Tại sao sao Hỏa rovers rất chậm?

74

Rovers sao Hỏa thường rất chậm. Sự tò mò, ví dụ, có tốc độ trung bình khoảng 30 mét mỗi giờ.

Tại sao nó được thiết kế chậm như vậy? Có phải vì một số hạn chế quyền lực cụ thể hoặc vì lý do khác? Lý do hàng đầu tại sao nó rất chậm là gì?

mobile-robot design

— Răng sắc
nguồn

7

Có những hạn chế về thể chất được thảo luận dưới đây, nhưng cũng nên xem xét điều này: bạn sẽ đi đâu với tốc độ chóng mặt như vậy?

Một điều là nếu đi 45 dặm một giờ, có vẻ như nhiều khả năng nó sẽ lật đổ khi nó va vào một tảng đá, và nếu tôi thiết kế nó theo tốc độ và tốc độ, tôi sẽ không muốn bị đuổi khi vô tình làm hỏng hàng triệu / thiết bị tỷ đô rất xa. :)

— Chim cánh cụt vô danh

89

Nó có liên quan nhiều hơn đến việc đình chỉ bogie rocker hơn bất cứ điều gì khác.

Hệ thống được thiết kế để được sử dụng ở tốc độ chậm khoảng 10 cm / s, để giảm thiểu các cú sốc động và thiệt hại do xe gây ra khi vượt qua các chướng ngại vật khá lớn.

Để đổi lấy việc di chuyển chậm, người lái có thể leo lên những tảng đá có đường kính gấp đôi bánh xe (hệ thống treo bình thường có vấn đề với bất cứ thứ gì trên một nửa đường kính bánh xe). Điều này rất quan trọng khi đi du lịch - theo nghĩa đen - một cảnh quan ngoài hành tinh.

Leo

(hình ảnh qua http://en.smath.info/forum/yaf_postst995p2_Animation-of-mechanests.aspx )

Có những lợi ích khác đi kèm với tốc độ chậm: tương quan tốt hơn giữa các khung liên tiếp được chụp bởi các camera điều hướng của nó , có nhiều thời gian hơn để lập kế hoạch đường đi và tiết kiệm năng lượng. Tuy nhiên, không có các khả năng do hệ thống treo cung cấp - vượt qua các chướng ngại vật hiện diện trên bề mặt martian mà không bị kẹt hoặc gây ra thiệt hại - những lợi ích khác là tranh luận.

— Ian
nguồn

10

Chính xác! Đó là lý do chính, và nó xuất phát từ nhu cầu an toàn và dự đoán. Nó rất tốn kém để có được một chiếc rover lên sao Hỏa, và nó là vô giá một khi ở đó. Năng lượng là một yếu tố cho khoảng cách trên mỗi sol, nhưng không quá nhiều cho khoảng cách mỗi giờ. Bạn có thể tưởng tượng một rover nhanh hơn có nhiều thời gian hơn trong ngày cho các hoạt động khác (không quá tốn năng lượng). Giới hạn giao tiếp không phải là một yếu tố, vì quyền tự chủ có thể cho phép khá nhiều lưu động trong một sol nếu hệ thống treo và năng lượng không phải là một yếu tố. Bộ xử lý Curiosity nhanh hơn nhiều so với trên Spirit và Cơ hội.

— Đánh dấu Adler

1

@MarkAdler Tất cả đều đúng, nhưng bất kỳ rover nào được thiết kế để tiết kiệm năng lượng để sử dụng trong một vụ nổ nhanh sẽ phải mang theo một cục pin rất lớn cho mục đích đó, vì vậy, hệ thống treo chất lượng cao không phải là trở ngại duy nhất.

2

Như đã xảy ra, trên Curiosity, giới hạn năng lượng chính về tính cơ động trên mỗi sol không phải là năng lượng để chạy động cơ, mà là năng lượng để làm nóng động cơ và hộp giảm tốc đến nhiệt độ hoạt động của chúng vào buổi sáng. Những gì chúng ta thực sự cần là động cơ và hộp số có thể hoạt động ở nhiệt độ sao Hỏa. Dự án MSL đã cố gắng phát triển những thứ đó, nhưng gặp vấn đề và rơi trở lại công nghệ hiện có.

— Đánh dấu Adler

Những vấn đề được gây ra bởi nhiệt độ rất thấp?

— Ansis Māliņš

2

Đợi đã, @MarkAdler?

— Ian

37

Đây có vẻ như một câu hỏi bóng mềm nhưng tinh tế đáng ngạc nhiên. Có một số câu trả lời tuyệt vời ở đây, nhưng tôi có thể thêm một số nghiêm ngặt cơ bản.

