Inspekcyjny robot mobilny WARRIOR I
Rys. 1. Robot Warrior I – widok ogólny robota w trzech rzutach
W ostatnich latach obserwowany jest szybki rozwój robotyki mobilnej w zastosowaniach wojskowych i policyjnych. W aplikacjach tych roboty wykorzystywane są do różnorodnych zadań: zwiadowczych, interwencyjnych, ratunkowych, a nawet saperskich. Wyposażenie tego typu maszyn w inteligentne układy sensoryczne oraz systemy sterowania pozwala operatorowi na wykonywanie niebezpiecznych zadań w trudno dostępnych miejscach i niesprzyjających warunkach, a przy tym bez narażania własnego życia.
Takie warunki spowodowały powstanie pomysłu budowy inspekcyjnego robota terenowego Warrior I. Robot został całkowicie wykonany w Instytucie Automatyki i Robotyki Politechniki Warszawskiej w ramach prac Studenckiego Koła Naukowego Robotyki Mobilnej Cyborg ++. Ze względu na rodzaj przewidywanych funkcjonalności robota, wykonywanych zadań oraz środowisko pracy przyjęto następujące założenia projektowe:
- duża mobilność
- mała wysokość platformy
- możliwość pokonywania przeszkód znacznie wyższych od robota
- budowa modułowa
- solidna i wytrzymała konstrukcja nośna
- łatwość montażu i demontażu podzespołów robota.
Efektem przyjętych założeń był projekt i realizacja platformy mobilnej o napędzie elektrycznym. Platforma ma wymiary: długość 576 mm, szerokość 287 mm oraz wysokość 120 mm. Ponieważ jest to konstrukcja modułowa, a pojazd ma ruchome elementy, wymiary całej konstrukcji ulegają zmianie. Robot ma dwie pary gąsienic napędzanych dwoma silnikami prądu stałego – główną parę gąsienic stałą oraz pomocniczą ruchomą. Rozwiązanie to pozwala pojazdowi pokonywać przeszkody wyższe niż średnica kół napędowych oraz stabilizować jazdę podczas zjeżdżania ze stopni lub progów.
Zastosowany układ napędowy jest analogiczny do układów napędowych występujących w czołgach. Lewa i prawa gąsienica są napędzane przez niezależne silniki zasilane napięciem nominalnym 12 V. Robot ma cztery koła jezdne oraz dwie przednie rolki ruchomej gąsienicy. Gąsienice wykonane są z odpornego na ścieranie poliuretanu zbrojonego stalowymi linkami. Dla optymalizacji możliwości terenowych robota, wykorzystano reduktory planetarne znacznie zwiększające moment napędowy. Napęd przekazywany jest z kół tylnych przez gąsienice na podwójne koła przednie, które napędzają także dodatkowe ruchome gąsienice. W układzie napędowym zastosowano niezależne mechanizmy naciągu gąsienic głównych.
Przednie koła główne są podwójne ze względu na stosowanie dwóch par gąsienic. Na zewnętrzne koła są nałożone gąsienice główne, a na wewnętrzne - ruchome gąsienice pomocnicze. Przednie gąsienice zamocowane są na dwóch ruchomych ramionach wykonanych z aluminium. Na końcach ramion znajdują się mechanizmy napinające gąsienice dodatkowe. Za ruch ramienia, podobnie jak w przypadku głównego układu napędowego, odpowiedzialny jest silnik prądu stałego 12 V współpracujący z przekładnią planetarną. Ramię robota może obracać się w zakresie kątowym ±70°. Uniwersalna konstrukcja robota pozwala na opcjonalne dołączenie czterech kół o średnicy większej niż koła napędowe gąsienic. W tym wariancie robot zachowuje się jak pojazd czterokołowy, co zmniejsza opory ruchu podczas poruszania się po twardych i płaskich powierzchniach.
Kadłub robota wykonany jest z profili i blach duralowych. Zapewnia to całkowitą ochronę układów wewnętrznych robota, a dodatkowe osłony boczne chronią przed dostawaniem się między koła a gąsienice zanieczyszczeń i drobnych elementów napotkanych podczas pracy w terenie.
Robot Warrior I wyposażony jest w cztery czujniki podczerwieni umieszczone w bocznych osłonach. Odpowiadają one za pomiar odległości od przeszkód po bokach pojazdu. W przedniej części robota zamontowana została kolorowa kamera CCD o wysokiej rozdzielczości. Robot przystosowany jest także do pracy w warunkach niedostatecznego oświetlenia. Zapewnia to zespół szesnastu diód LED, poziomem intensywności świecenia steruje operator. Obraz z kamery przekazywany jest do odbiornika bezprzewodowo przy wykorzystaniu nadajników pracujących w paśmie 2,5 GHz.
Komunikacja między operatorem a robotem odbywa się na zasadzie topologii typu Master-Slave. Slave - pokładowy sterownik robota zbudowany – na mikrokontrolerze ATmega128 firmy Atmel – podporządkowany jest urządzeniu Master, z którego otrzymuje polecenia i do którego przesyła dane z sensorów. Komunikacja realizowana jest przez interfejs RS-232. Jednostką nadrzędną może być panel operatorski wyposażony w mikrokontroler z możliwością komunikacji RS-232 lub komputer klasy PC, z którego wydawane są polecenia.
Rafał Chojecki, Jakub Dębski, Piotr Fryc, Filip Jankun, Tomasz Pietrzak, Michał Walęcki· – Cyborg++