SIMULAÇÃO DO ROBÔ

 

A simulação robonauta foi desenvolvida para colmatar uma lacuna entre as operações e atividades de desenvolvimento. Em teoria, a única maneira de validar algoritmos de controle, algoritmos de agarrar, de planejamento de trajetória, etc, é a interface diretamente com Robonaut. Este método é menos do que desejável por várias razões. Em primeiro lugar, é sempre arriscado para testar algoritmos de controle não verificadas pela primeira vez em hardware robótico; garantia de que nenhum dano será feito para que o robô é essencial. Em segundo lugar, há muitos mais utilizadores disputam o tempo robonauta do que há horas do dia.Muitos desses usuários são da indústria remoto e sites de universidades que, além de in-house engenheiros, o acesso desejo de robonauta para pesquisa e testes. Finalmente, uma plataforma separada para desenvolver e aperfeiçoar as interfaces de telepresença foi também desejada por razões de segurança. Uma simulação que combinava com a aparência, cinemática e dinâmica de robonauta poderia preencher esta lacuna, além de fornecer os recursos adicionais mencionados. Durante a fase de design, o desejo foi o de desenvolver uma simulação que:

1. Servir como uma plataforma para testar teorias novo controle e configurações sem ter de construir maquetes elaboradas e hardware caro.
2. Fornecer um método para grupos internos, bem como a indústria selecionar e universidades, para desenvolver projetos independentes, teorias e software para controlar Robonaut.
3. Fornecer um método para o pessoal robonauta para validar novo controle, cinemática inversa, planejamento de caminho, etc software no que diz respeito a questões de segurança e operacionais.
4. Aumentar a consciência para a situação de teleoperador, fornecer overlays da postura atual do robô para compensar limitado campo de visão.
5. Permitir testes e desenvolvimento de novos protocolos de comunicação e hardware de telepresença, sem risco para Robonaut.
6. Permitir o desenvolvimento de nova cinemática e dinâmica de algoritmos de controle de software sem risco para Robonaut.
7. Realizar para a frente e cinemática inversa na cabeça, punho esquerdo e direito, cauda e dedos para controlar o espaço cartesiano.
8. Permitir o controle do espaço articular dentro da simulação, já que esta capacidade não é actualmente permitida em robonauta para certas operações. Existem actualmente 43 graus de liberdade (DOF) em robonauta com DOF adicionais já planejados.
9. Dinamicamente robonauta imitar, tanto quanto possível.
10. Operar em ou perto de velocidades em tempo real no laptop ou PCs lado da mesa. A taxa de atualização mínima seria de 15 Hz com 30 Hz sendo ótima.
11. Interface com hardware de telepresença padrão atual, como Technologies Mão Virtual CyberGloves e sensores de monitoramento Polhemus movimento.

A versão atual da simulação atenda à maioria dos critérios acima referidos. Os únicos critérios que não atende é o dedo controlar o espaço cartesiano e dinâmica de corpos rígidos. Estes serão adicionados no futuro próximo. Dinâmicas atuais são limitados a todas as 43 juntas de ter limites rígidos e limites de velocidade angular. Isto proporciona movimento realista, sem recorrer a métodos computacionalmente mais caro.

Um benefício do desenvolvimento de simulação é a derivação de protocolos de comunicação entre robonauta eo mundo exterior. Inicialmente, era difícil robonauta fio a todos os dispositivos de entrada. Com o advento da simulação, os protocolos foram desenvolvidos que permitem robonauta para conversar com o software de controle externo, portanto, movendo-o a um passo de teleoperação completa a longas distâncias. A simulação também funciona como uma ferramenta de conhecimento da situação desde a simulação podem ser acionados diretamente por Robonaut, mostrando o real pose (em oposição ao comando pose) para os operadores remotos.

Outro benefício da simulação respeita ao ordenamento do caminho. Agora os operadores podem testar os movimentos de braço em tarefas difíceis antes da operação atual do robô, minimizando assim o risco para o hardware.

A simulação foi desenvolvido usando o Core Enigma e interfaces especialmente concebidos e IK para o DOF robonauta 43. O Core Enigma é um conjunto de bibliotecas desenvolvidas in-house pela NASA / JSC para animação e simulação computacional. Enigma é executado no Windows 95/98/2000/NT, Irix da SGI, e Sun Solaris. Ele fornece animação de operações da missão shuttle para briefings diretor de vôo e publicações da mídia. Enigma também serve como um pacote gráfico front-end para a NASA numerosos, indústria e simulações universidade. Usando o Core Enigma, não só nós reduzir significativamente o tempo de desenvolvimento da simulação Robonaut, mas nós nos beneficiamos de ser capaz de gravar vídeo, mpegs, e fotos em vários formatos. Todos os IK foi desenvolvido especificamente para Robonaut. A maioria dos IK foi derivado de algoritmos de controle robonauta de tal forma que a simulação teria mais de perto correspondem ao hardware real. Todas as comunicações são tratadas através NDDS versão 2.3 e especialmente concebidos pacotes de dados.