Lý do các rovers di chuyển rất chậm về cơ bản là cần phải thận trọng với một thiết bị trị giá hàng triệu đô la. Nhưng có một số hạn chế thiết kế khác đáng được đề cập.

$\int_{T_{i n i t i a l}}^{T_{f i n a l}} [c_{0} v (t)^{2} + c_{1} a (t)^{2} + c_{3} v (t) + c_{4} a (t) + c_{5} v (t) * a (t) + C] d t$ $\int^{T_{final}}_{T_{initial}} [ c_0 v(t)^2 + c_1 a(t)^2 + c_3v(t) + c_4a(t) + c_5v(t)*a(t) + C ]dt$ $c_0...c_6$ . Lưu ý LIDAR được sử dụng rộng rãi trong các phương tiện tự lái, không người lái như Google Car . Điều này đưa tôi đến ...
$O(r^3)$ $r$
Sự chậm trễ truyền thông . Như đã đề cập, robot là i) tự trị và ii), cảm biến bị giới hạn. Con người phải liên tục "check-in" để đảm bảo robot không làm điều gì đó ngu ngốc (mặc dù thuật toán lập kế hoạch nghệ thuật của nó). Điều này có nghĩa là robot sẽ chờ hướng dẫn rất nhiều , do đó làm chậm tiến độ trung bình hướng tới mục tiêu. Các tài liệu tham khảo trước đây giải quyết điều này.
Ổn định . Để đạt được sự ổn định / mạnh mẽ, các rovers sử dụng hệ thống rocker-bogie. thấy này . Hệ thống này được thiết kế để hoạt động ở tốc độ chậm. Nếu bạn đi nhanh, và va vào một tảng đá, bạn sẽ phá vỡ rover của mình. Hãy thử tưởng tượng làm kế hoạch chuyển động dựa trên cảm biến. Bây giờ hãy thử làm như vậy khi tất cả các cảm biến có liên quan của bạn nằm trên cột gắn trên đầu robot của bạn và bạn sẽ thấy rằng việc giữ cho tải trọng cảm biến ổn định là rất quan trọng.

— Josh Vander Hook
nguồn

1

Điều đó thật tuyệt! Nó giống như bài viết của tôi, nhưng đặt trong các thuật ngữ khoa học. Tôi sẽ xóa bài viết của mình để ủng hộ điều này, nhưng danh tiếng tại thời điểm này quá hấp dẫn: D Tôi chắc chắn, cuối cùng điều này sẽ nhận được điểm cao hơn.

— Shahbaz

1

: D Xin vui lòng, không xóa nó. Bạn có một bức ảnh đẹp về chủ đề cho những người mù chữ.

— rics

25

Tôi không phải là một chuyên gia về vật lý, nhưng tôi có thể nghĩ ra một vài lý do:

Quyền lực . Lượng năng lượng bạn cần để thực hiện một nhiệm vụ tỷ lệ nghịch với thời gian cần thiết để thực hiện nhiệm vụ đó. Tôi nghĩ rằng ai cũng biết rằng làm một cái gì đó nhanh hơn đòi hỏi nhiều năng lượng hơn, nếu không bạn có thể làm mọi thứ nhanh vô cùng mà không mất phí.
Tốc độ tính toán . Tuyên bố về sức mạnh (ở trên) không giới hạn trong các phong trào. Nó cũng đúng cho tính toán. Bạn có nhận thấy khi máy tính xách tay của bạn ở chế độ tiết kiệm năng lượng, nó chạy chậm hơn? Với bộ xử lý, nếu bạn tính toán thứ gì đó nhanh gấp đôi, bạn cần năng lượng gấp bốn lần để thực hiện. Do đó, rất có thể, CPU của máy động lực sao hỏa cũng không hoạt động ở tốc độ cao. Do đó, nếu rover cần thời gian để xử lý một cái gì đó trước khi tiếp tục (ví dụ hình ảnh về môi trường), nó cần di chuyển chậm hơn để nó nhận được dữ liệu với tốc độ chậm hơn. Chậm đủ để nó có thể xử lý chúng.
Ổn định . Tôi tin rằng tôi không cần phải cung cấp cho bạn công thức cho hiện tượng này:

Nói một cách đơn giản, bạn càng đi chậm, cơ hội nhấc lên trên một sườn núi càng nhỏ và có thể mất đi sự ổn định khi bạn hạ cánh.
Khả năng cơ động . Nếu bạn đi với tốc độ khá chậm, bạn sẽ không gặp khó khăn gì khi lái. Mặt khác, ở tốc độ cao, bạn cần độ cong lớn hơn để xoay, cũng như áp lực nhiều hơn lên các bánh xe ở phía bên ngoài.

