Samenvatting Technology.pdf

# Soorten mobiele robots en hun toepassingen Dit onderwerp behandelt de verschillende types grondrobots, hun doelen en de redenen voor hun inzet in diverse industrieën. ### 1.1 Grondrobots: Algemene definitie en categorieën Een grondrobot is een robot die zich verplaatst en taken uitvoert op de grond. Deze robots kunnen op afstand bestuurd worden of autonoom opereren. Ze vinden toepassing in diverse sectoren, waaronder de industrie, landbouw, zorg, defensie en huishoudens [1](#page=1). #### 1.1.1 Automated Guided Vehicle (AGV) Een AGV is een onbemand voertuig dat binnen een vooraf gedefinieerde omgeving rijdt en taken uitvoert. De navigatie is gebaseerd op vaste routes of externe geleidingssystemen [1](#page=1). * **Kenmerken:** * Beperkte intelligentie: AGV's kunnen geen obstakels ontwijken [1](#page=1). * Voordelen: Ze zijn betrouwbaar en voorspelbaar [1](#page=1). * Nadelen: AGV's zijn niet flexibel [1](#page=1). * **Toepassingen:** Fabrieken, magazijnen en productielijnen [1](#page=1). #### 1.1.2 Autonome Mobiele Robot (AMR) Een AMR is een robotisch systeem dat zich zelfstandig voortbeweegt door zijn omgeving waar te nemen met sensoren. Op basis van deze waarnemingen neemt de AMR realtime beslissingen om zijn weg te bepalen en taken uit te voeren [1](#page=1). * **Kenmerken:** * Dynamische navigatie: AMR's kunnen obstakels ontwijken en nieuwe routes berekenen [1](#page=1). * Geschiktheid: Ze zijn beter geschikt dan AGV's voor magazijnen waar ook mensen aanwezig zijn [1](#page=1). #### 1.1.3 Unmanned Ground Vehicle (UGV) Een UGV is een algemene term voor elk voertuig dat autonoom of op afstand rijdt zonder menselijke bestuurder [1](#page=1). ### 1.2 Redenen voor de inzet van mobiele robots Mobiele robots worden ingezet om taken uit te voeren die vallen onder de "6 D's" van werk, waarbij de eerste drie (Dirty, Dull, Dangerous) de oorspronkelijke drijfveren waren. Later zijn hier vier extra categorieën aan toegevoegd (Demanding, Delicate, Duur, Difficult, Distant) [1](#page=1) [2](#page=2). * **Dirty:** Taken in vuile, stoffige of ongezonde omgevingen, zoals schoonmaakrobots of robots voor afvalverwerking [1](#page=1). * **Dull:** Herhalende, eentonige of geestdodende taken, bijvoorbeeld transport in magazijnen [1](#page=1). * **Dangerous:** Gevaarlijke werkzaamheden, zoals in de mijnbouw, bij explosiegevaar of rampenbestrijding [1](#page=1). * **Demanding:** Fysiek of mentaal zwaar werk, zoals het tillen van zware producten of het werken lange uren [1](#page=1). * **Delicate:** Zeer nauwkeurige taken die moeilijk zijn voor mensen, zoals in de medische sector of micro-assemblage [1](#page=1). * **Duur:** Taken waarbij het gebruik van robots kosteneffectiever en efficiënter is dan menselijke arbeid [2](#page=2). * **Difficult:** Taken die voor mensen praktisch niet of zeer moeilijk uitvoerbaar zijn, zoals werken in extreme kou of in de ruimtevaart [2](#page=2). * **Distant:** Taken op afgelegen of moeilijk toegankelijke locaties, zoals op de oceaanbodem of als Marsrovers [2](#page=2). ### 1.3 Het concept van autonomie Een voertuig wordt als autonoom beschouwd wanneer het zelfstandig zijn locatie, perceptie en planning kan verwerken en aanpassen [2](#page=2). > **Tip:** Het is belangrijk om onderscheid te maken tussen AGV's en AMR's, met name vanwege hun navigatievermogen en flexibiliteit in dynamische omgevingen. ### 1.4 Historische context van autonome voertuigen Het eerste autonome voertuig werd ontworpen door Da Vinci. Dit voertuig kon worden opgewonden door draaiwielen die bladveren aanstuurden, en de programmering werd gedaan door het toevoegen of weglaten van houten onderdelen [2](#page=2). ### 1.5 Wetgeving rond zelfrijdende voertuigen Volgens de huidige Belgische wetgeving is het bij zelfrijdende voertuigen altijd verplicht dat een menselijke bestuurder op elk moment in staat is om de controle over te nemen en het voertuig stil te leggen indien nodig [2](#page=2). ### 1.6 Automatisering door observatie Het automatiseren van robots omvat vaak het observeren van menselijke taken, waarna de robot deze taken zelfstandig kan uitvoeren [2](#page=2). ### 1.7 Aandrijvingssystemen: Batterijen Verschillende soorten batterijen worden gebruikt in mobiele robots, elk met specifieke eigenschappen: * **Lithium-ion (Li-ion):** * Kenmerken: Hoge energiedichtheid, lichtgewicht, oplaadbaar, lange levensduur [2](#page=2). * Toepassing: Veel gebruikt in mobiele robots [2](#page=2). * **Lithium-polymeer (Li-po):** * Kenmerken: Hogere energiedichtheid en lichter dan Li-ion batterijen [2](#page=2). * Toepassing: Vaak gebruikt in drones [2](#page=2). * **Lithium-ijzerfosfaat (LiFePO₄):** * Kenmerken: Uitstekende veiligheid en lange levensduur. Lagere energiedichtheid dan Li-ion, maar biedt stabiele prestaties met een lage kans op oververhitting en brand [2](#page=2). * Toepassing: Elektrische voertuigen en industriële robots [2](#page=2). * **Nikkel-metaalhybride (NiMH):** [2](#page=2). --- # Aandrijvingssystemen voor robots Dit deel van de studiehandleiding behandelt diverse aandrijvingssystemen voor robots, met