Mobilní roboty s pásovým lokomočním ústrojím mají uplatnění ve všech nestrojírenských oblastech. Z hlediska zaměření se jedná o široké spektrum servisních úloh. Roboty využívají řadu manipulačních a technologických nástaveb. V současnosti má řada mobilních robotů s pásovým lokomočním ústrojím modulární strukturu. Článek je zaměřen na vybrané aplikace navrženého modulárního robotu s pásovým lokomočním ústrojím.
Například v jaderné energetice a energetice vůbec budou nacházet mobilní roboty s pásovým lokomočním ústrojím pro větší zatížení uplatnění pro nesení technologie řezání vodním paprskem nebo roboty vybavené radlicí apod., využitelné při bouracích činnostech a při likvidacích jaderných elektráren apod.
V oblasti výstavby budov se uplatňují zejména v dopravním stavitelství, v oblasti vytváření hrubých staveb, při stavbě tunelů apod. Roboty jsou převážně velmi robustní a nesou různé technologie pro broušení a frézování vodorovných i svislých povrchů, technologie řezání, vrtání apod. Využití nacházejí také v oblasti úpravy terénů venkovního prostředí.
Využití u bezpečnostních složek je specifické z hlediska širokého spektra konkrétních aplikací. Mobilní roboty s pásovým lokomočním ústrojím se využívají pro nesení zbraňových systémů, nástavbových modulů určených pro detekci chemických a bojových látek, nástavbových modulů pro odběr a transport kontaminovaných vzorků apod. V neposlední řadě se mohou roboty s pásovým lokomočním ústrojím využívat k vyprošťování zraněných vojáků s následným transportem k místu první pomoci a celá řada dalších aplikací.
Využití v ostatních oblastech se odvíjí od konkrétních požadavků při realizaci servisních úloh. Může jít například o oblast zdravotnictví, kde budou požadavky na využití ve vnitřním prostředí, v oblasti skladů apod.
Specifiká konstrukce
Při konstrukci pásových lokomočních ústrojí pro větší zatížení je nutné zohlednit některé specifické požadavky. Ty jsou odlišné od požadavků na lokomoční ústrojí pro malá zatížení a menší rozměry. Jedním z těchto požadavků je správná volba pohonů obou hlavních pásů, případně doplňkových pásů. Souvisí to s celkovou hmotností robotu a tedy i s nutnosti požadavku na potřebný kroutící moment pro pohon hnacího kola.
U robotu s menšími rozměry a tedy i menší hmotností se běžně využívají stejnosměrné motory. Požadované hodnoty na kroutící moment hnacího kola jednoho hlavního pásu se pohybují řádově do 150 Nm. Naproti tomu u robustních robotů s hmotnostmi řádově stovky kilogramů či několika tun jsou požadovány kroutící momenty na hnacím kole ve stovkách Nm.
Podle požadavku na danou servisní úlohu je nutné volit vhodný typ motoru a celou pohonnou jednotku hlavního pásu. Mnohdy je to nelehký úkol s ohledem na plynulé řízení rychlosti při rozjezdu a požadavky na bezdrátové řízení celého robotu.
Pro podvozky servisních robotů tohoto typu se využívají hydraulické motory, které vyvozují dostatečný kroutící moment. V tomto případě je nutné začlenit do pohonné jednotky hydrogenerátor a spalovací motor. S tím souvisí i použité zdroje energie pro pohonné jednotky.
Do vnitřního prostoru lokomočního ústrojí je nutné vhodně umístit nádrž na pohonné hmoty. Vzhledem k tomu, že se jedná převážně o mobilní roboty do venkovního prostředí, je nutné volit i vhodný typ pásu a uspořádání podpěrných a vodících kol. Pásy se v tomto případě volí článkové a podpěrná kola mohou být zároveň i jako vodící. Podpěrná kola bývají odpružená, případně pogumována z důvodu snížení rázu při pohybu robotu po členitém terénu a přejezdu překážek. Roboty tohoto typu mají většinou pouze dva hlavní pásy.
Rám lokomočních ústrojí pro větší zatížení představuje většinou svařovanou ocelovou konstrukci, která nese zatížení nástavbových modulů. Celkové uspořádání lokomočního ústrojí je potřeba volit tak, aby byla zajištěna dobrá průjezdnost členitým terénem a robot nezůstal viset na překážce. Důležitým parametre těchto lokomočních ústrojí je správný poměr mezi šířkou pásu a jeho kontaktní délkou s terénem.
V rámci řešení projektu pro vědu a výzkum byl vytvořen mobilní robot s pásovým lokomočním ústrojím pro větší zatížení, který vzniknul v rámci projektu na vědu a výzkum na Katedře robototechniky. Je znázorněn na obr. 1. Jedná se o pásový robot určený mimo jiné pro oblast městského prostředí se širokým spektrem uplatnění. Robot může nést větší zatížení a na horní platformu lokomočního ústrojí lze upevnit řadu různých nástavbových modulů.
Vzhledem ke koncepci pásového robotu a účelu jeho využití byly stanoveny požadavky na jeho půdorysné rozměry a další parametry. Byl dán požadavek schopnosti projet dveřmi o šířce 800 mm a jízdy po schodech.
Na obr. 2 je zachycena jedna fáze jízdy robotu v konfiguraci s manipulační nástavbou při přejezdu na interiérovém schodišti o normalizovaných rozměrech 170 x 290 mm. Základní technické parametry robotu jsou následující: 
• hmotnost podvozku: 128 kg
• nosnost: 150 kg
• celková šířka robotu: 731 mm
• celková délka robotu: 1 253 mm
• celková výška robotu: 810 mm
• výkon motoru: 600 W
• výška překonatelné překážky: 220 mm
• maximální rychlost: 8 km/h
• max. doporučený sklon terénu: 25 %
• napájení: 24 V DC
• řízení: smykem
• ovládání: bezdrátové z PC
Pásový robot ARES je řešený jako modulární konstrukce. Řadu modulů lze obměňovat (modul zdrojů energie, řídící modul, modul napínání pásu apod.). Ve spojení s nástavbovými moduly lze využít mobilní robot pro širokou škálu servisních úloh v městském prostředí. V tomto případě se může jednat o manipulační nástavby, zásobníky na odebrané vzorky, efektory pro odběr vzorků různého skupenství, kamerové subsystémy pro monitorování a kamerový subsystém pro pořizování 3D metrických dat, rozstřelovače pro likvidaci náloží apod. Dále lze vybavit robot detekčními přístroji pro kvalitativní stanovení nebezpečných látek a přístroji pro rekognoskaci zasaženého prostoru s dálkovým přenosem dat k operátorovi.
Velmi zajímavá aplikace je využití prototypu pásového robotu pro pořizování 3D metrických dat. V tomto případě využijeme kamerový subsystém určený pro tyto účely. Systém pro pořizování 3D metrických dat byl řešený předchozími grantovými projekty z fondu grantové agentury České Republiky. Spouštění závěrky kamer při pořizování dvojice snímků měřeného objektu je realizováno ze stanoviště operátora. Snímky jsou přenášeny bezdrátově na monitor k operátorovi. Zpracování snímků je prováděno přímo v počítači umístěném na robotu. Přesnost získaných 3D metrických dat závisí na velikosti a vzdálenosti měřeného objektu od mobilního robotu. Při vzdálenosti do cca 10m se dá očekávat odchylka řádu několika málo cm. Přesnost získaných 3D metrických dat závisí rovněž na typu použitých kamer a jejich objektivů. Spojení pásového robotu s kamerovým subsystémem pro pořizování 3D metrických dat je znázorněno na obr. 3.
Z hlediska konkrétního uplatnění lze vyrobený mobilní robot ARES s nástavbou pro získávání 3D metrických dat využít pro následující servisní úlohy v městském prostředí:
• získávání 3D metrických dat objektů při průzkumu neznámého terénu,
• získávání 3D metrických dat objektů při průzkumu nedostupného prostředí pro člověka,
• vhodným doplněním krytů lze robot využívat pro aplikace v chemicky či jinak zamořeném prostředí,
• bezpečnostní zásahy různého charakteru,
• měření rozměrů rozměrných objektů ve venkovním prostředí,
• v oblasti civilního využití může robot nahradit náročné a komplikované měření rozměrů velkých objektů při průzkumu terénu,
• specifické typy úloh pro pořizování 3D metrických dat.
 |
 |
Jako další konkrétní příklad konfigurace lze uvést umístění manipulační nástavby na horní plošinu lokomočního ústrojí. V tomto případě se jedná o servisní robot, například pro odběr vzorků v místě mimořádné události a jejich následné přenesení do pojízdné laboratoře. Upevnění manipulační nástavby a modulu pro odběr kapalných a plynných vzorků na pásové lokomoční ústrojí je znázorněno na obr. 4.
Robot ARES ve spojení s manipulační nástavbou lze využít pro zásahy v prostředí, kde došlo k výskytu nebezpečných látek. Kromě toho lze provádět řadu dalších servisních úloh. Může se jednat o následující situace:
• havárie v chemickém průmyslu nebo v energetice,
• havárie po živelných pohromách,
• havárie na produktovodech,
• havárie při přepravě nebezpečných látek po silnici, železnici
apod.,
• bezpečnostní zásahy (terorismus apod.),
• údržba zeleně v městských parcích,
• vytváření barevného značení na venkovních objektech apod.
Další konfigurace mobilního pásového robotu ARES s pásovým lokomočním ústrojím je ve spojení s vodním rozstřelovačem NVS, jak je znázorněno na obr. 5. Tento obrázek znázorňuje také vyrobený robot prezentovaný na akci Dny NATO v září 2010 a 2011. Robot v této konfiguraci je určen pro aplikace likvidace nebezpečných objektů jako např. výbušniny, stará munice apod. Jde o aplikace v rámci bezpečnostních zásahů, které provádí skupina pyrotechniků. Rozstřel se provádí na vzdálenost 6 až 12 m od cíle (likvidovaného objektu). Robot navádí operátor. K nastavení směru střelby se používá laserového zaměřovače. Rozměrové schéma robotu v této konfiguraci je znázorněno na obr. 6.
Uvedený modulární robot s pásovým lokomočním ústrojím představuje pouze některé aplikace, které jsou v současnosti realizovány. Připravují sa další koncepce lokomočního ústrojí a nástavbové moduly. Roboty tohoto typu a jejich modifikace mohou být využívány pro širokou škálu servisních úloh podle požadavků. Článek prezentuje poznatky získané při řešení projektu pro vědu a výzkum č. BI 3549011.
TEXT/FOTO: Ing. Ladislav Karník, CSc., Fakulta strojní VŠB-TU, Ostrava