Lưu ý rằng một số vấn đề này, chẳng hạn như tính ổn định, cũng đúng với robot trên trái đất. Tuy nhiên, ở đây trên trái đất, chúng ta luôn có thể lật xe nếu nó bị lật, nhưng trên Sao Hỏa, chúng ta không thể tin người sao Hỏa vào nó (họ có thể thích chiếc đu quay bị mắc kẹt trên lưng và bắt đầu tôn thờ nó, điều này hoàn toàn không phù hợp với chúng ta) .

— Shahbaz
nguồn

3

Năng lượng có lẽ là yếu tố hạn chế chính. Curiosity nặng gần một tấn (tương tự như một subcompact), nhưng nguồn năng lượng của nó chỉ tạo ra 125W năng lượng. Nếu tất cả năng lượng có sẵn cho đào tạo lái xe sẽ chỉ là .16HP; số lượng thực tế có sẵn là ít hơn vì các máy tính, dụng cụ và radio đều có chung một phần.

— Dan Neely

1

Tôi do dự khi coi viên đạn cần thiết của bạn là một lý do mạnh mẽ. Có đủ năng lượng cho tốc độ cao, thời gian dài, công nghệ hiện tại không thể thực hiện được vì vậy tất cả các nhiệm vụ được đề xuất đều được thiết kế cho tốc độ di chuyển chậm và nghiên cứu sâu về một khu vực tương đối nhỏ. Nếu một rover với phạm vi 10-100km / ngày là có thể thì một bộ đề xuất nghiên cứu hoàn toàn khác có thể đã có thể. ex Khám phá chiều dài của Valles Marineris để xác định nó được chạm khắc như thế nào.

— Dan Neely

1

+1 Độ ổn định có thể là một vấn đề nghiêm trọng khi xem xét sự khác biệt về trọng lực.

— Sulthan

2

"Lượng năng lượng mà bạn sử dụng cho một nhiệm vụ tỷ lệ nghịch với bình phương thời gian cần thiết để thực hiện nhiệm vụ đó." - Điều này không thực sự đúng. Làm một cái gì đó nhanh gấp đôi đòi hỏi lực gấp đôi, nhưng cùng một lượng năng lượng. Trừ khi yếu tố giới hạn là thứ gì đó tự cân bằng với hình vuông (như thang đo sức cản của chất lỏng với bình phương tốc độ của bạn), nhưng để áp dụng điều đó cho người đi trên sao Hỏa, bạn phải giải thích những yếu tố giới hạn cụ thể nào.

— MatsT

1

Đây là tất cả lý do chính đáng tại sao một robot nói chung sẽ đi chậm, nhưng tại sao Curiosity đi chậm là kết quả của thiết kế hệ thống treo của nó.

— Ian

19

Một lý do là vì sự chậm trễ liên lạc giữa Trái đất và Sao Hỏa.

Thời gian khứ hồi cho các tín hiệu từ Trái đất đến Sao Hỏa là vài phút, điều đó có nghĩa là bạn không thể phát hiện ra robot trong thời gian thực. Điều đó có nghĩa là robot cần một số khả năng tránh chướng ngại vật tự trị để giúp ngăn chặn nó bị mắc kẹt hoặc gặp rắc rối.

Thiết bị tránh nguy hiểm trên xe tăng sao hỏa thường được thiết kế theo cách rất bảo thủ, có nghĩa là lái xe chậm và dừng thường xuyên để kiểm tra môi trường của bạn.

Từ Wikipedia, cho các cuộc thám hiểm sao Hỏa (tinh thần và cơ hội):

... phần mềm tránh nguy hiểm khiến nó dừng lại cứ sau 10 giây trong 20 giây để quan sát và hiểu địa hình mà nó đã lái.

— WildCrustacean
nguồn

chính xác. bộ xử lý và phần mềm có sẵn tại thời điểm thiết kế / xây dựng / khởi động / cập nhật từ xa không thể đi nhanh hơn thế.

— hobs

Có vẻ như đây hazard avoidancelà mô hình sai. Robot nên hành động như một con gián sau khi hạ cánh sau chuyến bay thẳng xuống 50 m: đứng dậy và boogie. Bạn có thể kiểm tra điều đó ngay cả trên trái đất, không phải là phút sáng trên sao Hỏa.

— ott--