройке одометрии колеса и о том, что это означает в ROS. Вы можете найти часть 1 и часть 2 моей серии, перейдя по этим ссылкам.

Установка навигационного стека на мобильном роботе может быть кошмаром. Мне приходилось проделывать это на разных роботах, потратив бесчисленные часы, выясняя, почему мой робот застрял, врезался в стену или потерял локализацию. Существуют сотни настраиваемых параметров и настроек, а также несколько датчиков для срабатывания предохранителя. Оказывается, большинство этих проблем связано с плохой одометрией.Несмотря на все происходящие захватывающие эволюции, одометрия, безусловно, не самая горячая тема в робототехнике, но это не та тема, которую стоит замалчивать. Я проходил через процесс настройки и настройки одометрии на своем марсоходе и понял, что могу поделиться некоторыми советами и приемами, которые я узнал за годы, о том, как получить надежную одометрию для любого колесного робота.

Следы от марсохода Opportunity. Чрезвычайно точная одометрия — это разница между способностью еле ехать по прямой и возможностью автономно безопасно и точно выполнять сложные маневры, как марсоход NASA Opportunity.

Одометрию можно рассматривать как оценку относительного местоположения на основе измерений скорости. Представьте, что вы едете на велосипеде с закрытыми глазами и используете, как быстро вы крутите педали, чтобы оценить, как далеко вы проехали (это называется точным расчетом). Вы, вероятно, поедете, и чем дальше вы едете на велосипеде и чем быстрее едете, тем больше вы будете отклоняться от своей оценки. Многие датчики роботов очень хорошо поддаются оценке скорости, которая используется для определения местоположения робота в мире или построения карты окружающей среды (SLAM).

Земля, мир, карта, odom, odom_combined, base_link, base_footprint

В REP105 ROS определяет стандарт для фреймов преобразования, которые описывают, где в мире находится мобильный робот, с использованием библиотеки преобразований по умолчанию tf2. Описание может быть немного запутанным, но оно начинает обретать смысл, когда вы знаете, для чего нужны все кадры. Два самых простых фрейма — это фрейм карты и фрейм base_link. base_link представляет фиксированную позу робота, обычно в центре робота.Я всегда ставлю его на высоте осей колес, но он также может быть верхом вашей базовой платформы. Фрейм карты — это фиксированная точка в мире, обычно исходная точка. base_link выражается относительно фрейма карты.

С другой стороны, рамка odom не соответствует какой-либо реальной точке в мире, а скорее плавает вокруг, соединяя карту с базовой ссылкой. Преобразование odom -> base_link показывает, где, по мнению робота, оно основано только на источнике одометрии. Конечно, одометрия может дрейфовать со временем, поэтому второй датчик, обычно лидар, используется для корректировки оценок (этап обновления в фильтре Калмана или в фильтре частиц).Мы надеемся, что эта небольшая поправка будет применена как преобразование между map и odom, чтобы полная карта оценки для base_link была точной.

Значит:

  • Когда одометрия точно отслеживает фактическое положение робота, чего не бывает в действительности, карта и одом будут совпадать, потому что корректировки не требуются.
  • Если одометрия плохая, вы увидите, как рамка одома постоянно прыгает и удаляется от рамки карты.

В отличие от абсолютной оценки местоположения робота (map -> base_link), рамка odom не прыгает и является непрерывной, что оказывается весьма полезным.Представьте, что вам нужно написать контроллер для навигации робота между путевыми точками на скользкой местности. Одометрия колеса будет плохой, и оценка положения робота будет постоянно колебаться, поскольку на этапе обновления оценка корректируется с помощью лазерного сканирования. Если робот движется быстро, эти скачки могут быть большими, и ваш (ПИД-регулятор) может генерировать значения повсюду, вызывая резкие движения, ухудшая локализацию или даже натыкаясь на препятствие. Когда вы переключаетесь на управление в кадре odom, выход вашего контроллера будет более плавным, и ваш робот будет приближаться к местоположению путевой точки намного быстрее.

Еще один кадр, который вы можете увидеть у некоторых роботов, — это кадр odom_combined. Как следует из названия, он плавно комбинирует одометрию из нескольких источников, например, используя дополнительный фильтр. Это отличный способ придать меньший вес конкретному датчику, когда он не дает хорошей одометрии, например, когда вы используете визуальную одометрию, а камера смотрит на безликую стену. Base_footprint — это просто проекция base_link на пол, а земля позволяет отображать несколько карт, что полезно, если вы переходите между картами или когда ваш (с реактивным двигателем) робот движется так быстро, что вам нужно начать учитывать кривизну Земля.

Разобравшись с этой терминологией, давайте поговорим о том, как улучшить одометрию колеса!

Измерение угловой скорости, о которой часто забывают, но на самом деле забавно

Есть несколько способов улучшить одометрию колеса, но тот, который следует решить в первую очередь, возникает из-за простой проблемы: угловая скорость колеса не соответствует действительности, и ошибка ошибочно классифицируется как пробуксовка или занос.

Часто при использовании энкодеров необходимо выполнить некоторое преобразование, чтобы получить угловую скорость в рад / с от тактов энкодера.Документация не очень ясна, и вы не уверены, нужно ли вам делить свои значения на 4, потому что вы используете квадратурный энкодер. Поскольку вы используете тот же расчет для преобразования заданных скоростей в тики кодировщика, показания скорости точно соответствуют командам, но разве это реальная скорость, с которой вращаются ваши колеса?

К счастью, есть несколько простых способов это проверить.

A Тахометр

Примерно за 20 долларов вы можете приобрести это замечательное устройство для измерения скорости, которое использует лазер для измерения скорости вращения чего-либо.

Использование тахометра позволяет дешево и точно определять число оборотов в минуту и ​​быстро настраивать ваши модели

Я рекомендую добавить несколько отражающих полос на колесо и разделить результат на количество добавленных полос. Вы получите более точные значения на низких скоростях и меньшее количество скачков при резком изменении скорости.

Используя вкладку Stream в веб-приложении Freedom Robotics, я скопировал последнюю команду привода, которую отправил на колеса

Затем я вставил команду и изменил ее, чтобы установить одно колесо на 15.71 рад / с, или 150 об / мин

Я отправил команду угловой скорости одному из колес через командный интерфейс Freedom (вы можете зарегистрироваться для получения бесплатной учетной записи Freedom Robotics здесь) и измерил фактическую скорость колеса. Я знаю, что мои приводные двигатели могут вращаться с максимальной скоростью 200 об / мин, поэтому я выбрал 150 об / мин или 15,71 рад / с в качестве своей команды. Когда я измерял фактическую скорость с помощью тахометра, я был рад увидеть, что она не за горами, она работает немного быстрее, чем должна быть при ~ 153 об / мин.Если бы я добавил больше отражающих маркеров, я бы разделил результат на общее количество маркеров, чтобы получить тот же результат.

