مدل سازي سينماتيكي ربات پيوسته تاندوني دركاربردهاي فضايي

Kinematic modeling of a continuum tendon robot for space applications

كاربرد ربات­هاي پيوسته داراي ساختار مكانيكي انعطاف­پذير در صنايع هوا­فضا روز به روز گسترده­تر مي­شود و اخيراً در بازرسي مخازن سوخت هواپيماها و كاوش­­گرهاي فضايي مورد استفاده قرار گرفته اند. در اين مقاله رفتار سينماتيكي و فضاي­كاري ربات پيوسته­ي تك­بخشي مكانيزم تاندوني مطالعه شده است. جهت تحليل سينماتيكي از روش انحناء ثابت كه يكي از روش­هاي موثر و دقيق براي تحليل ربات­هاي پيوسته به خصوص در حالت بي­وزني مي­باشد، استفاده شده است. همچنين ميزان كشش و خمش لينك­هاي فرعي ربات پيوسته در حالت تك­بعدي و سه­بعدي بصورت تابعي از زمان بررسي شده است. طبق نتايج شبيه­سازي ها، ميزان تغيير طول لينك­ها با طول اوليه­ي 40 ميلي­متر به ترتيب افزايش 39/1 درصدي و كاهش به ميزان 17/8 و 21/2 درصد داشته است. بر اين اساس و طبق روش انحناء ثابت تخمين ميزان كشش و خمش در طي بازه­ي زماني مشخص براي انواع مواد مختلف امكان­پذير مي­گردد. بعلاوه، خطاي دسترسي به نقطه­ي هدف براي مقدار بهينه زواياي خمش و چرخش كه معادل 67/35 , 40/89- و بدست آمده اند، تقريبا صفر شده است كه نشان دهنده­ي دقت بسيار بالاي مدل­سازي ربات پيوسته بر مبناي روش انحناء ثابت است. همچنين، حركت انتهاي ربات سطح فضاي­كاري كروي را با دقت 1 ميلي­متر پوشش مي­دهد كه ميزان كنترل پذيري بسيار بالايي را براي كاربردهاي فضايي فراهم مي­آورد. بر اساس نتايج بدست آمده، دقت حركت ربات پيوسته در محيط­هايي با ساختار پيچيده و فضاهاي محدود افزايش مي­يابد و مدل ارائه شده مي­تواند به عنوان مدل پايه براي ربات­هاي پيوسته چند­بخشي نيز مورد استفاده قرار گيرد. كليدواژه‌ها

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 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 space cover 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 model for continuum multi-part robots.