Mars gezicileri neden bu kadar yavaş?

74

Mars gezicileri genellikle çok yavaşlar. Örneğin merak, saatte ortalama 30 metre hıza sahiptir.

Neden bu kadar yavaş tasarlandı? Bazı özel güç kısıtlamaları nedeniyle mi yoksa başka nedenlerle mi? Bu kadar yavaş olmasının en önemli nedeni nedir?

mobile-robot design

— keskin diş
kaynak

7

Aşağıda tartışılan fiziksel kısıtlamalar var, ama şunu da göz önünde bulundurun: Böyle bir hızda nereye gidersiniz?

Birincisi, 45 mil giderse, bir kayaya çarptığında devrilecek olması çok daha muhtemel görünüyor ve bir rota ve hız tasarlarsam, yanlışlıkla bir milyonu mahvettiğimde kovulmak istemem / çok uzakta olan milyar dolarlık bir cihaz. :)

— Anonim Penguen,

89

Bu yapmak için daha fazla sahip rocker boji süspansiyon her şeyden daha.

Sistem, oldukça büyük engellerin üstesinden gelirken dinamik şokları ve araçta meydana gelen hasarları en aza indirgemek için, yaklaşık 10 cm / s'lik yavaş hızlarda kullanılmak üzere tasarlanmıştır.

Yavaş hareket etmenin karşılığında, gezici tekerlek çapının iki katına kadar kayalara tırmanabilir (normal süspansiyon tekerlek çapının yarısında herhangi bir şeyle sorun çıkarır). Bu kelimenin tam anlamıyla - yabancı bir manzarada seyahat ederken önemlidir.

Tırmanmak

( http://en.smath.info/forum/yaf_postst995p2_Animasyon- of-mechanisms.aspx aracılığıyla resim )

Yavaş hızla gelen başka faydalar da var: navigasyon kameralarının yakaladığı art arda gelen çerçeveler arasında daha iyi korelasyon , yolunu planlamak için daha fazla zaman ve güç tasarrufu. Bununla birlikte, süspansiyon sistemi tarafından sağlanan özellikler olmadan - martian yüzeyinde bulunan engellerin sıkışıp kalmadan veya hasar vermeden önlenmesi - diğer yararlar oldukça fazla.

— Ian
kaynak

10

Doğru! Asıl sebep budur ve güvenlik ve öngörülebilirlik ihtiyacından kaynaklanmaktadır. Mars'a gitmek çok pahalı ve bir zamanlar paha biçilemez. Enerji sol başına uzaklık için bir faktördür, fakat saat başına uzaklık için çok fazla değildir. Diğer (çok enerji yoğun olmayan) aktiviteler için gün içinde daha fazla zamanı olan daha hızlı bir gezici hayal edebilirsiniz. İletişim kısıtlamaları bir faktör değildir, çünkü eğer özerklik eğer erteleme ve enerji bir faktör olmasaydı bir solda bir miktar fitile izin verebilirdi. Merak işlemci Ruh ve Fırsat'tan çok daha hızlıdır.

— Mark Adler,

1

@MarkAdler Tamamen doğru, ancak hızlı seri çekimde kullanılmak üzere güçten tasarruf etmek için tasarlanan herhangi bir gezici, bu amaç için çok ağır bir batarya taşımak zorunda kalacak, bu nedenle yüksek kaliteli süspansiyon tek engel değildir.

2

Olduğu gibi, Merak, sol başına hareketlilik üzerindeki ana enerji sınırlaması, motorları çalıştıran enerji değil , motorları ve dişli kutularını sabahları çalışma sıcaklıklarına kadar ısıtan enerjidir . Gerçekten ihtiyacımız olan şey, ortam Mars sıcaklıklarında çalışabilen motorlar ve dişli kutuları. MSL projesi bunları geliştirmeye çalıştı, ancak sorunla karşılaştı ve mevcut teknolojiye geri döndü.

— Mark Adler

Hangi problemler çok düşük sıcaklıklardan kaynaklanır?

— Ansis Māliņš

2

Bekle, @MarkAdler?

— Ian

37

Bu softball bir soru gibi görünüyor ama şaşırtıcı bir şekilde ince. Burada bazı mükemmel cevaplar var ama bazı temel titizliklerini ekleyebilirim.