Приложение для стробоскопа на вашем телефоне

Бесплатный, очень крутой, но менее удобный способ измерения угловой скорости ваших колес — это использовать эффект вагона-колесо, также называемый в компьютерном зрении наложением спектров. При движении по шоссе иногда кажется, что спицы автомобиля стоят на месте или даже движутся задом наперед. Это происходит потому, что наш мозг (или камера) может регистрировать только одно изображение за раз с определенной частотой, а колеса вращаются так быстро, что мы не регистрируем движение, которое происходит между последовательными изображениями.Оказывается, если мы можем контролировать эту частоту, мы можем напрямую вывести скорость в некотором диапазоне.

Загрузите приложение стробоскопа на свой телефон, которое позволяет вам точно (и точно!) Управлять частотой стробоскопа, выключать свет и настраивать колеса на фиксированную скорость. Теперь включите стробоскоп на максимально возможной частоте. Когда вы уменьшаете частоту, вы должны заметить точку, в которой спицы или маркер на вашем колесе начинают замедляться и почти останавливаются.Просто разделите эту частоту на 2pi, чтобы получить угловую скорость в рад / с, или умножьте ее на 60, чтобы получить скорость в об / мин. Убедитесь, что вы не пропускаете полный оборот каждый раз (отсюда и запуск на высокой частоте) или на части фактической скорости, если вы используете спицы. Последнее должно быть легко обнаружить, так как небольшие изменения частоты должны резко нарушить замедленное движение.

Паттерн перестал вращаться на частоте около 2,5 Гц и был довольно чувствителен к небольшим изменениям.Умножьте значение на 60, чтобы получить число оборотов в минуту, и вы получите идеальные 150 оборотов в минуту. Впечатляющий.

Теперь попробуйте тот же эксперимент, добавляя трение в установку. Колеса должны ненадолго замедлиться, но быстро восстановиться, чтобы двигаться с той же скоростью. Если реакция слишком медленная или колеса вращаются с меньшей скоростью, чем задано, подумайте о том, чтобы сделать настройки ПИД-регулятора более агрессивными. Если одометрия верна, но колеса не вращаются с заданной скоростью, у вас, вероятно, все будет в порядке, но если она сильно отклонится, вы потратите много времени позже на отладку своего навигационного стека.

Если вы заметили существенное расхождение между показаниями тахометра или стробоскопа, скорее всего, это ошибка. Найдите и устраните причину, прежде чем продолжить.

Измеренный путь

Если у вас есть тема одометрии и вы используете сообщение nav_msgs / Odometry (что я настоятельно рекомендую), вы также можете измерить фиксированное расстояние и прогнать робота на эту длину, а в конце его сравнить это расстояние с местом, где робот думает, что это так.Вы можете быть удивлены, узнав, насколько это сложно для вашего робота.

Протестируйте несколько дистанций, в основном коротких, где ваш робот за короткое время переходит от нуля до максимальной скорости и обратно до нуля. Также проверьте несколько более длинных дистанций, чем длиннее, тем лучше. Есть несколько возможных исходов:

  1. Робот неплохо справляется на коротких дистанциях, но далеко не на больших. Это означает, что на этом пути происходит постепенное накопление ошибок.
  2. На самом деле он неплохо работает на больших дистанциях, но далеко не на коротких.Это, вероятно, означает, что ускорение приводит к значительному скольжению, которое плохо отражается в вашей одометрической модели.
  3. Ни в том, ни в другом случае не работает. Убедитесь, что ваши колеса вращаются с той скоростью, которую, по вашему мнению, они используют описанные выше методы тахометра / стробоскопа.

Проведите этот эксперимент на местности (ах), на которой ваш робот будет перемещаться, поскольку результаты могут сильно отличаться.

Лидарное сканирование с перекрытием

Еще одна быстрая проверка, которую я люблю использовать, когда у меня есть лидар, — это подвести робота к стене и проверить, появляется ли стена в одном и том же месте в последовательных показаниях лидара, когда робот движется к ней.Этот быстрый метод из руководства по настройке стека навигации ROS требует, чтобы вы установили статическое преобразование tf между base_link и кадром лидара, но пока вы двигаетесь вперед, вам не нужно знать точное местоположение лидара на робот. Установите тайм-аут лидарного сканирования таким образом, чтобы вы могли видеть несколько последовательных сканирований одновременно. Основываясь на том, как движутся сканированные лидары, вы можете проанализировать, насколько хорошо работает ваша одометрия:

  • По мере движения вперед линия, изображающая стену, также перемещается вперед.Это означает, что одометрия недооценивает фактическое движение. Мы рассмотрим возможные исправления в следующем разделе, но нужно попробовать немного увеличить диаметр колеса в коде.
  • По мере того, как вы едете вперед, леска приближается к роботу. Обычно это происходит из-за скольжения. Компенсирующий коэффициент скольжения, основанный на ускорении, — отличный способ быстро решить эту проблему.

Последовательные показания лидара можно использовать как грубую проверку одометрии. Если во время движения робота изображения лидара остаются на одном месте, это хороший показатель того, что ваша одометрия работает хорошо.

Теперь, когда мы настроили линейное движение вашего робота, давайте проанализируем его повороты. Токарную обработку сложнее проанализировать, и она сильно зависит от используемой платформы. Четырехколесный мини-погрузчик будет вести себя совсем не так, как рулевой робот Акерманна, и, как и прежде, я рекомендую потратить время на то, чтобы убедиться, что ваша математика ведет себя так, как вы ожидаете. На Mars Rover и других платформах на основе рулевого управления Ackermann, таких как любой автомобиль, мы должны помнить, что чем быстрее вы едете, тем более прямыми должны быть ваши колеса для поддержания одинаковой угловой скорости, поэтому не относитесь к угловой скорости как к углу поворота.

Если у вас есть дифференциальный привод, всенаправленная база или бортовой поворот, выведите своего робота на большое открытое пространство и запрограммируйте его, чтобы он двигался по четырем путевым точкам, чтобы сформировать квадратную траекторию, примерно пару метров с каждой стороны. Используйте кадр одометрии в качестве эталона, поэтому убедитесь, что любой узел локализации или SLAM выключен. Скорее всего, робот не окажется там, где он начал. Основываясь на форме, по которой следил робот, вы можете сделать вывод, если ваш робот недооценивает или переоценивает свои повороты. Вы можете провести аналогичный эксперимент с управляемыми автомобилями Ackermann, вместо этого проследив за ними большой круг.

Отслеживание движения

Если у вас есть к нему доступ, наиболее точным способом проверки одометрии будет использование настройки захвата движения (MoCap). Этот подход, часто применяемый в исследовательских лабораториях, использует несколько очень точно откалиброванных камер и несколько визуальных маркеров на роботе для отслеживания робота во времени в небольшом пространстве. В отличие от предыдущих методов, этот подход позволяет точно измерить угловую скорость.

Системы захвата движения, часто используемые для точного отслеживания БПЛА, используют массив откалиброванных камер и маркеров для точного отслеживания объекта.

Другой подход в качестве альтернативы MoCap — реализовать и настроить SLAM, используя другой набор датчиков на роботе, и использовать Twist, рассчитанный на каждом шаге обновления, как основную истину. Излишне говорить, что это работает только в том случае, если стек SLAM работает хорошо и дает точные показания кручения.

Настройка одометрии модели

Теперь, когда вы получили представление о качестве одометрии, давайте рассмотрим некоторые методы его улучшения.

