Mengapa penemu Mars begitu lambat?

74

Penemu Mars biasanya sangat lambat. Keingintahuan, misalnya, memiliki kecepatan rata-rata sekitar 30 meter per jam.

Mengapa ini dirancang sangat lambat? Apakah itu karena beberapa pembatasan daya tertentu atau karena alasan lain? Apa alasan utama mengapa sangat lambat?

mobile-robot design

— sharptooth
sumber

7

Ada batasan fisik yang dibahas di bawah ini, tetapi pertimbangkan juga: kemana Anda akan pergi dengan kecepatan sangat tinggi?

Satu hal adalah jika pergi 45 mph, tampaknya jauh lebih mungkin bahwa itu akan terjungkal ketika menyentuh batu, dan jika saya merancang itu tentu saja dan kecepatan, saya tidak ingin dipecat ketika saya secara tidak sengaja merusak jutaan / perangkat miliar dolar yang sangat jauh. :)

— Penguin Anonim

89

Ini lebih berkaitan dengan suspensi bogie rocker daripada apa pun.

Sistem ini dirancang untuk digunakan pada kecepatan lambat sekitar 10 cm / s, sehingga dapat meminimalkan guncangan dinamis dan kerusakan konsekuensial pada kendaraan saat melewati rintangan yang cukup besar.

Sebagai gantinya untuk bergerak lambat, bajak mampu memanjat batu yang menggandakan diameter roda (suspensi normal memiliki masalah dengan apa pun lebih dari setengah diameter roda). Ini penting ketika bepergian di - secara harfiah - lanskap asing.

Pendakian

(gambar melalui http://en.smath.info/forum/yaf_postst995p2_Animation-of-mechanisms.aspx )

Ada manfaat lain yang datang dengan kecepatan lambat: korelasi yang lebih baik antara frame berturut-turut yang ditangkap oleh kamera navigasinya , lebih banyak waktu untuk merencanakan jalurnya , dan penghematan daya. Namun, tanpa kemampuan yang disediakan oleh sistem suspensi - mengatasi kendala yang ada di permukaan Mars tanpa terjebak atau menyebabkan kerusakan - manfaat lainnya diperdebatkan.

— Ian
sumber

10

Benar! Itulah alasan utama, dan itu berasal dari kebutuhan akan keselamatan dan ketidakpastian. Sangat mahal untuk mendapatkan bajak ke Mars, dan itu sangat berharga sekali di sana. Energi adalah faktor untuk jarak per sol, tetapi tidak terlalu banyak untuk jarak per jam. Anda dapat membayangkan penjelajah yang lebih cepat yang memiliki lebih banyak waktu dalam sehari untuk kegiatan lain (yang tidak terlalu intensif energi). Keterbatasan komunikasi bukanlah faktor yang banyak, karena otonomi dapat memungkinkan cukup banyak penjelajahan dalam sol jika suspensi dan energi bukan merupakan faktor. Prosesor Curiosity jauh lebih cepat daripada pada Spirit dan Opportunity.

— Mark Adler

1

@MarkAdler Semua benar, tetapi bajak apa pun yang dirancang untuk menghemat daya untuk digunakan dalam ledakan cepat harus membawa baterai yang sangat besar untuk tujuan itu, jadi suspensi berkualitas tinggi bukan satu-satunya penghalang.

2

Seperti yang terjadi, pada Curiosity, batasan energi utama pada mobilitas per sol bukanlah energi untuk menjalankan motor, melainkan energi untuk memanaskan motor dan kotak roda gigi hingga suhu operasinya di pagi hari. Yang benar-benar kita butuhkan adalah motor dan kotak persneling yang dapat beroperasi pada suhu Mars sekitar. Proyek MSL mencoba mengembangkannya, tetapi menemui masalah dan kembali ke teknologi yang ada.

— Mark Adler

Masalah apa yang disebabkan oleh suhu yang sangat rendah?

— Ansis Māliņš

2

Tunggu, THE @MarkAdler?

— Ian

37

Ini sepertinya pertanyaan softball tetapi secara mengejutkan halus. Ada beberapa jawaban yang sangat bagus di sini, tetapi saya dapat menambahkan beberapa ketelitian dasar.