Rovers'in bu kadar yavaş hareket etmesinin sebebi, esasen multi-milyon dolarlık bir ekipmana karşı temkinli olma gereğidir. Ancak bahsetmeye değer başka tasarım kısıtlamaları da var.

$\int_{T_{i n i t i a l}}^{T_{f i n a l}} [c_{0} v (t)^{2} + c_{1} a (t)^{2} + c_{3} v (t) + c_{4} a (t) + c_{5} v (t) * a (t) + C] d t$ $\int^{T_{final}}_{T_{initial}} [ c_0 v(t)^2 + c_1 a(t)^2 + c_3v(t) + c_4a(t) + c_5v(t)*a(t) + C ]dt$ $c_0...c_6$ . Not LIDAR, Google Araba gibi özerk, sürücüsüz araçlarda yaygın olarak kullanılmaktadır . Bu beni ...
$O(r^3)$ $r$
İletişim Gecikmeleri . Bahsedildiği gibi, robot i) özerk ve ii) algılama sınırlıdır. Robotun aptalca bir şey yapmadığından emin olmak için insanların sürekli "check-in" yapmaları gerekir (teknolojinin modern planlama algoritmalarına rağmen). Bu, robotun komutları çok bekleyeceği , dolayısıyla bir hedefe doğru ortalama ilerlemeyi yavaşlattığı anlamına gelir . Önceki referanslar bu konuyu ele almaktadır.
Kararlılık . Kararlılık / sağlamlık elde etmek için, gezici rocker-bogie sistemini kullanır. bkz bu . Bu sistem düşük hızlarda çalıştırılmak üzere tasarlanmıştır. Hızlı gidersen ve bir kayaya vurursan, gezicini kır. Bu sensör tabanlı hareket planlaması yapmayı hayal etmeye çalışın. Şimdi, tüm ilgili sensörleriniz robotunuzun tepesine bağlı bir direk üzerindeyken bunu yapmaya çalışın ve algılama yükünü sabit tutmanın çok önemli olduğunu göreceksiniz.

— Josh Vander Hook
kaynak

1

Bu harika! Benim görevim gibiydi, fakat bilimsel terimlerle ifade et. Görevimden bunu lehine silerdim, ama bu noktada ki itibar çok cazip: D Eminim ki, bu sonuçta daha yüksek puan alacaktır.

— Shahbaz

1

: D Lütfen silme. Okuma yazma bilmeyenler için konuyla ilgili güzel bir fotoğrafın var.

— rics

25

Fizikte o kadar da uzman değilim, ancak birkaç nedenden dolayı düşünebilirim:

Güç . Bir görevi yapmanız için gereken güç miktarı, bu görevi yapmak için geçen süreyle ters orantılıdır. Daha hızlı bir şey yapmanın daha fazla güç gerektirdiği iyi biliniyor, aksi taktirde herşeyi ücretsiz hızlı bir şekilde yapabilirsiniz.
Hesaplama Hızı . Güçle ilgili (yukarıdaki) ifade, hareketlerle sınırlı değildir. Hesaplama için de geçerlidir. Dizüstü bilgisayarınız güç tasarrufu modundayken, daha yavaş çalıştığını fark ettiniz mi? İşlemcilerde, iki kez daha hızlı bir şeyi hesaplarsanız, bunu yapmak için dört kat daha fazla enerjiye ihtiyacınız vardır. Sonuç olarak, büyük bir ihtimalle, mars gezginlerinden CPU da vardır değil yüksek hızda çalışan. Bu nedenle, gezicinin devam etmeden önce bir şeyi (örneğin ortamın görüntüleri) işlemesi için zamana ihtiyacı varsa, daha yavaş hareket etmesi gerekir, böylece verileri daha yavaş bir hızda alır. Onları işlemesi için yeterince yavaş.
Kararlılık . Sana bu fenomen için formül vermem gerekmediğine inanıyorum:

Basitçe söylemek gerekirse, ne kadar yavaş ilerlerseniz, sırtın üstünde kaldırma ve iniş yaparken dengenizi kaybetme şansınız o kadar küçük olur.
Manevra kabiliyeti . Oldukça yavaş bir hızda giderseniz, direksiyon yönlendirmede sorun yaşamazsınız. Öte yandan, yüksek hızlarda, dış taraftaki tekerleklere daha fazla baskı yapmanın yanı sıra, döndürmek için daha büyük bir eğriliğe ihtiyacınız vardır.