een focus op batterijtechnologieën, hun eigenschappen, en alternatieve methoden zoals brandstofcellen, supercondensatoren en verbrandingsmotoren. ### 2.1 Batterijtechnologieën Batterijen vormen een cruciale component voor de stroomvoorziening van mobiele robots, waarbij verschillende chemische samenstellingen leiden tot variërende prestaties en toepassingen [2](#page=2). #### 2.1.1 Lithium-ion batterijen Lithium-ion (Li-ion) batterijen worden veelvuldig toegepast in mobiele robots vanwege hun hoge energiedichtheid en lichte gewicht. Ze bieden een lange levensduur en zijn oplaadbaar [2](#page=2) [4](#page=4). * **Samenstelling:** De elektroden bestaan uit een lithium legering en een koolstof elektrode, met een lithiumzout in een organische oplossing als elektrolyt [4](#page=4). * **Risico's:** Een hoog risico op thermische runaway bestaat, wat het gebruik van een Battery Management System (BMS) en temperatuurbewaking vereist [3](#page=3). #### 2.1.2 Lithium-polymeer batterijen Lithium-polymeer (LiPo) batterijen onderscheiden zich door een nog hogere energiedichtheid en een lager gewicht in vergelijking met Li-ion batterijen, waardoor ze vaak in drones worden ingezet [2](#page=2). * **Risico's:** Net als Li-ion batterijen, lopen LiPo batterijen een hoog risico op thermische runaway, wat BMS en temperatuurbewaking noodzakelijk maakt [3](#page=3). #### 2.1.3 Lithium-ijzerfosfaat batterijen Lithium-ijzerfosfaat (LiFePO) batterijen staan bekend om hun uitstekende veiligheid en lange levensduur. Hoewel hun energiedichtheid lager is dan die van Li-ion batterijen, bieden ze stabiele prestaties en een geringe kans op oververhitting en brand. Ze worden frequent gebruikt in elektrische voertuigen en industriële robots [2](#page=2) [5](#page=5). * **Veiligheid:** Worden beschouwd als de veiligste oplaadbare lithium batterijen, geschikt voor industriële en buitenrobots [3](#page=3). * **Samenstelling:** Dit type is een lithium-ion accu met lithium-ijzer-fosfaat als kathode [5](#page=5). #### 2.1.4 Nikkel-metaalhydride batterijen Nikkel-metaalhydride (NiMH) batterijen zijn zwaarder en hebben een lagere energiedichtheid dan lithium batterijen, maar zijn veiliger en goedkoper [2](#page=2) [5](#page=5). * **Samenstelling:** Bestaan uit een nikkelelektrode en een metaalhydride elektrode. Metaalhydride is een verbinding van metaal en waterstof, toegepast bij waterstofopslag [5](#page=5). * **Risico's:** Relatief veilig, maar met lage prestaties en een kans op lekken bij slecht onderhoud [3](#page=3). #### 2.1.5 Loodzuur batterijen Loodzuur batterijen zijn zwaar en hebben een lage energiedichtheid, maar zijn zeer betaalbaar en betrouwbaar. Ze worden ingezet in grotere en zwaardere robots waar gewicht minder een rol speelt [2](#page=2) [4](#page=4). * **Werking:** Bevatten een positieve en een negatieve plaat in zwavelzuur, waarbij ionisatie optreedt wanneer een loden of looddioxide plaat wordt toegevoegd [4](#page=4). * **Soorten:** * **Startbatterijen:** Ontworpen om gedurende korte perioden een hoge stroom te leveren [4](#page=4). * **Tractiebatterijen:** Gebouwd voor diepe ont- en herladen cycli, met ruimte voor water voor koeling bovenaan [4](#page=4). * **Stationaire batterijen:** Dienen als back-up in fabrieken bij uitval van het reguliere elektriciteitsnetwerk en slijten meestal door ouderdom [4](#page=4). #### 2.1.6 Nikkel-cadmium batterijen Nikkel-cadmium (NiCd) batterijen bestaan uit een nikkelhydroxide elektrode en een cadmium elektrode. Ze zijn hoog belastbaar en snel oplaadbaar, maar hebben een geheugenfunctie. Dit type is een droge accu [4](#page=4). ### 2.2 Batterijeigenschappen #### 2.2.1 Energiedichtheid Energiedichtheid is de hoeveelheid energie die een batterij kan opslaan per eenheid massa of volume. Een hogere energiedichtheid maakt langer gebruik van een robot mogelijk [3](#page=3). #### 2.2.2 Vermogensdichtheid Vermogensdichtheid verwijst naar de hoeveelheid energie die een batterij per tijdseenheid kan afgeven per eenheid massa of volume. Deze eigenschap bepaalt hoe snel een robot kan accelereren, klimmen of zware lasten kan verplaatsen. Een hoge energiedichtheid impliceert niet automatisch een hoog vermogen [3](#page=3). ### 2.3 Batterijrisico's en veiligheidsrichtlijnen #### 2.3.1 Risico's * **Algemeen:** Temperatuur, mechanische schade en laadstrategieën zijn significante risicofactoren [3](#page=3). * **Li-ion en LiPo:** Hoog risico op thermische runaway [3](#page=3). * **LiFePO en LTO:** Veiligste oplaadbare lithium batterijen, geschikt voor industriële en buitenrobots [3](#page=3). * **NiMH:** Relatief veilig, maar met lage prestaties en kans op lekken bij slecht onderhoud [3](#page=3). #### 2.3.2 Beste veiligheidsrichtlijnen * **BMS (Battery Management System):** Bewaakt celspanning, stroom, temperatuur en balans [3](#page=3). * **Mechanische bescherming:** Voorkomt punctie of compressie bij botsingen of kantelingen [3](#page=3). * **Thermisch management:** Gebruikt actieve of passieve koeling bij hoge vermogens [3](#page=3). * **Brandveilig ontwerp:** Plaatsing van de batterij in een gescheiden, geïsoleerd