Настройка физических параметров

Если ваша угловая скорость такая, как вы ожидали, но линейная скорость вашего робота не совпадает, попробуйте немного отрегулировать диаметр колеса в своих расчетах, чтобы посмотреть, поможет ли это.Это быстрый и грязный способ подстроиться под любой промах. Чтобы прояснить это в коде, я бы предложил добавить этот коэффициент в качестве параметра настройки, применяемого к фактическому ожидаемому диаметру колеса.

Обратите внимание, что это влияет как на поступательное движение, так и на повороты, поэтому всегда проверяйте, улучшаются ли и то и другое с помощью регулировки. Обратите внимание, что диаметр колеса может фактически меняться в зависимости от нагрузки, которую несет робот, особенно с заполненными воздухом шинами, поэтому не копируйте слепо диаметр колеса из спецификации.

Если у вас отличная одометрия, когда робот движется прямо, но хуже при повороте, попробуйте отрегулировать длину колесной базы. Колеса, расположенные дальше друг от друга, уменьшают резкость поворотов. Попробуйте увеличить этот размер в вашей модели, чтобы он был очень большим или очень маленьким, и посмотрите, как это влияет на одометрию.

Линейная скорость IO: вверху синим цветом показаны заданные входные скорости вместе с линейной одометрией. Внизу показаны угловые скорости, сообщаемые каждым из шести колес.Вы можете попробовать это, подписавшись на бесплатную пробную версию Freedom Robotics.

Включая динамику

Этот раздел интересен, но не обязательно стоит затраченных усилий. Вместо этого я объединяю одометрию с датчиком, который менее подвержен трению, таким как визуально-инерциальная одометрия. Вы также можете принять трение как труднопредсказуемый факт жизни и добавить его к своим оценкам ковариации, как объясняется в следующем разделе.

Существует два основных способа включения динамики: один основан на модели, когда вы явно моделируете физику вашего робота и окружающей среды и оцениваете движение на основе вашей модели динамики, а другой — на основе данных, где вы изучаете представление, которое минимизирует ошибку с течением времени.Последнее является активной темой исследований.

Когда ваш робот не подвергается значительному дрейфу при движении с постоянной скоростью, но имеет тенденцию к большим отклонениям при ускорении, более простой, но эффективный прием — использовать в одометрии коэффициент скольжения, зависящий от ускорения. Для этого вам необходимо постоянно оценивать, насколько быстро ваш робот ускоряется (разница скоростей, деленная на временной шаг), и уменьшать обновления скорости на коэффициент ускорения.Как всегда, большая сложность потенциально означает больше времени, затрачиваемого на отладку …

Другие подходы

Другой потенциальный виновник заключается в том, что обновления одометрии выполняются недостаточно быстро. Одометрия может быть настолько хороша, насколько хороша ваша частота обновления. Стремитесь обновлять как минимум 10 Гц, и обратите внимание, что вам не нужно публиковать с этой частотой, просто обновите внутреннюю модель. Чем быстрее движется робот, тем с большей частотой должен выполняться цикл обновления. Может быть хорошей идеей выгрузить эти вычисления на отдельную вычислительную платформу, такую ​​как Raspberry Pi или Arduino.К счастью, сообщество ROS осознало, что робототехники начинают с нуля для каждого нового робота, но большинство мобильных баз попадают в одну из нескольких категорий. Вам действительно нужно создать аппаратный интерфейс, если никто еще не сделал этого для вашего робота, что может сбивать с толку, но тогда вся работа по преобразованию команд и обновлению одометрии будет выполнена. Даже если вы используете особый тип робота, можно расширить существующие контроллеры, чтобы они соответствовали вашей кинематической модели.

Если параметры одометрии вашего робота меняются с течением времени или сильно различаются от одного робота к другому, их также можно оценить на лету, передав ошибки обратно в одометрическую модель.К сожалению, этот подход (одновременная калибровка, локализация и сопоставление параметров) пока недоступен в виде надежного пакета с открытым исходным кодом.

Как установить ковариацию?

Думайте о ковариации как о уверенности, которую одометрия имеет в себе. Это две матрицы 6 на 6, одна для оценки позы, а другая для скручивания. Уверенность в повороте относительно постоянна во времени (и часто просто устанавливается на постоянные значения), но уверенность в позе со временем уменьшается, и поэтому ковариация становится все больше и больше.Некоторым алгоритмам для правильной работы требуется хорошая оценка ковариации. Если вы знакомы с фильтрами Калмана, они используются для расчета относительной важности прогноза вашей модели движения для обновления измерений, например, вашего лидара.

Вы можете думать о ковариации как о том, сколько ошибок вызвано движением, но разделенных по размерности движения. Элементы матрицы связывают одно измерение движения с другим: например, когда вы приказываете своему роботу вращаться вокруг своей оси, он, скорее всего, довольно скоро начнет отклоняться от этой центральной точки.Насколько отклоняется ваш робот, вы укажете запись в ковариационной матрице, которая описывает, насколько угловая скорость влияет на линейную скорость. Чтобы быть точным: элемент в строке x, столбце y или cov (x, y) описывает совместную изменчивость между x и y, выражение того, насколько линейно связаны эти две случайные величины.

Общий вид ковариации твиста. Ковариация позы, если требуется, аналогична, за исключением того, что ковариации со временем растут. Обратите внимание, что ковариационная матрица всегда симметрична.По диагонали cov (x, x) = var (x, x)

Однако начните с простой модели, предполагая, что изменение скорости поступательного движения влияет только на ошибку скорости поступательного движения, а не на угловую скорость и наоборот. 2, которые не очень интуитивно понятны, но когда мы извлекаем квадратный корень, мы получаем стандартное отклонение, и это может быть звонком.Стандартное отклонение имеет физический смысл и описывает распространение ваших данных (при условии нормального распределения). Помните, что одно стандартное отклонение должно охватывать около 68% разброса ваших данных, поэтому, если у нас есть такое чувство, мы можем заполнить нашу матрицу, просто взяв это значение в степень 2!

Прежде чем определять вашу ковариацию, убедитесь, что алгоритм, который вы планируете использовать для локализации, использует информацию о ковариации. Наиболее часто используемый пакет 2D-локализации в ROS, фильтр частиц amcl, не использует его, но фильтры на основе Калмана robot_pose_ekf и robot_localization используют его.

Обычно алгоритмы не смотрят на ковариацию, связанную с оценкой вашей позы, а принимают во внимание только скручивание и его ковариацию. Итак, давайте посмотрим на ковариацию поворота моего марсохода:

Ковариация на марсоходе. Большинство значений равны нулю, потому что вдоль этих осей нет движения.

Когда я отправляю своему роботу линейную скорость, я ожидаю, что фактическая скорость, с которой робот движется, будет в пределах 15% от этого значения примерно в 68% случаев.2 = 0,0225. Поскольку мой Mars Rover не может вращаться на месте, я не могу легко измерить его вращение независимо, но поскольку я немного меньше верю в вращение из-за того, что если не все колеса выровнены идеально, вращательное движение будет усреднено. out, и я выберу 20% для одного стандартного отклонения, или cov (ω z , ω z ) = 0,04.

Недиагональные значения показывают, насколько чистое вращение вдоль вертикальной оси (ω z ) связано с поступательным движением (v x ).2).

