Чому марсові ровери такі повільні?

Марсові мотори зазвичай дуже повільні. Допитливість, наприклад, має середню швидкість близько 30 метрів на годину.

Чому він розроблений так повільно? Це через якісь конкретні обмеження потужності чи з інших причин? Яка основна причина, чому це так повільно?

Це має більше спільного з підвіскою качалки, ніж усе інше.

Система призначена для використання на повільній швидкості близько 10 см / с, щоб мінімізувати динамічні удари та наслідки пошкодження автомобіля при подоланні значних перешкод.

В обмін на повільне переміщення, ровер здатний підніматися на скелі, що мають подвійний діаметр колеса (нормальна підвіска має проблеми з чим-небудь більше половини діаметра колеса). Це важливо під час подорожі в - буквально - чужорідному пейзажі.

(зображення через http://en.smath.info/forum/yaf_postst995p2_Animation-of-mechanisms.aspx )

Є й інші переваги, які надходять із повільною швидкістю: краща співвідношення між послідовними кадрами, знятими навігаційними камерами , більше часу для планування шляху та економії енергії. Однак без можливостей, що надаються системою підвіски - подолання перешкод, наявних на поверхні Марса, не застрягаючи або не спричиняючи шкоди, - інші переваги - суперечки.

Це здається питанням софтболу, але напрочуд тонко. Тут є кілька відмінних відповідей, але я можу додати трохи базової жорсткості.

Причина, що ровери рухаються так повільно, по суті, полягає в необхідності бути обережними з багатомільйонним обладнанням. Але є деякі інші дизайнерські обмеження, які варто згадати.

• Енергія - це найгірше вузьке місце для мобільних, автономних систем. Витрати на енергоресурси для системи для переміщення по поверхні зазвичай можна моделювати як де - константи, що представляють параметри двигуна (див. тут і тутc 0 . . . c

  $$\int^{T_{final}}_{T_{initial}} [ c_0 v(t)^2 + c_1 a(t)^2 + c_3v(t) + c_4a(t) + c_5v(t)*a(t) + C ]dt$$ $c_0...c_6$). Тож вартість подорожі до сусіднього кратера пропорційна квадрату швидкості та квадрату прискорення. Таким чином, повільніше коштує менше енергії в цілому. Зазвичай існує "швидкість перекидання", при якій споживається потужність, і це, як правило, дуже повільна швидкість. Таким чином, робочі рухаються повільно для економії енергії. Крім того, це означає, що робот не може переносити енергоємні датчики, такі як LIDAR . Примітка. LIDAR широко використовується в автономних автомобілях, без водіїв, таких як Google Car . Що приводить мене до ...

• Обчислювальне зондування . Зауважте, ми не розглядаємо владу. Тепер ми повинні усвідомити, що робот автономний (тобто, без водія). Враховуючи зменшені датчики, робот не може моделювати все своє оточення та планувати великий маршрут. Подумайте про це так, чи побігли б ви через ліс у темряві? Ні, якщо вам не потрібно. Робот постійно «в темряві», оскільки не може бачити дуже далеко вперед, тому рухається повільно, ретельно плануючи кожен крок. Пам'ять і процесор, необхідні для планування цих речей, є або ще гірше, де - радіус планування. дивіться тут і тут$O(r^3)$$r$

• Зв'язок Затримки . Як було сказано, робот є i) автономним та ii), обмеженим чутливістю. Люди повинні постійно "заїжджати", щоб переконатися, що робот не робить щось дурне (незважаючи на сучасні алгоритми планування мистецтва). Це означає , що робот буде чекати інструкцій на багато , при цьому повільно середньому прогресі на шляху до мети. Попередні посилання стосуються цього.

• Стабільність . Для досягнення стійкості / надійності, ровери використовують систему коромисел-візка. дивіться це . Ця система призначена для роботи на повільних швидкостях. Якщо ви їдете швидко, і потрапили в скелю, ви зламаєте свій ровер. Спробуйте уявити, як робите це планування руху на основі сенсорів. Тепер спробуйте це зробити, коли всі ваші відповідні датчики будуть на щоглі, прикріпленій до верху робота , і ви побачите, що збереження стабільності корисного навантаження є дуже важливим.

Я не такий фахівець з фізики, але можу придумати кілька причин:

• Потужність . Кількість енергії, яка вам потрібна для виконання завдання, обернено пропорційна часу, необхідному для виконання цього завдання. Я думаю, що добре відомо, що робити щось швидше вимагає більшої сили, інакше ти можеш робити все безмежно швидко без жодних витрат.
• Швидкість обчислення . Заява про владу (вище) не обмежується рухами. Це справедливо і для обчислень. Ви помітили, коли ваш ноутбук у режимі енергозбереження, він працює повільніше? Для процесорів, якщо ви обчислите щось удвічі швидше, для цього вам потрібно вчетверо більше енергії. В результаті, швидше за все, процесор марсомедиків також не працює з великою швидкістю. Тому, якщо роверу потрібен час, щоб обробити щось, перш ніж рухатися далі (наприклад, зображення навколишнього середовища), йому потрібно рухатися повільніше, щоб він отримував дані з меншою швидкістю. Досить повільно, щоб він міг їх обробити.

• Стабільність . Я вважаю, що мені не потрібно давати формули цього явища:

  

  Простіше кажучи, чим повільніше ви їдете, тим менший шанс піднятися через хребет і, можливо, втратити стабільність при посадці.

• Маневреність . Якщо ви їдете з досить повільною швидкістю, у вас не виникне жодних проблем з рульовим управлінням. З іншого боку, на великих швидкостях вам потрібна більша кривизна для повороту, а також більший тиск на колеса з зовнішньої сторони.

Зауважте, що деякі з цих питань, такі як стабільність, стосуються і роботів на землі. Однак тут, на землі, ми завжди можемо перевернути транспортний засіб, якщо він перекинувся, але на Марсі ми не можемо довіряти марсіанам на ньому (їм може сподобатися, що ровер застряг на спині і почав поклонятися йому, що абсолютно не круто для нас) .

Одна з причин - через затримку зв'язку між Землею та Марсом.

Час подорожі для сигналів із Землі на Марс становить кілька хвилин, а це означає, що ви не можете працювати в режимі реального часу. Це означає, що роботу потрібна деяка можливість автономного уникнення перешкод, щоб запобігти застряганню або іншим проблемам.

Обладнання для запобігання небезпекам на марсоходках, як правило, сконструйовано дуже консервативно, що означає повільний рух і часто зупиняйтесь, щоб перевірити ваше оточення.

З Вікіпедії, для Марсових дослідницьких роверів (дух і можливість):

... програмне забезпечення з уникнення небезпеки змушує його зупинятися кожні 10 секунд протягом 20 секунд, щоб спостерігати та розуміти місцевість, на яку він заїхав.