O primeiro teste para a simulação robonauta será o Texas Fly High-experimento programa de Mentoria. Esta experiência irá medir o efeito de teleoperação em seres humanos dentro de um ambiente de microgravidade. O experimento será conduzido na NASA KC-135 aeronaves zero-G, carinhosamente conhecido como o "cometa do vômito". Para realizar esse experimento, a simulação vai residir em dois PCs laptop com duas Technologies Mão Virtual CyberGloves, sensores de movimento Polhemus, e um capacete de telepresença Mounted Display (HMD). Os laptops irá fornecer imagens para cada olho, que por sua vez, irá conduzir cada olho no HMD. A simulação robonauta manipula a sincronização do hardware e gráficos. Assuntos de teste irá realizar tarefas contra uma placa de tarefa virtual. Espera-se que estes dados fornecem informações valiosas sobre zero-G teleoperations.

O futuro da simulação robonauta é realmente brilhante. Utiliza para a simulação continuam a expandir-se. Atualmente, algoritmos de controle para novos apêndices vários, técnicas de agarrar, de planejamento de trajetória, etc estão sendo desenvolvidos utilizando a simulação. Dinâmica de corpos rígidos serão adicionados no futuro próximo. Como em todos os pacotes de software, a simulação será desenvolvido com base nas necessidades do seu grupo de usuário das pessoas.

Ferramentas de análise

Usamos métodos de análise de vários novela para projetar Robonaut, o sistema da NASA humanóide desenvolvido para trabalhar em órbita da Terra. Um dos principais objetivos do Robonaut está combinando exigências da tarefa, com uma configuração de sistema do robô, sintetizado com métodos computacionais, design interativo e visualização 3D. Desenvolvido como um programa chamado Optimus, os módulos do software de análise principais são a cinemática, o fluxo de energia (elétrica a partir da entrada em trabalho e calor), modelagem transiente térmico, resistência e deformação do sistema sujeitas multi-armada com a carga em todos os membros. Este software é usado para analisar tarefas específicas, com um espectro de tarefas, sendo considerados para a otimização global do sistema.

Modelo geral Humanoid

Esta figura mostra um sistema multi-armados genérico, com membros N, cada um com graus de liberdade M, para um conjunto total de nxm mobilidade. A estrutura de parâmetros DH é geral para cada segmento, com o modelo de cinemática direta, portanto, ter graus de liberdade de design 4xNxM (DDOF). O corpo, sem restrições, tem um adicional de 6 eixos de movimento livre, com 6 DDOF associado com o posicionamento relativo e orientação de origem de cada braço da estrutura central. A armada dois, um modelo de pernas mostrado na figura (N = 3, M = 7) tem um total de 108 DDOF.

Um banco de dados de componentes de trem de acionamento é usado para refinar os modelos do manipulador. Dados trem de acionamento inclui motores (massa, motor constante, resistência, raio, comprimento) e rodas de fricção (razão, raio, torque, comprimento), ligado em um modelo paramétrico para a animação 3D. Selecção dos elementos de disco determina volumes conjunta, massas, e varia de movimento, que são então ligados ao desenho do braço. Este modelo interativo é, então, conduzido pelos módulos de software de análise, apresentando configurações de robôs candidato para revisão do designer humano e orientação no processo de otimização.

Para determinadas tarefas, a primeira análise é uma avaliação do espaço de trabalho, ajustando os parâmetros DH para que o sistema para atender às exigências trajetória, explorando os espaços nulo auto de movimento para minimizar a escala de robô. O segundo passo é uma análise de energia, combinando velocidade trajetória força-requisitos para cinética de braço, que por sua vez são ligadas a cargas comuns e um conjunto calculado de torques do motor, correntes, e, finalmente, as suas cargas de aquecimento resultante. Esta análise tarefa é baseado no tempo e produz um fim-de-final perfil tarefa térmica que é usado em um modelo transitório de transferência de calor do sistema de robô inteiro.Resistência térmica pode ser calculada para um espectro de tarefas, otimizando o robô para uma ampla classe de serviço humanóide.

 

 

 

 

 

 

fonte: https://robonaut.jsc.nasa.gov/R1/sub/simulation.asp