Если у вас есть вероятностная модель движения, вы можете извлечь оттуда ковариации. Вы также можете рассчитать ковариацию на основе данных, записанных во время движения вашего робота, хотя это более сложный процесс.

Наконец, если вы не уверены, либо переоцените ковариацию, либо установите для нее большое значение. Когда вы решите объединить несколько источников одометрии, вы также можете установить высокую ковариацию для любых измерений, которые, как вы знаете, подвержены большим ошибкам или дрейфу. Помните, что алгоритм, который видит низкую ковариацию, будет доверять этому измерению как точному, от чего трудно восстановить.

Заключение

Настроить одометрию и проверить ее не так просто, как может показаться изначально. Этот процесс может занять несколько дней. Но усилия ограничены и сэкономят вам много времени и хлопот в дальнейшем, когда вы настраиваете отображение и локализацию. Ковариация в одометрии часто замалчивается и устанавливается на случайные значения. Понимание их значения помогает выбрать правильное значение, что может значительно улучшить локализацию.

Я всегда рад услышать отзывы или помочь ответить на любые вопросы: achille @ freedomrobotics.ай. Я также настоятельно рекомендую воспользоваться бесплатной пробной версией Freedom Robotics, чтобы значительно ускорить улучшение одометрии вашего робота.

Границы | Осведомленность о местности с помощью гусеничного транспортного средства с бортовым поворотом и пассивной независимой подвеской

1. Введение

В течение последнего десятилетия было разработано несколько роботизированных решений для поддержки людей, занятых в сельскохозяйственной и промышленной деятельности, например, при опрыскивании, добыче полезных ископаемых, уборке урожая, удобной транспортировке и мониторинге растений при работе в тяжелых условиях.Более того, использование большого набора датчиков, таких как камеры RGB, лазеры, GPS и инерционные датчики, позволяет роботам адаптировать свою систему к окружающей среде, обрабатывая входные данные по большому набору данных (Narvaez et al., 2017). В любом случае, хотя большинство предыдущих исследований внедорожных мобильных роботов сосредоточено на обнаружении препятствий (Schaefer et al., 2005), планировании пути (Elfes et al., 1999) и оценке положения (Henson et al., 2008), не так много внимания было уделено взаимодействию между роботом и ландшафтом и тому, как это взаимодействие влияет на производительность транспортного средства во время обычных операций.Несомненно, в большинстве суровых условий эксплуатации вне помещений классификация и характеристика местности являются ключом к автономности и безопасности робота: правильная оценка особенностей местности позволяет транспортному средству оптимизировать скорость и крутящий момент и, в частности, избегать опасных ситуаций. условия, которые могут повредить его двигательную систему или поставить под угрозу сам автомобиль. В качестве примечательного примера, определение типа местности имеет решающее значение для безопасности марсоходов для исследования планет, таких как марсоходы NASA / JPL (Rothrock et al., 2016). Подходы, описанные в литературе, используемые для определения характеристик местности, обычно требуют автономной обработки и специальных датчиков и устройств, которые могут быть дорогими и сложными в обращении в суровых условиях (Ojeda et al., 2006). Примеры экстероцептивного восприятия можно найти у Milella et al. (2015), где была представлена ​​комбинация радара и монокуляра в рамках самообучающейся статистической системы для классификации сельскохозяйственных угодий. Локальный дескриптор, полученный в результате реконструкции трехмерной среды, был предложен Bellone et al.(2018) для оценки неровностей местности. Лазерные дальномеры и спектральные датчики изображения также были предложены для наземной идентификации, соответственно, в Broten et al. (2012) и Jin et al. (2015).

Другие исследователи исследовали методы классификации местности с использованием проприоцептивного зондирования. Например, методы классификации местности на основе ускорения были введены для планетарных вездеходов (Brooks and Iagnemma, 2005) и роботов для пересеченной местности (DuPont et al., 2008). Однако автомобили, принятые для испытаний, базируются на колесах и обычно не оснащены системами подвески (Маша и др., 2017; Reina et al., 2017a). Этот последний аспект можно рассматривать как ограничивающий фактор, поскольку неровности, с которыми можно столкнуться на такой местности, как вспаханная и каменистая почва или гравий, могут создавать непреднамеренные механические нагрузки на раму робота и датчики.

В этом исследовании предлагается метод определения характеристик местности с использованием гусеничного транспортного средства с бортовым поворотом и пассивной подвеской и путем определения набора параметров, основанных на физическом понимании механизмов, лежащих в основе взаимодействия транспортного средства с местностью, а именно, токов приводных двигателей, эквивалентная дорожка скольжения и спектральная плотность мощности, связанная с электрическими токами и вертикальными ускорениями тела.Первые два параметра жестко связаны с мощностью, необходимой транспортному средству для движения по конкретной местности, т.е. песок создает большее сопротивление движению, чем асфальт; эквивалентная гусеница скольжения может использоваться для измерения величины проскальзывания, связанной с транспортным средством с противоскользящим управлением во время маневра рулевого управления. Расширенный фильтр Калмана (EKF) используется для поддержки оценки на основе модели, чтобы обеспечить онлайн-оценку скольжения; фильтр использует в качестве входных данных разницу между скоростями левого и правого гусениц, полученную с помощью поворотных энкодеров, установленных на обеих звездочках гусениц, и скорость движения транспортного средства, измеренную инерциальным блоком.Спектральная плотность мощности (PSD) вертикального ускорения описывает мощность сигнала как функцию частоты на единицу частоты (Li and Sandu, 2013). В нашем исследовании вертикальное движение робота контролируется амортизатором, установленным на каждом рычаге подвески.

Следуя бумажной организации, в разделе 2 показана модель транспортного средства, использованная для этого исследования. Раздел 3 исследует, как транспортное средство взаимодействует с ее опорной поверхностью в процессе прямого и поворот движения и обеспечивает описание метода PSD.В разделе 4 представлены соображения и экспериментальные результаты, полученные на различных поверхностях с использованием гусеничного вездехода для проверки предлагаемого подхода. Раздел 5 завершает статью.

2. Материалы и методы

2.1. Аппаратная архитектура

Транспортное средство, использованное для этой исследовательской работы, представляет собой гусеничный робот с бортовым поворотом под названием «maXXII», который разрабатывается в Университете Саленто. Он оснащен пассивной подвеской, как показано на рисунке 1. Вес автомобиля составляет Вт, = 40 кг, а его номинальная ширина колеи равна 0.95 м. Каждая гусеница (A) имеет ширину около 0,18 м и высоту 0,16 м и состоит из непрерывной полосы протекторов из синтетической резины для бездорожья, усиленной стальной проволокой для обеспечения хорошего сцепления. практически на всех поверхностях. Каждая ходовая часть имеет форму параллелограмма с более продвинутым верхним передним колесом, чтобы помочь транспортному средству преодолевать препятствия и подниматься по лестнице. Каждая гусеничная звездочка (B) приводится в движение двигателем постоянного тока 12 В с коробкой передач с максимальным выходным крутящим моментом 40 Нм и максимальной угловой скоростью 70 об / мин для общей выходной мощности около 400 Вт.Набор датчиков включает в себя два оптических энкодера, установленных на каждом валу коробки передач, два датчика тока, RTK GPS и инерциальный измерительный блок с 3-осевым гироскопом, акселерометром и магнитометром для ориентации в соответствии с системой отсчета NED (север, восток, вниз).