compartiment tijdens transport [3](#page=3). ### 2.4 Invloed op Capaciteit De capaciteit van een batterij, de totale hoeveelheid elektriciteit die het kan leveren bij normaal gebruik, wordt beïnvloed door diverse factoren. Een hogere capaciteit resulteert in een langere werktijd bij dezelfde stroom [4](#page=4). * **Ontlaadstroom:** Een hogere ontlaadstroom leidt tot een lagere capaciteit. De ontlaadtijd voor startaccu's is 20 uur [5](#page=5). * **Temperatuur:** Bij hogere temperaturen verlopen de chemische reacties vlotter, wat de capaciteit van de accu vergroot [5](#page=5). ### 2.5 Laadmethoden * **Bufferladen:** Hierbij worden verbruiker en lader parallel op de accu aangesloten. De lader levert een stroom om de accu volgeladen te houden. Als de alternator van een auto dezelfde spanning heeft als de batterij, wordt deze niet opgeladen [5](#page=5). * **Druppelladen:** Compenseert ladingsverlies dat optreedt wanneer een accu lange tijd stilstaat [5](#page=5). ### 2.6 Startkabels aansluiten en loskoppelen #### 2.6.1 Aansluiten 1. Zet de motor en alle stroomverbruikers uit [5](#page=5). 2. Verbind de pluspolen van beide accu's [5](#page=5). 3. Sluit de tweede kabel aan op de minpool van de auto met de volle accu, en verbind deze vervolgens met een metalen deel van de motor, niet op de minpool van de lege accu, om slechte aarding te omzeilen [5](#page=5). 4. Start de motor en laat de batterij enkele minuten opladen [5](#page=5). #### 2.6.2 Loskoppelen 1. Schakel bij de opgeladen auto de achterruitverwarming en de verwarming in om spanningspieken te voorkomen. Vermijd het inschakelen van koplampen, aangezien deze door de spanningspiek kunnen doorbranden [5](#page=5). 2. Maak eerst de kabels los aan de minpool en daarna pas aan de pluspool [5](#page=5). ### 2.7 Andere Aandrijvingsmethoden #### 2.7.1 Brandstofcel Een brandstofcel genereert elektrische energie via chemische reacties, waarbij waterstof via een chemisch proces wordt omgezet naar elektriciteit. Deze stroom wordt eerst naar een batterijpakket geleid, dat vervolgens een elektromotor aanstuurt. De elektromotor kan niet direct worden aangedreven omdat de opgewekte stroom te klein is [6](#page=6). * **Elektrische aandrijving met brandstofcel:** * **Voordelen:** Hoge tank-to-wheel efficiëntie, tot 2x lagere CO2 uitstoot, 100% recyclebaar en een levensduur van 20 jaar [6](#page=6). * **Nadelen:** Meer gewicht, niet geschikt voor vriestemperaturen, opslag van waterstof op -253°C, en dure productie van waterstof [6](#page=6). #### 2.7.2 Supercondensatoren Supercondensatoren slaan energie elektrostatisch op [6](#page=6). * **Voordelen:** Kunnen in zeer korte tijd grote hoeveelheden energie opnemen en afgeven, en hebben een langere levensduur dan batterijen [6](#page=6). * **Nadelen:** Lagere energiedichtheid dan batterijen, en worden vaak in combinatie met batterijen gebruikt als ondersteuning [6](#page=6). #### 2.7.3 Verbrandingsmotor Verbrandingsmotoren worden zelden gebruikt bij grondrobots vanwege het hoge geluidsniveau, de aanzienlijke uitstoot en de minder precieze besturing [6](#page=6). * **Benzine:** Geschikt voor hoge toerentallen, meestal met luchttoevoer en bougieontsteking [6](#page=6). * **Diesel:** Biedt goede brandstofefficiëntie en vereist geen bougie [6](#page=6). --- # Robotkinematica en locomotie Dit onderwerp onderzoekt de studie van beweging, vrijheidsgraden, mobiliteit en verschillende typen wiel- en beengebaseerde locomotie voor robots. ### 3.1 Kinematica en locomotie Kinematica is de tak van de mechanica die de beweging van objecten beschrijft zonder rekening te houden met de oorzaken van die beweging. Het houdt zich bezig met de positie, snelheid en versnelling van een robot. Locomotie verwijst naar de fysieke wijze waarop een robot zich verplaatst, zoals via wielen of poten. Kinematica biedt de wiskundige grondslag om deze beweging te beschrijven, waardoor het mogelijk wordt de verplaatsing waar te nemen en de robot te besturen en te navigeren [7](#page=7). #### 3.1.1 Vrijheidsgraden en mobiliteit * **Degrees of Freedom (DOF)**: Dit zijn de onafhankelijke bewegingen die een robot of een deel ervan kan uitvoeren. De meeste actuatoren regelen één enkele DOF. Een motoras regelt bijvoorbeeld een roterende DOF, terwijl een glijdend element op een plotter één translationele DOF regelt [7](#page=7). * **Degree of Mobility (DOM)**: Dit is het aantal DOF dat direct toegankelijk is voor de actuatoren van de robot [7](#page=7). #### 3.1.2 Holonomie Een robot wordt als **holonoom** beschouwd wanneer het aantal DOF gelijk is aan het aantal DOM. Dit betekent dat de robot onmiddellijk in elke willekeurige richting in de ruimte kan bewegen. Een robot is **niet-holonoom** wanneer het aantal DOF groter is dan het aantal DOM. In dit geval kan de robot niet onmiddellijk in elke richting bewegen; de bewegingsmogelijkheden zijn beperkter en afhankelijk van de configuratie en kinematische beperkingen [8](#page=8). #### 3.1.3 Forward en Inverse Kinematica * **Forward Kinematics**: Deze analyse berekent de resulterende positie en oriëntatie van de robot op basis van