مدل سازی سینماتیکی ربات پیوسته تاندونی درکاربردهای فضایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه تبریز،دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر،گروه مکاترونیک،تبریز،ایران

2 دانشگاه تبریز/دانشکده ی مهندسی مکانیک/گروه مهندسی مکاترونیک/تبریز/ایران

چکیده

کاربرد ربات‌های پیوسته1 دارای ساختار مکانیکی انعطاف‌پذیر در صنایع هوا‌فضا روز به روز گسترده‌تر می‌شود و اخیراً در بازرسی مخازن سوخت هواپیماها و کاوش‌‌گرهای فضایی مورد استفاده قرار گرفته اند. در این مقاله رفتار سینماتیکی و فضای‌کاری ربات پیوسته‌ی تک‌بخشی مکانیزم تاندونی2 مطالعه شده است. جهت تحلیل سینماتیکی از روش انحناء ثابت3 که یکی از روش‌های موثر و دقیق برای تحلیل ربات‌های پیوسته به خصوص در حالت بی‌وزنی می‌باشد، استفاده شده است. همچنین میزان کشش و خمش لینک‌های فرعی ربات پیوسته در حالت تک‌بعدی و سه-بعدی بصورت تابعی از زمان بررسی شده است. طبق نتایج شبیه‌سازی ها، میزان تغییر طول لینک‌ها با طول اولیه‌ی 40 میلی‌متر به ترتیب افزایش 39.1درصدی و کاهش به میزان 17.8 و 21.2 درصد داشته است. بر این اساس و طبق روش انحناء ثابت تخمین میزان کشش و خمش در طی بازه‌ی زمانی مشخص برای انواع مواد مختلف امکان‌پذیر می‌گردد. بعلاوه، خطای دسترسی به نقطه‌ی هدف برای مقدار بهینه زوایای خمش و چرخش که معادل〖67/35〗^° و〖-40/89 〗^° بدست آمده اند، تقریبا صفر شده است که نشان دهنده‌ی دقت بسیار بالای مدل‌سازی ربات پیوسته بر مبنای روش انحناء ثابت است. همچنین، حرکت انتهای ربات سطح فضای‌کاری کروی را با دقت 1 میلی‌متر پوشش می‌دهد که میزان کنترل پذیری بسیار بالایی را برای کاربردهای فضایی فراهم می‌آورد. بر اساس نتایج بدست آمده، دقت حرکت ربات پیوسته در محیط‌هایی با ساختار پیچیده و فضاهای محدود افزایش می‌یابد و مدل ارائه شده می‌تواند به عنوان مدل پایه برای ربات‌های پیوسته چند‌بخشی نیز مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Modeling of Tendon-Driven continuum robot for space applications

نویسندگان [English]

  • Mohammad Jabbari 1
  • Manizhe Zakeri 2
1 School of engineering emerging technologies, Tabriz University, Tabriz, Iran,
2 Assistant Professor of university ofTabriz
چکیده [English]

The application of continuum robots with flexible mechanical structures is becoming more widespread in the aerospace . These types of robots have recently used to inspect aircraft fuel tanks and space probes. In this paper, the kinematic behavior and working space of a one-segment continuum robot with a tendon mechanism is studied. The theory for kinematic analysis is the fixed curvature method which is the most effective for analyzing continuum robots especially in the case of weightlessness. Also, the amount of tension and bending of the secondary backbones of the continuum robot in the one-dimensional and three-dimensional were investigated as a time dependent functions. Results showed the rate of change of link lengths is about 39.1% increase of back link, and 17.8%, and 21.2% decrease in others with an initial length of 40 mm . Based on this results , it is possible to estimate the amount of tension and bending over a certain period for different types of materials. Additionally, the error of reaching to target point in the obtained optimal values of bending and rotation angles,equal to 67.35 and -40.89, was almost zero which shows the very high accuracy of model. Also, the results of the working spacecover the surface of the sphere of the working space with an accuracy of 1 mm, The obtained results increase accuracy of robot moving in environments with complex structures and limited spaces. The proposed model can be used as a base for continuum multi-part robots.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Modeling
  • continuum robot
  • flexible
  • work space
  • Kinematic