Рисунок 1 . Первая версия машины «maXXII», использованная для этой исследовательской работы.

2.2. Подвесная система

Пассивная система подвески автомобиля выполняет несколько задач, таких как поддержание контакта между резиновыми гусеницами и поверхностью местности, обеспечение устойчивости автомобиля и защита рамы автомобиля от всех ударов, вызванных неровностями местности.Он работает вместе с резиновой прокладкой, холостыми колесами гусеницы, рамой и рычагами подвески, обеспечивая устойчивость и каким-то образом физически отделяя корпус транспортного средства от резиновой прокладки транспортного средства. Каждая гусеница включает пять холостых колес (A) и четыре однорычажных рычажных механизма подвески (B), поворотные шарниры которых ( O 1 , O 2 , O 3 ) устанавливаются непосредственно на Рама робота с четырьмя независимыми амортизаторами, которые позволяют одному колесу двигаться вверх и вниз с минимальным воздействием на другое колесо, как показано на рисунке 2.Система подвески была разработана для обеспечения достаточного вертикального движения колес, чтобы автомобиль мог преодолевать неровности местности. Когда холостое колесо соприкасается с неровностями, механизм подвески может допускать достаточное вертикальное движение, чтобы колесо не продолжало двигаться вверх, захватывая раму с такой же высокой скоростью, что вызывает большое вертикальное ускорение вдоль оси z; этот аспект очень важен, потому что он снижает шум и вибрацию во время захвата датчика.На рисунке 3 представлен случай, когда холостое колесо движется в вертикальном направлении и достигает максимальных значений в грани (вверх), где H, = 0,10 м и отскоке (вниз), при H, = — 0,05 м. Типичная конфигурация подвески представлена ​​на рисунке 4, где можно увидеть, что происходит, когда транспортное средство пересекает небольшую неровность S ; в этом случае, как только транспортное средство сталкивается с неровностью, холостое колесо A вынуждено двигаться вверх, а затем второе холостое колесо B .Чтобы гусеничный ремень оставался натянутым, колесо T тянется вперед под действием пружинного натяжителя, в то время как колесо C опускается, чтобы удерживать ремень в своем положении. Другая типичная конфигурация подвески представлена ​​также на фиг. 5, где транспортное средство проезжает небольшой неровность S ; в этой ситуации холостое колесо A очень близко к своему нормальному положению, поскольку оно движется в горизонтальной плоскости, в то время как холостые колеса B и C диаметрально противоположны, потому что они пытаются натянуть гусеничный ремень под действием своего удара поглотители.Ролик натяжителя кажется смещенным наружу, чем в предыдущей конфигурации, потому что холостое колесо D перемещается вверх и снижает натяжение гусеницы впереди, поскольку транспортное средство движется вперед.

Рисунок 2 . Пассивная подвеска, используемая для каждой гусеницы, состоит из четырех рычагов и четырех амортизаторов.

Рисунок 3 . Однорычажные рычаги подвески с амортизаторами.

Рисунок 4 . Пример конфигурации подвески.

Рисунок 5 . Еще один пример конфигурации подвески.

Рассматривая упрощенную систему подвески, как показано на рисунке 6, где наличие подрессоренной массы не учитывается и амортизатор имеет жесткость пружины k = 37,27 Н / мм, рычажный механизм имеет массу M 1 = 0,9 кг и длиной L = 0,1 м, холостое колесо имеет радиус r = 0,04 м, массу м = 0,5 кг и жесткость k p , можно написать уравнения для описания поведения подсистемы:

Iθ¨ = -gLcosθ (M12 + m) -k (L0cosα) 2sinθ-L2kpsinθ (1) I = M13L2 + m2r2 + mL2 (2)

Рисунок 6 .Простая подсистема, состоящая из однорычажной навески с амортизатором.

Где I — выражение инерции для узла, состоящего из рычажного механизма подвески и холостого колеса, θ — это угол, связанный с угловым смещением рычага, θ¨ его вторая производная, а O — точка поворота для вращения движение рычажного механизма. Учитывая небольшие колебания, можно переписать выражение в (1) как:

Iθ¨ = -gL (M12 + m) -k (L0cosα) 2θ-L2kpθ (3) fn = 12π6 (k (L0cosα) 2 + kpL2) 2M1L2 + 3mr2 + 6mL2 (4)

Последнее уравнение в (4) используется для выражения собственной частоты, связанной с системой подвески.

2.3. Архитектура программного обеспечения

ROS (Операционная система роботов) ROS (2007) используется как для управления транспортным средством, так и для считывания данных со всех датчиков, поскольку позволяет пользователю легко использовать большой набор библиотек, фильтров и инструментов для сбора и обработки поступающих данных. от датчиков; кроме того, пользователь может отправлять команды Twist на транспортное средство и заставлять его двигаться в зависимости от линейных составляющих для скоростей (x, y, z) и от угловых составляющих для угловой скорости для осей (x, y, z).Система работает на процессоре AMD x86 на базе архитектуры SOC и объединяет мощный графический процессор для графической обработки и карту Wi-Fi для удаленного подключения; Операционная система, используемая для экспериментальных тестов, была Ubuntu с сервером ROS для обмена сообщениями с удаленной машиной, используемой в качестве клиента. На рисунке 7 представлена ​​функциональная блок-схема, которая показывает аппаратный уровень, используемый для этой исследовательской работы, который включает инерционный датчик, Mti-300 от XSens, лазерные датчики, LMS-111 от SICK, два оптических кодера, два датчика Холла, два датчика напряжения. датчики и RTK GPS), модуль Wi-Fi, необходимый для удаленной связи с автомобилем, приемник Bluetooth, который позволяет управлять автомобилем вручную, и двухканальный контроллер двигателя.Конкретный узел ROS был разработан на C ++, чтобы позволить транспортному средству обмениваться данными с датчиками, в то время как другой был разработан для отправки инструкций по перемещению на контроллер двигателя и для отправки полученных значений от датчиков по сети Wi-Fi.

Рисунок 7 . Функциональная блок-схема подержанного автомобиля.