bekende inputs, zoals de rotaties van de wielen. Een voorbeeld is het berekenen van de afgelegde afstand na een bepaald aantal wielrotaties [8](#page=8). * **Inverse Kinematics**: Deze analyse berekent de benodigde inputs (bijvoorbeeld wielrotaties) om een gewenste positie of oriëntatie te bereiken. Een voorbeeld is het bepalen hoeveel wielrotaties nodig zijn om een afstand van acht meter af te leggen [8](#page=8). ### 3.2 Wielgebaseerde locomotie Verschillende typen wielen en aandrijvingssystemen worden gebruikt voor robotlocomotie: * **Standaard wielen**: Conventionele wielen voor robotbeweging [7](#page=7). * **Swedish Wheel (Mecanum Wheel)**: Een speciaal type wiel dat omnidirectionele beweging mogelijk maakt door de combinatie van rollementen die onder een hoek staan ten opzichte van de wielas [8](#page=8). * **Differential-drive robot**: Een robot die zijn linker- en rechterwielen onafhankelijk kan aandrijven, wat wendbaarheid mogelijk maakt [8](#page=8). #### 3.2.1 Typen wielaandrijvingssystemen * **Bicycle**: Dit systeem heeft één wiel vooraan en één achteraan en is een type differential drive. Het is niet-holonoom, relatief eenvoudig te besturen en robuust [8](#page=8). * **Synchro drive**: Dit systeem maakt gebruik van drie wielen (twee achteraan, één vooraan) waarbij alle wielen synchroon sturen. Dit maakt holonome beweging mogelijk, maar het systeem is mechanisch complex [8](#page=8). * **Omnidirectional drive**: * Systemen met één wiel links en één rechts, die wendbaar en goedkoop kunnen zijn [8](#page=8). * Systemen die vier zweedse wielen gebruiken, waardoor volledige holonome beweging mogelijk is [8](#page=8). * **Tracked (rupsbanden)**: Deze systemen zijn effectief op ruw terrein, maar zijn doorgaans traag en energie-intensief [8](#page=8). * **Skid steer**: Hierbij draaien vier wielen, gescheiden voor links en rechts, met verschillende snelheden, waardoor het voertuig draait. Dit systeem is niet-holonoom en veroorzaakt slijtage doordat de wielen over de grond slippen [8](#page=8). * **Ackermann steering**: Gebruikt in auto's, waarbij de voorste wielen kunnen draaien en de achterste wielen volgen. Dit is niet-holonoom en efficiënt op harde ondergronden [8](#page=8). * **4 wiel drive**: Alle vier de wielen worden aangedreven, vaak in combinatie met Ackermann steering. Dit systeem verbetert tractie en stabiliteit [8](#page=8). #### 3.2.2 Hydraulische aandrijving Hydraulische systemen gebruiken vloeistoffen voor aandrijving en worden onderverdeeld in: * **Hydrostatica**: De studie van vloeistoffen in rust [7](#page=7). * **Hydrodynamica**: De studie van vloeistoffen in beweging [7](#page=7). **Voordelen** van hydraulische aandrijving zijn de mogelijkheid om grote krachten en vermogens te leveren, nauwkeurige reacties, een hoge levensduur en weinig onderhoud. Ze kunnen ook circulaire bewegingen uitvoeren [7](#page=7). **Nadelen** omvatten gevoeligheid voor temperatuur en druk, risico op breuk door drukpieken, dure herstellingen en milieurisico's bij lekkage [7](#page=7). ### 3.3 Been-gebaseerde locomotie (Legged Locomotion) #### 3.3.1 Stabiliteit Robots met poten kunnen gebruik maken van dynamische stabiliteit [9](#page=9). * **Schokabsorptie**: De gewrichten en actuatoren van de robot kunnen fungeren als schokdempers, wat het chassis beschermt tegen stoten en oneffenheden [9](#page=9). * **Herstel na storing**: Als een robot met poten een been verliest, kan deze vaak nog operationeel blijven met een aangepaste gang [9](#page=9). * **Interactiekrachten**: Poten kunnen krachten genereren die helpen bij duwen, springen of vasthouden aan oppervlakken [9](#page=9). #### 3.3.2 Beweegbaarheid * **Obstakeloverwinning**: Lopende robots kunnen over aanzienlijk grotere obstakels manoeuvreren dan rijdende robots [9](#page=9). * **Oneffen terrein**: Ze kunnen zich gemakkelijker voortbewegen op oneffen terrein door hun stapgrootte en staphoogte aan te passen [9](#page=9). * **Verticale mobiliteit**: Been-gebaseerde robots zijn uniek in hun vermogen om trappen en ladders te beklimmen [9](#page=9). ### 3.4 Elektrische energie Elektrisch vermogen geeft aan hoeveel elektrische energie per seconde wordt omgezet in een andere energievorm. Belangrijke elektronische componenten omvatten weerstanden, condensatoren, diodes, LED's, transistoren en Printed Circuit Boards (PCB's) [9](#page=9). --- # Elektrische componenten en communicatieprotocollen Dit gedeelte behandelt de essentiële elektronische componenten in grondrobots, van weerstanden en condensatoren tot motoren en controllers, evenals diverse communicatieprotocollen en externe communicatiemethoden. ### 4.1 Elektronische componenten Elektrisch vermogen definieert hoeveel elektrische energie per seconde wordt omgezet in een andere vorm van energie [9](#page=9). #### 4.1.1 Passieve componenten * **Weerstanden:** Deze componenten beperken de stroom. * **Variabele weerstanden:** * **Potentiometer:** Een regelbare weerstand [10](#page=10). * **NTC (Negative Temperature Coefficient):** De weerstandswaarde daalt bij een stijgende temperatuur [10](#page=10). * **PTC (Positive Temperature