Почему марсоходы такие медленные?

Марсоходы обычно очень медленные. Любопытство, например, имеет среднюю скорость около 30 метров в час.

Почему он разработан так медленно? Это из-за определенных ограничений мощности или по другим причинам? Какова главная причина, почему это так медленно?

Это больше связано с подвеской рокера, чем с чем-либо еще.

Система предназначена для использования на медленной скорости около 10 см / с, чтобы минимизировать динамические удары и косвенный ущерб транспортному средству при преодолении значительных препятствий.

В обмен на медленное движение ровер может взбираться на камни, которые в два раза больше диаметра колеса (обычная подвеска имеет проблемы с чем-либо, превышающим половину диаметра колеса). Это важно, когда вы путешествуете - буквально - чужой пейзаж.

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

Есть и другие преимущества, связанные с низкой скоростью: лучшая корреляция между последовательными кадрами, снятыми навигационными камерами , больше времени для планирования своего пути и экономия энергии. Однако без возможностей, предоставляемых системой подвески - преодоление препятствий, присутствующих на марсианской поверхности без застревания или повреждения, - другие преимущества не имеют значения.

Это кажется вопросом софтбола, но удивительно тонким. Здесь есть несколько отличных ответов, но я могу добавить немного строгости.

Причина, по которой марсоходы движутся так медленно, по сути, заключается в том, что нужно быть осторожным с оборудованием стоимостью в несколько миллионов долларов. Но есть некоторые другие конструктивные ограничения, которые стоит упомянуть.

• Энергия - это просто худшее узкое место для мобильных автономных систем. Стоимость энергии для перемещения системы по поверхности обычно может быть смоделирована как где - константы, представляющие параметры двигателя (см. здесь и здесь

  $$\int^{T_{final}}_{T_{initial}} [ c_0 v(t)^2 + c_1 a(t)^2 + c_3v(t) + c_4a(t) + c_5v(t)*a(t) + C ]dt$$ $c_0...c_6$). Таким образом, стоимость поездки в близлежащий кратер пропорциональна квадрату скорости и квадрату ускорения. Таким образом, медленнее стоит меньше энергии в целом. Обычно существует «скорость опрокидывания», при которой резко возрастает потребление энергии, и обычно это очень медленная скорость. Таким образом, роботы двигаются медленно, чтобы сэкономить энергию. Кроме того, это означает, что робот не может нести энергоемкие датчики, такие как LIDAR . Примечание. LIDAR широко используется в автономных транспортных средствах без водителя, таких как Google Car . Что приводит меня к ...

• Вычислительное зондирование . Обратите внимание, мы не рассматриваем власть. Теперь мы должны понимать, что робот является автономным (т.е. без водителя). Учитывая уменьшенные датчики, робот не может моделировать всю свою среду и планировать большой маршрут. Подумай об этом, беги по лесу в темноте? Нет, если вам не нужно. Робот постоянно «в темноте», так как он не может видеть очень далеко вперед, поэтому он движется медленно, тщательно планируя каждый шаг. Память и процессор, необходимые для планирования этих вещей, составляют или хуже, где - радиус планирования. смотрите здесь и здесь$O(r^3)$$r$

• Задержки связи . Как уже упоминалось, робот является i) автономным и ii) ограниченным по ощущению. Люди должны постоянно «регистрироваться», чтобы убедиться, что робот не делает глупостей (несмотря на современные алгоритмы планирования). Это означает, что робот будет ждать инструкций много , таким образом, медленное среднее продвижение к цели. Предыдущие ссылки обращаются к этому.

• Стабильность . Для достижения стабильности / надежности роверы используют систему качания-тележки. см это . Эта система предназначена для работы на низких скоростях. Если вы идете быстро и врезаетесь в камень, вы ломаете свой ровер. Попробуйте представить себе, что планирование движения основано на датчике. Теперь попробуйте сделать это, когда все ваши соответствующие датчики находятся на мачте, прикрепленной к верхней части вашего робота , и вы увидите, что сохранение стабильности полезной нагрузки очень важно.

Я не такой знаток физики, но могу придумать несколько причин:

• Мощность . Количество энергии, необходимое для выполнения задачи, обратно пропорционально времени, которое требуется для выполнения этой задачи. Я думаю, что общеизвестно, что для выполнения чего-то быстрее требуется больше энергии, в противном случае вы могли бы делать все бесконечно быстро и бесплатно.
• Скорость вычислений . Утверждение о власти (выше) не ограничивается движениями. Это также верно для вычислений. Вы заметили, что когда ваш ноутбук находится в режиме энергосбережения, он работает медленнее? С процессорами, если вы вычисляете что-то в два раза быстрее, вам нужно в четыре раза больше энергии для этого. В результате, скорее всего, процессор марсоходов также не работает на высокой скорости. Поэтому, если роверу требуется время для обработки чего-либо перед продолжением (например, изображения среды), ему нужно двигаться медленнее, чтобы получать данные с более медленной скоростью. Достаточно медленно, чтобы он мог их обработать.

• Стабильность . Я считаю, что мне не нужно давать вам формулы для этого явления:

  

  Проще говоря, чем медленнее вы идете, тем меньше вероятность подняться над гребнем и, возможно, потерять устойчивость при приземлении.

• Маневренность . Если вы едете на достаточно медленной скорости, у вас не будет проблем с рулевым управлением. С другой стороны, на высоких скоростях вам требуется большая кривизна для поворота, а также большее давление на колеса на внешней стороне.

Обратите внимание, что некоторые из этих проблем, такие как стабильность, верны и для роботов на земле. Тем не менее, здесь, на земле, мы всегда можем перевернуть автомобиль, если он перевернулся, но на Марсе мы не можем доверять ему марсиан (им может понравиться ровер, застрявший на его спине, и начать поклоняться ему, что совершенно не круто для нас) ,

Одна из причин - задержка связи между Землей и Марсом.

Время прохождения сигналов с Земли на Марс в обе стороны составляет несколько минут, а это означает, что вы не можете дистанционно управлять роботом в режиме реального времени. Это означает, что роботу требуется некоторая автономная способность избегать препятствий, чтобы предотвратить его застревание или другие неприятности.

Оборудование для предотвращения опасности на марсоходах, как правило, спроектировано очень консервативно, что означает медленную езду и частую остановку, чтобы проверить окружающую среду.

Из Википедии, для Исследовательских Марсоходов (Дух и Возможность):

... программа предотвращения опасности заставляет его останавливаться каждые 10 секунд на 20 секунд, чтобы наблюдать и понимать местность, в которую он въехал.