3. Взаимодействие транспортных средств с местностью

3.1. Кинематическая модель автомобиля

Системы вождения, основанные на методе противоскольжения, обычно используются на гусеничных машинах, таких как гусеницы и военные танки для бездорожья.Для этого типа транспортных средств левая и правая гусеницы могут двигаться с разной скоростью как в прямом, так и в обратном режиме в зависимости от угловой скорости и направления звездочки. Из-за сложных площадок гусениц и взаимодействия с рельефом очень сложно точно описать правильную кинематическую модель для мобильных транспортных средств с бортовым поворотом. В этом случае правильное изучение пробуксовки колес играет ключевую роль в кинематическом и динамическом моделировании мобильных транспортных средств с бортовым поворотом; это потому, что информация о проскальзывании может описывать соотношение между угловой скоростью колеса и линейным движением платформы транспортного средства.Приложения для определения местоположения транспортных средств с бортовым поворотом, такие как расчет точного счета, строго полагаются на определение информации о проскальзывании, даже если эту информацию также можно использовать для извлечения и исследования условий местности. На рисунке 8 показаны принципы кинематики транспортного средства с бортовым поворотом при повороте по часовой стрелке с учетом фиксированной системы координат, расположенной справа от транспортного средства, начало которой находится в центре масс транспортного средства. Используя аналогичные свойства треугольника, можно получить уравнение для измерения радиуса поворота, учитывая соотношение между каждой стороной двух треугольников AFC и ADE , как в уравнениях (5) и (6).

v0vi = R + B2R − B2; R = B2 (V0Vi + 1 (v0vi − 1) = B2 (v0 + viv0 − vi) (5) ωz = vo + vi2R = vi (VoV-i-1) B (6)

Рисунок 8 . Кинематика гусеничного транспортного средства с противоскользящим управлением во время маневра рулевого управления по часовой стрелке, где B — ширина кузова транспортного средства, V, 0 — скорость для внешней колеи, а Vi — скорость для внутренней колеи.

Следует отметить, что радиус поворота, вычисленный в уравнении (5), учитывается в предположении, что не возникают эффекты проскальзывания между холостыми колесами и резиновой гусеницей, а также между резиновыми накладками и землей во время маневра поворота.Однако в реальном мире эффекты заноса и проскальзывания между холостыми колесами, резиновыми гусеницами и поверхностью земли могут наблюдаться для всех транспортных средств с бортовым поворотом, поскольку скольжение необходимо, когда необходимо изменить направление движения транспортного средства. Как следствие, даже при низкой угловой скорости рулевого управления традиционного кинематического подхода недостаточно для правильного описания положения автомобиля в окружающей среде. Разница между скоростью движения транспортного средства и угловой скоростью звездочки может быть получена в результате эффекта продольного скольжения i , который хорошо описывается следующим образом:

i = (1-Vrω) 100; (7) R ′ = B2 (v0 (1-i0) + vi (1-ii) v0 (1-io) -vi (1-ii)) (8)

, тогда как новая оценка скорости рыскания будет такой, как показано в следующем уравнении (9):

ωz ′ = vi (vo (1-i0) vi- (1-ii)) B (9)

3.2. Расширенный фильтр Калмана для эквивалентной дорожки

Несмотря на то, что некоторые исследования полагаются на оценку заноса для определения местоположения транспортного средства (Martinez et al., 2005) и планирование пути (Pentzer et al., 2014), точной связи между эффектом продольного заноса и поведением транспортного средства не установлено. приобрел еще. Конечно, можно учесть почти все эффекты заноса и скольжения как результат взаимодействия между левой и правой резиновыми гусеницами и поверхностью земли; Стоит даже отметить, что эффекты скольжения вносят ошибку в показания кодировщика, которые нельзя использовать для расчета положения транспортного средства.В этой работе понятие эквивалентной гусеницы, ранее введенное авторами (Reina, Galati, 2016), используется в качестве параметра для описания условий местности и классификации его в зависимости от величины проскальзывания, вносимого в систему транспортного средства. Выразив угловую скорость транспортного средства ω z как:

, где B s — оцененная эквивалентная дорожка, можно реализовать наблюдатель состояния с использованием EKF, расширив уравнение (10) на модель пространства состояний с дискретным временем (Reina et al., 2017b), где значения параметров меняются как при случайном блуждании:

xk + 1 = xk + ωk; zk + 1 = Hk + 1xk + 1 + vk + 1; (11)

, где x k = 1/ B s — это переменная состояния в момент времени k , а z k +1 — наблюдение, то есть ω, и H k +1 коэффициент измерения, то есть Δ V , в момент времени (k + 1) . k + 1 — это обновленный вектор состояния, а P k +1 — обновленная оценка ковариации ошибки.Оценка пробуксовки рассчитывается только при поворотах, поскольку фильтр отключается при прямолинейном движении из-за отсутствия возбуждения. Следует отметить, что измерение дорожки скольжения остается ограниченным. Когда транспортное средство движется по прямой, числитель и знаменатель в уравнении Bs = ΔVωz-1 являются бесконечно малыми величинами одного и того же порядка, что приводит к конечным значениям B s .

3.3. Анализ токов двигателя

В отличие от колесных транспортных средств, где часть протектора шины, касающаяся поверхности местности, очень мала, в то время как давление на грунт может достигать очень высоких значений, гусеничные транспортные средства характеризуются большим отпечатком пальца на поверхности почвы и более низким уровнем грунта. давление.Кроме того, значение максимального тягового усилия F max , которое может быть создано гусеничным транспортным средством, создается за счет касательного напряжения местности, τ max и площади контакта A, как показано на следующее уравнение:

Fmax = Aτmax = Ac + Wtanϕ (17)

, где A = 0,220 м 2 — площадь контакта для обоих путей, а W = 392 N — нормальная нагрузка, а c и ϕ строго связаны с типом местности.Поскольку в электромобилях тяговое усилие, тяга и крутящий момент можно рассматривать как примерно пропорциональные току двигателя постоянного тока:

, где T r — постоянная крутящего момента двигателя, а τ = 60 — передаточное число коробки передач. Таким образом, измеряя токи левого и правого электродвигателей при прямолинейном движении с постоянной скоростью, можно получить косвенную оценку сопротивления движению для конкретных условий местности, учитывая геометрию пути и вертикальную нагрузку.Из-за особой конструкции трассы стоит отметить, что амплитуда пиков тока и их период изменяются в соответствии с физическими характеристиками каждой местности. Неровности местности создают различную передачу мощности на гусеницы, требуя большего или меньшего крутящего момента двигателя. На асфальте значения тока двигателя имеют регулярные пики и периоды, поскольку поверхность почти плоская и не включает шероховатости; в этом случае ограничивается амплитуда электрического тока. На гравийных или каменных почвах значения тока имеют несколько высоких пиков из-за наличия обломков и неровностей, в то время как песчаная местность характеризуется низкими пиками, но наибольшей амплитудой тока.Это происходит потому, что песок имеет более высокую деформируемость, чем асфальт, и обеспечивает большую площадь контакта с гусеницами.