Coefficient):** De weerstandswaarde stijgt bij een stijgende temperatuur [10](#page=10). * **LDR (Light Dependent Resistor):** De weerstandswaarde daalt bij een toenemende hoeveelheid licht [10](#page=10). * **Rekstrookjes:** Hun weerstandswaarde verandert met de mate van vervorming; uitrekken verhoogt de weerstand [10](#page=10). * **Condensatoren:** Bestaan uit twee aansluitklemmen, twee elektroden en een isolator in het midden. Hun functie is het afvlakken van wisselspanning [10](#page=10). #### 4.1.2 Actieve componenten * **Diodes:** Kunnen in doorlaat- en sperrichting worden geschakeld. Ze worden toegepast als gelijkrichter in alternatoren en transformatoren, en dienen voor het gelijkrichten naar gelijkspanning en het beschermen van componenten [10](#page=10). * **LED's (Light Emitting Diodes):** Worden in doorlaatrichting geplaatst en geven een deel van de energie af in de vorm van licht [10](#page=10). * **Transistoren:** Worden gebruikt om een signaal te versterken of om actuatoren aan te sturen [10](#page=10). #### 4.1.3 Geïntegreerde schakelingen en printplaten * **PCB (Printed Circuit Board):** Een printplaat waarop componenten worden gemonteerd en met elkaar verbonden [10](#page=10). ### 4.2 Elektrische componenten bij grondrobots #### 4.2.1 Energieopslag en -distributie * **Batterij + BMS (Battery Management System):** * **Energiedichtheid:** De hoeveelheid energie per eenheid massa of volume, cruciaal voor gewichts- en volumeefficiëntie van robots [11](#page=11). * **Vermogensdichtheid:** De hoeveelheid energie die een batterij per tijdseenheid kan afgeven per eenheid massa of volume, bepaalt de kortetermijnkracht van de robot (acceleratie, klimmen) [11](#page=11). * **BMS:** Zorgt voor betrouwbare en veilige werking, stabiele voeding, monitort batterijstatus, beschermt tegen overladen/kortsluiting/oververhitting, en balanceert cellen voor een langere levensduur [11](#page=11). * **Zekeringen:** * **Smeltzekeringen:** Opofferingcomponenten die bij overstroom doorbranden ter bescherming. Vaak direct op de hoofdingang van een PCB geplaatst [11](#page=11) [12](#page=12). * **PPTC (Polymeric Positive Temperature Coefficient):** Zekeringen die zichzelf herstellen. Bij storing stijgt de weerstand, beperkt de stroom en daalt deze terug na verholpen storing, zonder schade aan de PPTC. Vaak gebruikt op circuits die vaker fouten begaan [12](#page=12). * **Elektronische stroombegrenzing:** Meten stroom elektronisch en schakelen uit bij overschrijding van ingestelde grenzen. Meestal gebruikt bij hoogwaardige robots [12](#page=12). * **PDU (Power Distribution Module):** Een stroomdistributiesysteem voor centrale controle en bewaking van belastingen op de CAN-bus [12](#page=12). * **Connectoren:** Diverse types zoals AMP, JST, Deutsch, XT30/60/90, T-plug, EC5, Sub-D, Milspec, en M12 [12](#page=12). * **Spanningsregelaar/DC-DC converter:** * **Spanningsregelaar:** Stabiliseert een onstabiele ingangsspanning naar een geregelde uitgangsspanning [12](#page=12). * **DC/DC converter:** Zet gelijkspanning om naar een hogere of lagere gelijkspanning. Een hogere spanning (boost) resulteert in een kleinere stroom [12](#page=12) [13](#page=13). #### 4.2.2 Aandrijving * **Motoren:** * **DC-motoren:** Goedkoop, eenvoudig aan te sturen, hoog startkoppel, maar hebben slijtage aan borstels en een laag rendement. Gebruikt in kleine AGV's en hobbyrobots [13](#page=13). * **Brushless DC-motoren (BLDC):** Elektronisch geregelde commutatie zonder borstels, wat leidt tot minder slijtage en een langere levensduur. Complexer en duurder, gebruikt in geavanceerde robots [13](#page=13). * **Servo-motoren:** Hebben een ingebouwde feedbacklus voor precieze positionering. Gebruikt in robotarmen en grippers, maar hebben beperkte rotatie en lager koppel bij hoge snelheden [13](#page=13). * **Stappenmotoren:** Draaien in nauwkeurige stappen door elektrische pulsen. Gebruikt voor nauwkeurige navigatie en fijne positieaanpassingen, maar hebben laag koppel bij hoge snelheden en constant stroomverbruik [13](#page=13). * **AC-inductiemotoren:** Robuust, betrouwbaar, krachtig, ideaal voor industriële toepassingen. Zwaarder en vereisen een frequentieregelaar, minder gebruikt bij kleine robots [14](#page=14). * **Lineaire motoren:** Produceren een rechte beweging in plaats van rotatie. Gebruikt in militaire en zware terreinrobots, bieden lange autonomie en hoge kracht, maar zijn complex en onderhoudsintensief [14](#page=14). * **Overbrenging:** Mechanismen om koppel over te brengen. * **Tandwielen:** Motor gekoppeld aan een tandwielkast [14](#page=14). * **Kettingaandrijving:** Koppel overgebracht via een ketting tussen tandwielen [14](#page=14). * **Riemaandrijving:** Koppel overgebracht via een getande riem tussen poelies [14](#page=14). * **Motorcontroller:** Belangrijk voor het controleren van de motorsnelheid [14](#page=14). #### 4.2.3 Sensoren en besturing * **Encoder:** Zet beweging van de motor om in een digitaal signaal voor positie, snelheid en richting [15](#page=15). * **Basis regelsysteem:** Vergelijkt een referentiewaarde met een gemeten