Nicolas Chantier, E2V
כחלק מהלימודים לתואר ראשון במכון הפדראלי השוויצרי בציריך (ETHZ), עסקו מספר סטודנטים בפרויקט מיקוד שעניינו רובוט מפרקי זוחל בעל חלקים מרובים. השם שניתן לו, Traloc, מורכב מקיצורי המילים “מעקב” (track) ו”איתור” (Localization). מכאן אפשר כבר להבין כיצד הרובוט נע – בדיוק כמו זחל של טרקטור מונע על זחלים – ולאיזו מטרה הוא משמש – לאיתור ולגילוי אנשים קבורים ולכודים.
דברים רבים כל כך בחיים מתחילים עם חזון
מה היה קורה אם חיפוש אחר ניצולים יכול היה להתבצע על ידי רובוט, שאפשר לשלוט בו ממרחק ביטחון ולשלוט בתנועותיו בתוך זירה של הרס? כיצד אפשר להקטין למינימום את הסיכון שלוקחים על עצמם צוותי הצלה באתר החיפושים? כיצד אפשר לנצל בצורה היעילה ביותר את מסגרת הזמן הקריטית שהיא בעלת מגבלה אמיתית? כיצד אפשר לאתר בדיוק רב אנשים לכודים וכיצד אפשר ליצור קשר עם ניצולים? שאלות אלו ודומות להן עמדו במוקד העניין של חברי הצוות.
והתשובה שלהם הייתה טובה מאוד: קורבנות לכודים יכולים להיות קבורים תחת כמה מטרים של הריסות. פעולות האיתור וההצלה של אנשים אלו עלולות להיות מבצע שחופן בחובו סיכון גדול, וגורם הזמן שבו קריטי. לכן מבצע כזה דורש מהקורבנות ומאנשי ההצלה להשקיע את המאמצים המרביים. במצב יוצא דופן זה, איתור מהיר ומדויק של הקורבן, כאשר באותו זמן לא ייווצרו רעידות, הופך להיות חיוני ביותר להצלה יעילה, מפני שסיכויי ההצלה הולכים ופוחתים במהירות, ככל שחולף הזמן.
זה המקום שבו נכנס לשימוש Traloc. הוא מתוכנן לסרוק אזורים לא יציבים שהגישה אליהם קשה, על מנת לגלות סימני חיים ולבצע משימות הכרוכות בגילוי ואיתור מדויקים.
מחזון למציאות
הפרויקט מתמקד באפשרות הביצוע התיאורטית ובאפשרות המימוש של מערכת הצלה בעלת יכולת תמיכה בשיטות הצלה ידועות ומבוססות היטב, ועם אפשרות להוסיף עליהן עוד שיטות.
Traloc הוא מערכת מודולרית אשר מורכבת לעת עתה מחמש יחידות בסיס עצמאיות המונעות באופן עצמאי. כל אחת מהן מתאפיינת במערכת הינע מרכזית שמניעה זחלים בכל ארבע הפאות הארוכות, על מנת להבטיח את התנועה לפנים ללא קשר לכיוון במרחב. לצורך זה, שתי יחידות בסיסיות מחוברות ביניהן באמצעות מפרק דמוי גימבל, אשר מאפשר תנועה בכיוון האופקי ובכיוון האנכי כאחד. מערכת הבקרה מורכבת מבקר מיקרו אחד עבור כל יחידת בסיס. הבקר מנהל את ההינע ואת ההטיה של יחידת הבסיס האמורה, וכן את התקשורת, עם בקרי המיקרו האחרים במערכת. על מנת לספק יכולות גבוהות אף יותר, התכנון המודולרי מאפשר לבצע הרחבה של Traloc בעזרת יחידות בסיס נוספות.
יחידת הבסיס
היחידות הבסיסיות של Traloc הן מערך של מבנים עצמאיים קובייתיים קלי משקל ובאורך של 200 מ”מ (בכל ממד אורך של כל מבנה כזה). היחידות בנויות כמודולים עצמאיים, והן מספקות מקום להינעים של הזחלים ושל המפרקים, למערכות האלקטרוניות, לחיישנים ולממשקים הקשורים להינעים. החלקים מצוידים בזוג זחלים בכל צד, אשר מונעים בו זמנית על ידי מערכת הנעה מרכזית. בפאות הקדמיות שלהם, הם מצוידים בנקודת גימבל ממונעת בעלת יכולת תנועה חופשית.
ההינע הראשי
זוגות הזחלים לאורך הצדדים של כל יחידת בסיס מורכבים מחגורות משוננות כפולות. הם מונעים בו זמנית על ידי מנוע יחיד דרך תמסורת הפחתת סיבובים מרכזית חלזונית עם ארבעה צירי יציאה – פיתוח נוסף של צוות Traloc. היתרון של עיקרון הינע זה טמון בעובדה שהוא יכול להניע את Traloc באופן מהימן, בלי כל תלות בפאה או בפאות שיש להם מגע בפועל. במכוון לא נעשה שימוש בניטור המבוסס על חיישנים. ההינע הראשי מתבצע באמצעות EC 32 flat IE, מנועים שטוחים חסרי מברשות של חברת maxon motor עם בקר המהירות 1-Q המשולב.