3.4. Вертикальные ускорения

Вибрация гусеничного транспортного средства на местности сильно отличается от реакции транспортного средства на колесах. Итак, для определения точной динамической модели гусеничного транспортного средства очень важно изучить реакцию транспортного средства на вибрацию. В линейных системах существует прямая линейная зависимость между входными и выходными сигналами.Обычно система транспортного средства, которая определяется своей передаточной функцией, учитывает входные данные, представляющие неровности местности, и генерирует выходные данные, представляющие вибрацию транспортного средства. В этом случае функция частотной характеристики может быть определена как отношение выходного сигнала к входному в установившихся условиях. Если можно рассмотреть упрощенную модель с одной степенью свободы для транспортного средства и как входные, так и выходные значения могут быть выражены в терминах смещения и вибрации подрессоренной массы, когда выходная мощность рассчитывается в терминах ускорений, тогда модуль передаточной функции H ( f ) выражается следующим образом:

| (H (f) | = (2πf) 211− (ffn) 2 (19)

, где f — частота возбуждения, а f n — собственная частота системы.Коэффициент демпфирования не включен в уравнение (19), поскольку амортизатор, используемый транспортным средством, работает только с пружиной без амортизаторов. Если передаточная функция конкретной системы известна, то можно выразить соотношение между спектральной плотностью мощности на входе S g ( f ) и спектральной плотностью мощности на выходе S v ( f ) всей системы следующим образом:

Sv (f) = | H (f) 2 | Sg (f) (20)

При рассмотрении линейных систем это соотношение показывает, как спектральная плотность выходной мощности связана со спектральной плотностью входной мощности через квадрат модуля передаточной функции.Спектральная плотность мощности определяет, как мощность сигнала распределяется по частоте, и она строго коррелирует с взаимодействием между профилем местности и гусеничной лентой, а также между лентой и гусеничной звездочкой. В отличие от колесных транспортных средств, которые обычно показывают только один пик в частотном ответе, транспортное средство, используемое для этого исследования, показало четыре различных и отдельных пика и четыре нечетных гармоники в целом. Изучение этого важного аспекта позволяет найти правильный отпечаток для каждого профиля местности.

Функция спектральной плотности мощности также использовалась для изучения поведения тока двигателя в установившемся режиме, когда транспортное средство движется прямо в течение не менее 30 с и с максимальной скоростью по разным местностям. Это дает общее представление о спектральном распределении энергии и текущей сигнатуре для каждого профиля местности.

4. Результаты экспериментов

4.1. Полевые эксперименты

Чтобы проверить метод и получить данные, было проведено несколько тестов на различных поверхностях местности: песке, гравии, грязи и асфальте.На рисунке 9 показан аэрофотоснимок испытательного поля, полученного с помощью Google Earth (40 ° 7 ‘56,0856 ″ с.ш., 18 ° 30’ 2,2356 ″ в.д.), используемого для экспериментальных кампаний (слева), которое находится в Отранто, Италия, и вид автомобиля, движущегося по небольшим естественным неровностям (справа). Во всех экспериментах машина «maXXII» была вынуждена выполнять два основных движения и, в частности, движение по прямой с постоянной скоростью 0,75 м / с с последующим маневром рулевого управления с постоянной скоростью поворота 45 град / с. . Во время каждого теста с помощью утилиты rosbag, предоставляемой ROS, регистрировался набор данных, включая токи двигателя, угловые скорости для звездочек гусеницы и ускорения по вертикальной оси с частотой F с = 120 Гц.Для каждой местности был определен «отпечаток пальца» путем объединения конкретных значений электрических токов, эквивалентного трека и спектральной плотности мощности как электрических токов, так и вертикальных ускорений; после этого для обучения модели классифицированным данным использовался инструмент обучения классификации.

Рис. 9. (A) Аэрофотоснимок испытательного поля в бокситовом карьере, (B) транспортное средство, движущееся по естественным неровностям.

4.2. Оценка местности

Зарегистрированные значения для эквивалентного пути показаны на Рисунке 10, где можно проверить поведение транспортного средства при поворотах по песку, гравию, грязи и асфальту.Все основные значения представлены в Таблице 1, а максимальная эквивалентная длина пути 1,329 м была зафиксирована во время испытания по грязи, где влажная поверхность создает самый высокий эффект скольжения, в то время как асфальт показал самое низкое среднее значение — всего 1,159 м.

Рисунок 10 . Эквивалентные значения дорожек для песка, гравия, грязи и асфальта.

Таблица 1 . Эквивалентные значения треков для разных ландшафтов.

Кроме того, токи двигателя демонстрируют различное поведение на каждой местности, показывая широкие и узкие пики тока на асфальте и гравии и почти плоскую тенденцию на грязи и песке.В этих двух последних случаях амплитуда тока была выше, чем на асфальте и гравии, поскольку песок и грязь являются более гибкими и предлагают большую площадь контакта для гусениц, что вызывает запрос на более высокое тяговое усилие, как показано на рисунке 11, где синий линия относится к току левого двигателя, а красная линия относится к току правого двигателя; смещение между обоими токами происходит из-за различных внутренних характеристик двигателя и рассеиваемой мощности. Средние значения тока приведены в таблице 2 и относятся к прямым путям.

Рисунок 11 . Значения тока двигателя для песка, гравия, грязи и асфальта.

Таблица 2 . Эквивалентные значения треков для разных ландшафтов.

Спектральная плотность мощности была вычислена по выборке с отрезком времени t = 10 с с использованием ускорений вдоль оси Z транспортного средства, записанных с помощью инерциального датчика, и показывает, как гусеницы взаимодействуют с профилем местности, как есть. можно увидеть на рисунке 12.

Рисунок 12 .Значения спектральной плотности мощности для песка, гравия, грязи и асфальта.

В частности, стоит отметить, что более высокое значение спектральной плотности мощности было зарегистрировано на уровне около 10 Гц для всех испытаний, показывая своего рода внутреннюю периодичность транспортного средства, как показано в таблице 3. Конкретная конструкция дорожки генерирует в общей сложности четыре гармоники. для каждого ландшафта: первый центрируется на частоте 10 Гц для всех ландшафтов, кроме грязи. Третья гармоника находится примерно на 30 Гц, пятая — на 50 Гц и седьмая гармоника — на 70 Гц.Густая грязь снижает подвижность всей трассы, и это вызывает очень медленную частотную характеристику, в то время как асфальт обеспечивает гораздо более отзывчивый и реактивный профиль местности.

Таблица 3 . Типичные значения PSD вертикального ускорения тела.

Предыдущий метод, основанный на функции спектральной плотности мощности, был применен также к токам двигателя при прямолинейном движении, чтобы добавить и улучшить информацию о сигнатуре профиля для каждой местности.

Для этой конкретной ситуации спектральная плотность мощности была вычислена с использованием метода Велча, который основывается на концепции использования оценок спектра периодограммы в результате преобразования сигнала из временной области в частотную для уменьшения шума в оцениваемой области. спектры мощности в обмен на уменьшение разрешения по частоте. Метод применяется как к левому, так и к правому мотору; среднее значение их СПМ-амплитуд рассматривается как дополнительный параметр для характеристики местности.В таблице 4 представлены некоторые типичные значения амплитуд PSD, применяемых к токам двигателя на различных участках.

Таблица 4 . Спектральная плотность мощности.

4.3. Алгоритм классификации

После 100 реальных кампаний испытаний были зарегистрированы средние значения тока двигателей и спектральной плотности мощности как для ускорений по оси Z, так и для тока двигателей для каждого профиля местности путем выполнения тестов для t = 40 с в течение прямая линия на определенной местности, в то время как эквивалентный путь был получен во время маневра рулевого управления на той же местности, с t = 10 с, чтобы создать реляционную базу данных, в которой каждая местность формально описывается диапазоном средних значений.На рисунке 13 показаны образцы средних значений, относящиеся к некоторым основным профилям местности. Данные были сохранены в текстовом файле, где каждый массив отсчетов состоял из четырех числовых значений (эквивалентная дорожка, ток двигателей, PSD по ускорениям, PSD по токам). Впоследствии вероятностная графическая модель, основанная на байесовской сети, представляющая группу переменных и их условных зависимостей с использованием направленного ациклического графа (DAG), была разработана для узла ROS для сравнения полученных в режиме онлайн данных датчиков с набором данных, хранящимся в базе данных.Этот узел ROS использовался для вывода оценок профиля местности в режиме онлайн путем запуска вероятностного алгоритма данных в реальном времени, поступающих от датчиков транспортного средства.