Alasan mengapa penemu bergerak sangat lambat pada dasarnya adalah kebutuhan untuk berhati-hati dengan peralatan bernilai jutaan dolar. Tetapi ada beberapa kendala desain lainnya yang perlu disebutkan.

$\int_{T_{saya n saya t saya Sebuah l}}^{T_{f saya n Sebuah l}} [c_{0} v (t)^{2} + c_{1} Sebuah (t)^{2} + c_{3} v (t) + c_{4} Sebuah (t) + c_{5} v (t) * Sebuah (t) + C] d t$ $\int^{T_{final}}_{T_{initial}} [ c_0 v(t)^2 + c_1 a(t)^2 + c_3v(t) + c_4a(t) + c_5v(t)*a(t) + C ]dt$ $c_0...c_6$ . Catatan LIDAR digunakan secara luas dalam kendaraan tanpa pengemudi yang otonom seperti Google Car . Yang membawaku ke ...
$O(r^3)$ $r$
Keterlambatan komunikasi . Seperti yang disebutkan, robot adalah i) otonom, dan ii), terbatas indra. Manusia harus terus-menerus "check-in" untuk memastikan robot tidak melakukan sesuatu yang bodoh (terlepas dari algoritma perencanaan seni yang canggih). Ini berarti robot akan menunggu instruksi yang banyak , sehingga lambat kemajuan rata-rata menuju tujuan. Referensi sebelumnya membahas ini.
Stabilitas . Untuk mencapai stabilitas / ketahanan, penemu menggunakan sistem rocker-bogie. lihat ini . Sistem ini dirancang untuk dioperasikan pada kecepatan lambat. Jika Anda bergerak cepat, dan menabrak batu, Anda mematahkan bajak Anda. Coba bayangkan melakukan perencanaan gerak berbasis sensor itu. Sekarang cobalah untuk melakukannya ketika semua sensor Anda yang relevan berada di tiang yang melekat pada bagian atas robot Anda , dan Anda akan melihat bahwa menjaga muatan penginderaan stabil sangat penting.

— Josh Vander Hook
sumber

1

Ini bagus! Ini seperti posting saya, tetapi dimasukkan ke dalam istilah ilmiah. Saya akan menghapus posting saya yang mendukung ini, tetapi reputasi pada saat ini terlalu menggoda: D Namun saya yakin, ini akan mendapatkan poin yang lebih tinggi pada akhirnya.

— Shahbaz

1

: D Tolong, jangan hapus itu. Anda memiliki foto topik yang bagus untuk orang yang buta huruf.

— rics

25

Saya bukan ahli dalam bidang fisika, tetapi saya bisa memikirkan beberapa alasan:

Kekuasaan . Jumlah daya yang Anda butuhkan untuk melakukan tugas berbanding terbalik dengan waktu yang dibutuhkan untuk melakukan tugas itu. Saya pikir sudah diketahui umum bahwa melakukan sesuatu lebih cepat memerlukan lebih banyak daya, jika tidak, Anda dapat melakukan semuanya dengan sangat cepat tanpa biaya.
Kecepatan Komputasi . Pernyataan tentang kekuasaan (di atas) tidak terbatas pada gerakan. Itu juga berlaku untuk perhitungan. Pernahkah Anda memperhatikan ketika laptop Anda dalam mode hemat daya, itu berjalan lebih lambat? Dengan prosesor, jika Anda menghitung sesuatu dua kali lebih cepat, Anda perlu empat kali lebih banyak energi untuk melakukannya. Akibatnya, kemungkinan besar, CPU mars rover juga tidak berfungsi pada kecepatan tinggi. Oleh karena itu, jika bajak membutuhkan waktu untuk memproses sesuatu sebelum bergerak (misalnya gambar lingkungan), ia harus bergerak lebih lambat sehingga akan menerima data pada kecepatan yang lebih lambat. Cukup lambat sehingga bisa memprosesnya.
Stabilitas . Saya yakin saya tidak perlu memberi Anda formula untuk fenomena ini:

Sederhananya, semakin lambat Anda pergi, semakin kecil kesempatan untuk mengangkat punggungan dan mungkin kehilangan stabilitas saat mendarat.
Kemampuan manuver . Jika Anda melaju pada kecepatan yang cukup lambat, Anda tidak akan mengalami kesulitan menyetir. Di sisi lain, pada kecepatan tinggi, Anda perlu kelengkungan yang lebih besar untuk berputar, serta lebih banyak tekanan pada roda di sisi luar.