מפרק הביניים
רכיב ליבה מכני אחד הוא מפרק חדשני שתוכנן בידי הצוות. הרעיון מבוסס על מפרק גימבל המונע באופן פעיל שמאפשר זוויות נטייה של יותר מ-45 מעלות בשני המישורים. שתי דרגות החופש מנותקות זו מזו מבחינה מכנית, עובדה שמקילה על הבקרה והופכת את הדרגות לעמידות ביותר בפני הלמים חיצוניים. כל דרגת חופש מופעלת על ידי מנוע חשמלי דרך הינע שרשרת עם הפחתת סיבובים בשתי דרגות. בנוסף, חיישן זווית סיבובי ללא מגע משמש כדי למקם במדויק את המפרק. כל אחד מהצירים מונע על המנוע לזרם ישר חסר המברשות EC-max 22 עם יחידת תמסורת פלנטרית מורידה מובנית ועם רכיבים קרמיים, GP32C ועם בקר סרוו 1-Q-EC דגם DEC Module 50/5.
הבקרה
במבנה המודולרי של המערכת גלום פוטנציאל גדול למימוש של אלגוריתמים מתוחכמים עבור אפשרויות בקרה ייעודיות של יחידות הבסיס היחידות. על מנת לא ללחוץ יותר מדי על מסגרת הזמנים המוגבלת של הפרויקט, לא מומשה באב הטיפוס הנוכחי בקרת תנועה מורכבת. עם זאת, אפשר להדגים באופן מפורט אפשרויות חלופיות.
הרובוט Traloc מאופיין בממשק שבאמצעותו משודרים זוויות הסיבוב של כל אחד ממפרקי הביניים ומהירות התנועה. קיימות כמה שיטות עבור בקרת ההינע, כמו למשל תכנון מסלול באמצעות MATLAB, בעזרת קונסולת בקרה גרפית או באמצעות “בקר נחש” חלוצי שתוכנן בידי הצוות.
בשימוש בבקר נחש זה, המפעיל אוחז בידיו דגם ממוזער של Traloc. אפשר לקבוע את שינויי הצורה הנדרשים על ידי כוונון או יצירת מודל של הצלעות היחידות של “בקר הנחש” כל אחת ביחס לאחרות. מהירות התנועה נקבעת על ידי בקרת זחלן. השינויים שנעשים ב-Traloc הממוזער מעובדים ונשלחים כפרמטרים לבקרים המתאימים שביחידות הבסיס, ובכך יוצרים מחדש את הצורה ואת המיקום של “בקר הנחש”.
פרמטרי הבקרה משודרים דרך כבל המחובר מאחורי Traloc ואשר מכיל את קווי אספקת האנרגיה ואת קווי שידור הנתונים של המכשור שעל סיפון הרובוט ומשמש לחישת הסביבה.
חיישנים
המצלמה המורכבת בחזית יחידת הבסיס הראשונה יכולה לנוע בכל הצירים. מעבר להטיות אופקיות ואנכיות היא יכולה גם להיות מכוונת לאחור מעל ל-Traloc בכיוון ההפוך לכיוון התנועה.
מערכת מדידה פנימית ממוקמת ביחידת הבסיס האמצעית. המערכת מנטרת את הכיוון המרחבי של Traloc ומשדרת את הנתונים של האיתור, המיקום, והכיוון הגיאוגרפי אל יע”מ (CPU) חיצוני. נתונים אלו משמשים כדי לקבוע את המיקום של קורבנות שאותרו, וכן כדי לחשב את הנתיב הבטוח להחזרתו של Traloc. מלכתחילה תוכנן המימוש של כל יחידות הבסיס עם מערכות המדידה האינרציאליות, אך לא הייתה אפשרות להגשים זאת בשל
חוסר זמן.
עובדות מציאותיות ועתיד בדיוני
הצוות של Traloc ראוי למחמאות ותשבחות עבור “הרובוט מסוג אחר” והשיטות הקשורות בו ששימשו לפתרון.
במסגרת של פרויקט המיקוד מולאו כל המטרות העקרוניות. מובן שהפרויקט לא נתן מענה מכריע לכל ההיבטים הכרוכים ביישום מעשי עבור מצבים של אסון אמיתי. עם זאת, מבנה התכנון הבסיס הושלם בהצלחה והוכח שהוא בר ביצוע.
בחינה וניתוחים נוספים כבר יצאו לדרך. הפוטנציאל לשימוש עתידי ב-Tarloc נבחן בשיתוף עם מערכות הצבאיות לתגובה לאסונות (מנגנוני חיפוש והצלה, שהם חלק ממערכת התגובה לאסונות של הכוחות המזוינים של שוויץ עם תמיכה של משרדים לעניינים אזרחיים) ועם ארגונים שונים הנותנים מענה במקרים כאלו של אסונות.
הכותב הוא מרטין רואג
(Martin Ruegg), חברת maxon motor.