werkelijke waarde om het systeem te regelen. * **Type regelaars:** * **Aan/uit regelaar:** Wisselt continu tussen aan en uit [15](#page=15). * **P-regelaar (Proportioneel):** Corrigeert het verschil tussen gewenste en werkelijke waarde [15](#page=15). * **I-regelaar (Integraal):** Houdt rekening met de fouten over een langere periode [15](#page=15). * **D-regelaar (Differentieel):** Kijkt naar de snelheid van verandering van de waarden [15](#page=15). * **PID-regelaar:** Combineert P, I en D regelaars voor optimale regeling [15](#page=15). ### 4.3 Interne communicatie #### 4.3.1 Basis terminologie * **Buadrate:** Aantal bits per seconde dat wordt verzonden; hogere waarden betekenen meer data in kortere tijd [15](#page=15). * **Latency:** Vertraging tussen het geven van een commando en de uitvoering ervan [15](#page=15). * **Bandbreedte:** Hoeveelheid data die tegelijkertijd kan worden verzonden; bredere banden verwerken meer data per keer [15](#page=15). * **Suplex/duplex:** * **Simplex:** Data wordt in één richting verzonden via één draad [16](#page=16). * **Half-duplex:** Data kan in beide richtingen worden verzonden, maar niet tegelijkertijd, via twee draden [16](#page=16). * **Full duplex:** Data kan in beide richtingen tegelijkertijd worden verzonden, vaak gebundeld in één draad [16](#page=16). #### 4.3.2 Communicatieprotocollen * **UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter):** Ideaal voor point-to-point communicatie met twee draden (transmitter, receiver). Full duplex. Toepassingen: GPS-modules, debuggen, Bluetooth/wifi modules [16](#page=16). * **I²C (Inter Integrated Circuit):** Seriële communicatie tussen geïntegreerde schakelingen. Half-duplex met multi-master ondersteuning. Toepassingen: IMU uitlezen, sensoren op hoofdboordcomputer [16](#page=16). * **SPI (Serial Peripheral Interface):** Seriële datalink met full-duplex en een master-slave relatie (MOSI: Master Out Slave In, MISO: Master In Slave Out). Toepassingen: SD-kaarten, flashgeheugen, geavanceerde sensoren [16](#page=16). * **One Wire:** Communicatiesysteem met lage snelheid via één geleider voor gegevens, signalering en stroom. Lagere datasnelheden en groter bereik dan I²C. Toepassingen: temperatuur- en vochtigheidsmeting, compatibel met Raspberry Pi en Arduino [17](#page=17). * **RS232:** Ontworpen voor point-to-point communicatie. Gebruikt voor debuggen, firmwareoverdracht of communicatie met oudere industriële apparatuur [17](#page=17). * **RS485:** Ontworpen voor multi-point communicatie (netwerken met meerdere apparaten op één bus). Kan verder communiceren, tot 32 apparaten per bus, die elk kunnen zenden en ontvangen. Gebruikt voor het aansturen van motoren of uitlezen van sensoren [17](#page=17). * **USB (Universal Serial Bus):** Seriële busstandaard met 4 draden, kan data tot 5 meter verzenden. Snel, bi-directioneel, dynamisch aankoppelbaar [17](#page=17). * **CAN (Controller Area Network):** Vaak gebruikt bij het Multi-Master principe [17](#page=17). * **CAN OPEN:** Een standaard die extra functies toevoegt aan CAN, met een master-slave principe waarbij slaves een aparte ID hebben [18](#page=18). * **ISOBUS:** Standaard voor communicatie en data-overdracht tussen tractor, machine en bedrijfssoftware. Vereenvoudigt bekabeling en maakt eenvoudige machine-uitwisseling mogelijk [18](#page=18). * **Universal terminal:** Bedieningspaneel voor aangekoppelde machines [18](#page=18). * **ECU (Electronic Control Unit):** Het 'brein' van de ISOBUS op de machine [18](#page=18). * **TIM (Tractor Implement Management):** Maakt aansturing van de tractor via de machine mogelijk, maar is onveilig en nog niet wijdverspreid [18](#page=18). * **Ethernet:** Meest gebruikte netwerkstandaard voor lokale netwerken. Maakt snelle communicatie, grote dataoverdracht en internetverbindingen mogelijk [18](#page=18). * **MAC-adres:** Unieke, hard-gecodeerde identificatie van 48 bits [18](#page=18). * **IP-adres:** Logisch adres dat een apparaat identificeert op een netwerk, kan variëren, gebruikt voor communicatie over verschillende netwerken [18](#page=18). * **Switch:** Verbindt meerdere apparaten binnen één lokaal netwerk, creëert efficiënte verbindingen. Gebruikt als interne netwerkbackbone voor pc's, camera's, lidars en motorcontrollers [18](#page=18). * **Router:** Verbindt verschillende netwerken met elkaar, gebruikt voor remote operation, telemetrie en 4G/5G-verbindingen [18](#page=18). * **DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol):** Deelt automatisch netwerkconfiguraties uit, ideaal voor grote robotnetwerken [19](#page=19). * **ETHERCAT (Ethernet for Control Automation Technology):** Open, real-time Ethernetstandaard geoptimaliseerd voor extreem snelle communicatie [19](#page=19). ### 4.4 Externe communicatie #### 4.4.1 Draadloze technologieën * **Bluetooth:** Draadloze technologie voor gegevensuitwisseling over korte afstanden met korte golflengte radio golven. Gebruikt 2.4 GHz en schakelt frequenties om interferentie te minimaliseren. Vormt Piconets met master en slaves [21](#page=21). * **Wifi:** Werkt op 2.4 en 5 GHz, max. bereik