Perhatikan bahwa beberapa masalah ini, seperti stabilitas, juga berlaku untuk robot di bumi. Namun, di sini di bumi kita selalu dapat membalik kendaraan jika terbalik, tetapi di Mars kita tidak bisa mempercayai orang Mars di atasnya (mereka mungkin suka bajak terjebak di punggungnya dan mulai menyembahnya, yang sama sekali tidak keren untuk kita) .

— Shahbaz
sumber

3

Energi mungkin merupakan faktor pembatas utama. Keingintahuan berbobot hampir satu ton (mirip dengan subkompak), tetapi sumber dayanya hanya menghasilkan daya 125W. Jika semua daya tersedia untuk drive train, itu hanya akan menjadi .16HP; jumlah aktual yang tersedia lebih sedikit karena komputer, instrumen, dan radio semuanya mengambil bagian juga.

— Dan Neely

1

Saya ragu untuk mempertimbangkan kebutuhan Anda sebagai alasan yang kuat. Mendapatkan tenaga yang cukup untuk kecepatan tinggi, durasi yang lama, bajak tidak mungkin dilakukan dengan teknologi saat ini sehingga semua misi yang diusulkan dirancang untuk laju perjalanan yang lambat dan studi mendalam tentang area yang relatif kecil. Jika penjelajah dengan jangkauan 10-100 km / hari adalah mungkin, satu set proposal penelitian yang sama sekali berbeda akan mungkin terjadi. ex Jelajahi panjang Valles Marineris untuk menentukan bagaimana ukiran itu.

— Dan Neely

1

+1 Stabilitas dapat menjadi masalah serius mengingat perbedaan dalam gravitasi.

— Sulthan

2

"Jumlah energi yang Anda gunakan untuk tugas berbanding terbalik dengan kuadrat waktu yang dibutuhkan untuk melakukan tugas itu." - Ini tidak benar. Melakukan sesuatu dua kali lebih cepat membutuhkan dua kali kekuatan, tetapi jumlah energinya sama. Kecuali jika faktor pembatasnya adalah sesuatu yang bersisik dengan kuadrat itu sendiri (seperti timbangan fluida dengan kuadrat kecepatan Anda), tetapi untuk menerapkannya pada penjelajah Mars, Anda harus menjelaskan faktor pembatas spesifik apa yang ada.

— MatsT

1

Ini semua adalah alasan bagus mengapa robot pada umumnya akan lambat, tetapi mengapa Curiosity menjadi lambat adalah hasil dari desain penskorsannya.

— Ian

19

Salah satu alasannya adalah karena keterlambatan komunikasi antara Bumi dan Mars.

Waktu perjalanan bolak-balik untuk sinyal dari Bumi ke Mars adalah beberapa menit, yang berarti Anda tidak dapat melakukan teleoperasi robot secara realtime. Itu berarti bahwa robot memerlukan beberapa kemampuan penghindaran rintangan otonom untuk membantu mencegahnya dari macet atau dalam masalah.

Peralatan penghindaran bahaya pada mars rover umumnya dirancang dengan cara yang sangat konservatif, yang berarti mengemudi lambat dan sering berhenti untuk memeriksa lingkungan Anda.

Dari Wikipedia, untuk the Mars Exploration Rovers (Spirit and Opportunity):

... perangkat lunak penghindaran bahaya menyebabkannya berhenti setiap 10 detik selama 20 detik untuk mengamati dan memahami medan ke mana ia didorong.

— WildCrustacean
sumber

persis. prosesor dan perangkat lunak yang tersedia pada saat desain / build / launch / pembaruan jarak jauh kendaraan tidak bisa lebih cepat dari itu.

— hobs

Sepertinya ini hazard avoidanceadalah paradigma yang salah. Robot harus bertindak seperti kecoak setelah pendaratan darurat setelah 50 m vertikal turun penerbangan: bangun dan boogie. Anda dapat mengujinya bahkan di bumi, tidak sampai beberapa menit di Mars.

— ott--