İstikrar gibi bu sorunların bazılarının dünya üzerindeki robotlar için de geçerli olduğunu unutmayın. Bununla birlikte, burada dünya döndüğü zaman aracı her zaman çevirebiliriz, ancak Mars'ta Marslılar üzerinde güvenemeyiz (gezici sırtına sıkışmış gibi olabilir ve ibadet etmeye başlayabilir, bu bizim için hiç de iyi değil) .

— Şahbaz
kaynak

3

Enerji muhtemelen en büyük sınırlayıcı faktördür. Merak neredeyse bir ton ağırlığa (bir alt sıkıştırmaya benzer), ancak güç kaynağı yalnızca 125W güç üretiyor. Tüm güç aktarma organları için mevcut olsaydı, sadece .16HP olurdu; Mevcut gerçek miktar, bilgisayarlar, enstrümanlar ve radyoların hepsinin de pay almasından dolayı daha düşüktür.

— Dan

1

İhtiyaç merminizi güçlü bir sebep olarak kabul etmekte tereddüt ediyorum. Yüksek hız, uzun süre için yeterli güç elde etmek, mevcut teknolojiyle gezici olmak mümkün değildir, bu nedenle önerilen tüm görevler yavaş bir seyahat hızı ve nispeten küçük bir alanın derinlemesine çalışılması için tasarlandı. Günde 10-100 km / gün aralığında bir gezici mümkünse, tamamen farklı bir araştırma önerisi mümkün olacaktı. Eski Nasıl oyulduğunu belirlemek için Valles Marineris'in uzunluğunu keşfedin.

— Dan

1

+1 Yerçekimi arasındaki farka bakıldığında stabilite ciddi bir problem olabilir.

— Sulthan

2

“Bir görev için kullandığınız enerji miktarı, bu görevi yapmak için harcadığı zamanla ters orantılıdır.” - Bu gerçekten doğru değil. Bir şeyi iki kat hızlı yapmak, iki kat kuvvet gerektirir, ancak aynı miktarda enerji gerektirir. Sınırlayıcı faktör, kareyle kendi başına ölçeklenen bir şey olmadığı sürece (sıvı direnci hızınızın karesiyle ölçeklenir gibi), ancak bunu Mars rover uygulamasına uygulamak için, hangi belirli sınırlayıcı faktörlerin olduğunu açıklamanız gerekir.

— MatsT

1

Bunların hepsi, genel olarak bir robotun yavaş ilerlemesinin iyi sebepleridir, fakat Merakın yavaşlaması neden, süspansiyon tasarımının bir sonucudur.

— Ian,

19

Bunun bir nedeni, Dünya ile Mars arasındaki iletişim gecikmesinden kaynaklanıyor.

Dünya'dan Mars'a sinyaller için gidiş dönüş süresi birkaç dakikadır, bu da robotu gerçek zamanlı olarak teleppe edemeyeceğiniz anlamına gelir. Bu, robotun sıkışıp kalmasını veya başını belaya sokmaması için bazı özerk engellerden kaçınma özelliğine ihtiyacı olduğu anlamına gelir.

Mars gezici araçlarındaki tehlike önleme ekipmanı genellikle çok muhafazakar bir şekilde tasarlanmıştır, bu da ortamınızı kontrol etmek için yavaş sürüş ve sık durma anlamına gelir.

Mars Keşif Gezicileri için (Wikipedia ve Spirit):

... tehlike önleme yazılımı, kullandığı araziyi gözlemlemek ve anlamak için 20 saniyede bir her 10 saniyede bir durmasına neden olur.

— WildCrustacean
kaynak

kesinlikle. araç tasarımı / yapımı / başlatılması / uzaktan güncelleme sırasında mevcut olan işlemciler ve yazılım bundan daha hızlı olamaz.

— ocaklar

Bu hazard avoidanceyanlış paradigma gibi görünüyor . Robot, düşmeden 50 m düşüşte uçuştan sonra inişten sonra hamamböceği gibi hareket etmelidir: kalk ve boogie. Mars'taki ışık tutan dakikalara değil, dünyada bile test edebilirsiniz.

— ott--