van 100 meter. Gebruikt voor teleoperatie, real-time video en cloudverbindingen. * **Repeater:** Versterkt data en vergroot bereik, maar introduceert verbruik en vertraging [21](#page=21). * **Zigbee:** Draadloze standaard voor lage bandbreedte, laag stroomverbruik en IoT-toepassingen. Creëert betrouwbare, energiezuinige en schaalbare netwerken voor domotica en industriële monitoring [21](#page=21). * **LoRa (Long Range):** Werkt op 868 MHz, lage data rate, max. bereik van 15 km. Gebruikt voor energiezuinige telemetrie, niet geschikt voor real-time besturing [21](#page=21). * **Mobiele netwerken (4G/5G):** Werken tussen 700 MHz en 3.5 GHz, groot bereik. Gebruikt voor autonoom rijden en drone-communicatie. * **4G:** Geschikt voor videofeedback, telemetrie van grote datavolumes en GPS-correctiedata [21](#page=21). * **5G:** Extreem hoge doorvoersnelheid voor 4K/8K video en cloudverwerking [21](#page=21). #### 4.4.2 Frequenties en propagatie * **Frequenties:** Hogere frequenties hebben een lager bereik [19](#page=19). * VLF, LF, MF, HF, VHF, UHF, SHF, EHF, UV (golflengtes) [19](#page=19). * **Antennes:** Zenden en ontvangen elektromagnetische golven in een donutvormige uitstraling rond de antenne [20](#page=20). * **Propagatie van frequenties:** Omvat reflectie, absorptie, diffractie en scattering [20](#page=20). * **Penetratie:** Signaal moet door muren, ramen, etc. kunnen dringen. Signaalverlies hangt af van het materiaal [20](#page=20). * **Reflectie:** Multi-path propagatie door reflectie tegen objecten, wat leidt tot signaalweerkaatsing via verschillende paden [20](#page=20). * **RF (Radio Frequency) frequenties:** * **433 MHz:** Extreem goed bereik, dringt goed door muren. Gebruikt voor garagedeuren, goedkope sensoren [20](#page=20). * **868 MHz:** Goede balans tussen bereik, datasnelheid en doordringbaarheid. Gebruikt voor smart metingen, home security [20](#page=20). * **2.4 GHz:** Zeer hoge bandbreedte, wereldwijd geharmoniseerd. Gebruikt voor Wifi, Bluetooth [20](#page=20). --- # Cloudgebaseerde diensten en fleet management Dit onderwerp beschrijft hoe cloudgebaseerde diensten worden gebruikt voor robots, de verschillende manieren waarop data kan worden opgeslagen, en de rol van fleet managers bij het beheren van robotgroepen. ## 5 Cloudgebaseerde diensten en fleet management ### 5.1 Cloudgebaseerde diensten voor robots Cloudgebaseerde diensten maken voor robots gebruik van externe opslag en rekenkracht via het internet, wat zorgt voor een hoge beschikbaarheid van resources. Connectiviteit met de cloud kan worden gerealiseerd via mobiele netwerken zoals 4G/5G of via een dockingstation [22](#page=22). #### 5.1.1 Soorten data in de cloud Data wordt opgeslagen in de cloud voor diverse doeleinden, waaronder het voorspelbaar maken van onderhoud, het verhogen van de veiligheid, het optimaliseren van routes en het verbeteren van de intelligentie van robots. De opgeslagen data kan worden onderverdeeld in drie hoofdcategorieën [22](#page=22): * **Sensordata**: Dit omvat informatie verzameld door sensoren zoals LiDAR, camera-beelden, GPS-posities en omgevingsinformatie [22](#page=22). * **Operationele data**: Dit betreft de interne status van de robot, zoals batterijniveau, temperatuur van motoren, status van actuatoren en eventuele foutmeldingen of waarschuwingen [22](#page=22). * **Gebruiksdata**: Deze data registreert hoe de robot wordt gebruikt, inclusief afgelegde routes, operationele tijden en perioden van stilstand [22](#page=22). #### 5.1.2 Opslagstrategieën Verschillende opslagstrategieën worden toegepast om de efficiëntie en effectiviteit van dataopslag te waarborgen: * **Ringbuffer**: Bij deze methode wordt data continu opgenomen en worden de oudste gegevens automatisch overschreven wanneer de opslag vol raakt [22](#page=22). * **Edge AI preprocessing**: Data ondergaat preprocessing op het apparaat zelf (edge) voordat het naar de cloud wordt gestuurd. Dit kan compressie, downsampling, selectie van keyframes en detectie van anomalieën omvatten [22](#page=22). * **Selective upload**: Data wordt alleen naar de cloud gestuurd wanneer er een incident plaatsvindt, wanneer dit expliciet wordt gevraagd, bij kaartupdates, voor onderhoudswerkzaamheden, of aan het einde van een missie [22](#page=22). * **Scheduled upload**: Data wordt periodiek geüpload, bijvoorbeeld tijdens het docken, 's nachts, bij een sterke wifi-verbinding, of via acces points [22](#page=22). * **Temporary hot cache**: Recente data wordt lokaal opgeslagen voor snelle toegang ten behoeve van debugging, doorgeven van informatie (relays) of voor lokale autonomie van de robot [22](#page=22). * **Encrypted storage**: Om gevoelige logbestanden te beschermen, wordt de data versleuteld opgeslagen [22](#page=22). ### 5.2 Fleet managers Fleet management is software die een groep robots coördineert en beheert. De belangrijkste functies van een fleet manager omvatten [23](#page=23): * **Taakbeheer**: Toewijzen van taken aan individuele robots, het stellen van prioriteiten voor deze taken en het volgen van de status van uitgevoerde taken [23](#page=23). * **Routenplanning en -uitvoering**: Het voorkomen van botsingen tussen robots en het aansturen van robots op basis van omgevingsfactoren zoals obstakels of drukte in een gebied [23](#page=23). * **Onderhoudsbeheer**: Faciliteren van voorspellend onderhoud door het monitoren van de status van robots en het automatisch genereren van waarschuwingen wanneer onderhoud nodig is [23](#page=23). * **Veiligheid**: Implementeren van veiligheidsmaatregelen zoals geofencing (het definiëren van virtuele grenzen) en het instellen van 'no-go' zones waar robots niet mogen komen [23](#page=23). * **Software updates**: Beheren en distribueren van software-updates naar de vloot van robots [23](#page=23). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Ground robot | Een robot die zich op de grond voortbeweegt en specifieke taken uitvoert. Deze robots kunnen zowel op afstand bestuurd worden als autonoom opereren in diverse omgevingen zoals industrie, landbouw, zorg, defensie en huishoudens. | | Automated Guided Vehicle (AGV) | Een onbemand voertuig dat navigeert binnen een gedefinieerde omgeving via vaste routes of externe systemen. AGV's hebben beperkte intelligentie en kunnen geen obstakels ontwijken, wat hen betrouwbaar en voorspelbaar, maar niet flexibel maakt. Ze worden veelal ingezet in fabrieken en magazijnen. | | Autonome mobiele robot (AMR) | Een robotisch systeem dat zich zelfstandig voortbeweegt, zijn omgeving waarneemt met sensoren en real-time beslissingen neemt voor navigatie en taakuitvoering. AMR's kunnen dynamisch navigeren, obstakels ontwijken en nieuwe routes berekenen, waardoor ze flexibeler zijn dan AGV's en beter geschikt voor magazijnen met menselijke aanwezigheid. | | Unmanned Ground Vehicle (UGV) | Een overkoepelende term voor alle voertuigen die autonoom of op afstand rijden zonder menselijke bestuurder op de grond. | | Autonoom | Een voertuig wordt als autonoom beschouwd wanneer het in staat is om zelfstandig zijn locatie, perceptie en planning te verwerken en aan te passen aan veranderende omstandigheden. | | Energiedichtheid | De hoeveelheid energie die een batterij, brandstof of ander energieopslagsysteem kan bevatten per eenheid massa of volume. Een hogere energiedichtheid betekent dat meer energie kan worden meegenomen voor een bepaald gewicht of volume, wat essentieel is voor langere operationele tijden van mobiele robots. | | Vermogendichtheid | De hoeveelheid energie die een batterij per tijdseenheid kan afgeven, gemeten per eenheid massa of volume. Dit bepaalt hoe snel een robot kan accelereren, klimmen of zware lasten kan verplaatsen, en is dus cruciaal voor de prestaties en kracht van de robot op korte termijn. | | Battery Management System (BMS) | Een elektronisch systeem dat de prestaties en veiligheid van een batterijpakket bewaakt en regelt. Een BMS monitort celspanning, stroom, temperatuur en celbalans, beschermt tegen overladen, kortsluiting en oververhitting, en optimaliseert de levensduur van de batterij. | | Kinematica | De studie van beweging zonder rekening te houden met de krachten die de beweging veroorzaken. Kinematica beschrijft de positie, snelheid en versnelling van een robot en is essentieel voor het waarnemen, besturen en navigeren van de robot. | | Vrijheidsgraad (DOF - Degrees of Freedom) | Het aantal onafhankelijke manieren waarop een robot of een mechanisch systeem kan bewegen of oriënteren. Een motoras die roteert, regelt bijvoorbeeld één roterende DOF, terwijl een lineaire beweging één translationele DOF regelt. | | Mate van mobiliteit (DOM - Degree of Mobility) | Het aantal vrijheidsgraden (DOF) dat direct toegankelijk is voor de actuatoren van een robot. Dit bepaalt hoeveel van de mogelijke bewegingen van een robot daadwerkelijk gestuurd kunnen worden. | | Holonomische robot | Een robot is holonomisch wanneer het aantal vrijheidsgraden (DOF) gelijk is aan het aantal controleerbare bewegingsvrijheden (DOM). Dit betekent dat de robot in staat is om zich onmiddellijk in elke richting in de ruimte te bewegen. | | Niet-holonomische robot | Een robot is niet-holonomisch wanneer het aantal vrijheidsgraden (DOF) groter is dan het aantal controleerbare bewegingsvrijheden (DOM). Deze robots kunnen zich niet onmiddellijk in elke richting bewegen en vereisen vaak specifieke manoeuvres om te navigeren. | | Print Circuit Board (PCB) | Een printplaat waarop elektronische componenten worden gemonteerd en met elkaar verbonden door middel van geleidende banen. PCB's vormen de basis voor de elektronische circuits in veel apparaten, inclusief robots. | | CAN (Controller Area Network) | Een robuust protocol voor communicatie tussen microcontrollers en apparaten, veelgebruikt in voertuigen en industriële automatiseringssystemen. Het staat bekend om zijn betrouwbaarheid en efficiëntie in omgevingen met veel elektrische ruis. | | Ethernet | Een veelgebruikte netwerkstandaard voor lokale netwerken die hoge communicatiesnelheden en de mogelijkheid om grote hoeveelheden data te verzenden mogelijk maakt. Ethernet wordt gebruikt voor robotcommunicatie, verbinding met het internet en als interne netwerkbackbone. |