Рисунок 13 . Справочные значения для некоторых профилей местности.

5. Заключение

В этой статье был представлен метод определения характеристик местности, в котором использовался гусеничный автомобиль с бортовым поворотом и независимой пассивной подвеской. Он основан на оценке трех параметров, которые зависят от местности: токов двигателя, эквивалентного пути и спектральной плотности мощности.Эти параметры можно измерить во время нормального вождения, отслеживая движение автомобиля, токи двигателя и ускорения по вертикальной оси. Наблюдатель Калмана на основе модели был введен для оценки скольжения, в то время как функция спектральной плотности мощности использовалась для изучения вибрационной реакции транспортного средства для различных профилей местности. Эксперименты показывают, что классификатор может эффективно различать четыре типа профилей местности, включая асфальт, гравий, грязь и песок с высокой точностью более 89% для гравия и песка, как показано на рисунке 14.Обнаружение грязи представляет собой показатель успеха около 72% и требует дальнейших исследований из-за его непредсказуемости, в основном на гусеничных транспортных средствах. Дальнейшее продолжение этого исследования также рассмотрит смещение и положение подвески путем считывания данных с линейных потенциометров, установленных параллельно на каждом амортизаторе, чтобы исследовать частотную характеристику для каждой подвески.

Рисунок 14 . Точность предлагаемого метода классификации.

Доступность данных

Наборы данных, созданные для этого исследования, доступны по запросу соответствующему автору.

Авторские взносы

Оба автора внесли значительный вклад в концепцию и дизайн исследования. Они в равной степени занимались анализом и интерпретацией данных, а также написанием рукописи.

Финансирование

Исследование, приведшее к этим результатам, получило финансирование от Европейской комиссии Horizon 2020 в соответствии с соглашением о гранте n. 821988 ADE.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Список литературы

Беллоне, М., Рейна, Г., Кальтаджироне, Л., и Вад, М. (2018). Изучение проходимости из облаков точек в сложных сценариях. IEEE Trans. Intell. Транспорт. Syst. 19, 296–305. DOI: 10.1109 / TITS.2017.2769218

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Брукс, К. и Ягнемма, К. (2005). Классификация местности на основе вибрации для планетоходов. IEEE Trans. Робот. 21, 1185–1191. DOI: 10.1109 / TRO.2005.855994

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Broten, G.D., MacKay, D., and Collier, J. (2012). «Вероятностное обнаружение препятствий с использованием карт местности 2 1/2 D», в Труды 9-й конференции 2012 г. по компьютерному и роботизированному зрению (CRV) (Торонто, Онтарио), 17–23.

Google Scholar

DuPont, E., Moore, C., Collins, E., and Coyle, E. (2008). Метод частотной характеристики для классификации местности в автономных наземных транспортных средствах. Автономные роботы 24, 337–347.DOI: 10.1007 / s10514-007-9077-0

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эльфес, А., Бергерман, М., Карвалью, Дж. Р. Х., Пайва, Э., Рамос, Дж., И Буэно, С. (1999). «Робототехнические комплексы« воздух-земля »для совместных приложений: концепции и предварительные результаты», в 2nd International Conference on Field and Service Robotics (Pittsburgh, PA), 75–80.

Google Scholar

Хенсон, Г., Мейнард, М., Димитоглоу, Г., и Лю, X. (2008). «Алгоритмы и анализ производительности для навигации по пути автономных роботов, управляемых Акерманом», в Труды 8-го семинара по показателям производительности для интеллектуальных систем (Гейтерсбург, Мэриленд), 230–235.DOI: 10.1145 / 1774674.1774710

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джин, П., Ли, П., Ван, К., и Пу, З. (2015). Разработка и применение новых параметров спектральных характеристик для классификации типов почвенных солей на засушливых землях. Ecol. Индикат. 54, 116–123. DOI: 10.1016 / j.ecolind.2015.02.028

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, Л. и Санду, К. (2013). Стохастическое моделирование одномерных и двухмерных профилей местности с использованием подхода полиномиального хаоса. Внутр. J. Vehicle Des. 63, 305–326. DOI: 10.4271 / 2005-01-3559

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мартинес, Дж., Мандоу, А., Дж. Моралес, С. П., и Гарка-Сересо, А. (2005). Приближенная кинематика гусеничных мобильных роботов. Внутр. J. Робот. Res. , 24, 867–878. DOI: 10.1177 / 0278364

8239

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Маша Д., Берк М. и Твала Б. (2017). «Методы оценки скольжения для проприоцептивной классификации местности с использованием гусеничных мобильных роботов», в Ассоциация распознавания образов Южной Африки и робототехники и мехатроники (PRASARobMech) (Блумфонтейн), 1–7.

Google Scholar

Милелла А., Рейна Г. и Андервуд Дж. (2015). Самообучающаяся структура для статистической классификации местности с использованием радара и монокулярного зрения. J. Полевой робот. 32, 20–41. DOI: 10.1002 / rob.21512

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нарваез Ф., Рейна Г. и др. (2017). Обзор методов ранжирования и визуализации для фенотипирования точного земледелия. IEEE ASME Trans. Мехатрон. 22, 2428–2439.DOI: 10.1109 / TMECH.2017.2760866

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Охеда, Л., Боренштейн, Дж., Витус, Г., и Карлсен, Р. (2006). Характеристика и классификация местности с помощью мобильного робота. J. Полевой робот. 23, 103–122. DOI: 10.1002 / rob.20113

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пентцер, Дж., Бреннан, С., и Райхард, К. (2014). Прогнозирование кинематики роботов с бортовым поворотом на основе моделей с использованием онлайн-оценки мгновенных центров вращения гусениц. J. Полевой робот. 31, 455–476. DOI: 10.1002 / rob.21509

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рейна, Г., Пайано, М., и Бланко-Кларако, Дж. (2017b). Оценка параметров транспортного средства с использованием оценщика на основе модели. мех. Syst. Сигнальный процесс , 87, 227–241. DOI: 10.1016 / j.ymssp.2016.06.038

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рейна Г. и Галац Р. (2016). Оценка местности на основе скольжения с бортовым поворотом. Vehicle Syst.Dynam. 54, 1384–1404. DOI: 10.1080 / 00423114.2016.1203961

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рейна Г., Милелла А. и Галати Р. (2017a). Оценка местности для точного земледелия с использованием динамического моделирования транспортных средств. Bios. Англ. 162, 124–139. DOI: 10.1016 / j.biosystemseng.2017.06.025

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ротрок, Б., Папон, Дж., Кеннеди, Р., Оно, М., и Хеверли, М. (2016). «SPOC: классификация местности на основе глубокого обучения для миссий марсохода», в AIAA Space Forum (Лонг-Бич, Калифорния), 1–12.

Google Scholar

Шефер, Х.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *