Robot, nebo had?

Tags: CAD | Mechatronika

Za našich dětských dob a možná i nyní mezi dětmi koloval jeden vtip. Ptali se dítěte, čím by chtělo být. A ono, že hadem. A proč? Protože si lehnu a jdu. Představa, že si lehnu a jdu, je sice lákavá, ale opravdu velmi dětská. Za našich dětských let se o takových vleže se pohybujících technických zařízeních pouze snilo. Dnes se staly realitou konstrukce a výuky v oboru Mechatronika na našich vysokých školách. Kolik úsilí je třeba vyvinout a umu použít, aby se dalo lehnout a jít, popisuje následující text.

V současnosti se technická zařízení nejčastěji pohybují po zemi pomocí nekonečných rotačních elementů, jako jsou kola nebo pásy. Nekonečné rotační elementy jsou epochálním elementem ve strojích, nezávisle vyvinuté lidmi a pohybující se prostředky, které tyto elementy používají, jsou vytvořeny lidskou civilizací. Avšak tyto kolové pohybující se prostředky mají i své nedostatky. Existuje mnoho případů, ve kterých jsou nevhodné pro pohyb po nerovném terénu.

V přírodě nenajdeme analogii k pohybu pomocí kola a ani pomocí pásů.

V současné době je již několik aplikací, kde jsou použity přírodní analogie pohybů. Ve většině případů si však zatím člověk vystačil s klasickými dosud využívanými přístupy. Šance pro využití biologických vzorů jsou především v případech, kdy možnosti využití klasických prostředků z nějakých důvodů končí. Tento článek se zabývá konstrukcí modelu robota inspirovaného pohybem hadů. Model byl vyvinut v rámci diplomové práce [1] a využívá se jako didaktická pomůcka při výuce na Strojnické fakultě Technické univerzity v Košicích.

Úvod do pohybu plazů

1. harmonikový pohyb (concertina movement)
2. klikatý pohyb (serpentine movement)
3. boční ohýbání (sidewinding movement)
4. přímočarý pohyb (Rectilinear movement)

Obr. 1 Základní techniky pohybu hadů v pořadí shora dolů

1. Harmonikový pohyb,

2. klikatý pohyb,

3. boční ohýbání,

4. přímočarý pohyb

Harmonikový pohyb je klouzavá metoda používaná hady omezenými na přímou cestu přes úzkou přímou cestičku a hady umístěnými na ploše schodů, které jsou extrémně kluzké. Obzvlášť klouzavá konfigurace na takových schodišťových plochách je jevem, při němž v teoretické terminologii je koeficient statického tření větší než koeficient dynamického tření. Z toho důvodu je tento pohyb možné aplikovat dokonce ve velmi kluzkém prostředí, použitím tohoto klouzavého režimu. Nicméně účinnost takového pohybu je extrémně nízká.

Klikatý pohyb je pohyb, který je možno vidět obecně u téměř všech druhů hadů. Jde o klouzavý režim (glinding mode), jehož charakteristikou je, že každá část těla vytváří podobné stopy. Od starověkých dob to je režim, který je „pohonem“ hadů jako proud vody mezi kameny a přivádí lidi do úžasu. Z vyjmenovaných čtyř režimů může být tento považován za nejefektivnější z nich.

Boční ohýbání je klouzavá metoda používaná hady jako chřestýš, který žije v poušti a který zvedá část svého těla a pohybuje se jako roztáčející se spirálová cívka. V tomto režimu pohybu není žádný klouzavý pohyb mezi tělem a plochou klouzání prostřednictvím dynamické charakteristiky, která tělo kontaktuje s terénem. Kvůli této charakteristice je odolnost vůči kluznému tření malá a při pohybu v podmínkách, které nejsou pevné (tvrdé), jako je písečná půda, je pohybová účinnost vysoká.

Přímočarý pohyb je klouzavý pohyb vykonávaný se speciální konfigurací velkými hady jako chřestýš a zmije, když se blíží jejich kořist nebo se kloužou po hladké ploše.

Kinematické uspořádání článkovaného robota

Návrh hada-robota

Konstrukční uspořádání robota

Závěr

1. MAČANGA, M.: Návrh modelu zariadenia pohybujúceho sa po členitom povrchu, diplomová práce, vedoucí práce: Michal Kelemen, SjF TU Košice, 2009
2. HIROSE, S.: Biologically Inspired Robots. Snake-like locomotors and manipulators, Oxford University Press. New York, 1993. ISBN 0 19 856261 6

Článek byl vypracován v rámci řešení projektů:

• VEGA 1/0201/08 „Výzkum struktur a chování modulů mechatronické mobilní technické soustavy na úrovni orgánů a stavebních prvků za účelem zlepšení vlastnosti mobilní technické soustavy“,
• VEGA 1/0464/09 „Výzkum mechatronických soustav imitujících lokomoci hada v omezeném a proměnlivém prostoru“ a
• VEGA 1/0401/08 „Metody 3D modelování s uvažováním využití virtuálních simulačních CA-technologií“.