تحليل حركتي ساختارهاي ربات‌هاي پيوسته با محرك كابل

Motion analysis of continuum robots structures with cable actuation

اين مقاله به بازوان رباتيك پيوسته كه از كابل محرك بهره مي‌برد، مي‌پردازد. ربات‌هاي پيوسته قدرت مانور بهتري از ربات‌هاي سري متداول با بازوان صلب را نشان مي‌دهند به خصوص در محيط‌هاي به‌هم‌ريخته. انطباق ذاتي اين رباتها باعث مي‌شود برخورد و تعامل مناسب‌تري را با اجسامي كه با آن روبرو مي‌شوند، ارايه كنند. در اين مقاله، مطالعه جامعي شامل طراحي مكانيكي، تحليل سينماتيك، ديناميك و كنترل ربات صفحه اي پيوسته مهره‌اي ارايه مي‌شود. هدف اصلي، دستيابي به تركيبي مناسب از كابل‌هاي شاخه اي در ساختار مهره اي است، كه بيشترين دوران را در كنار انتقال بيشينه گشتاور مهره ها حاصل كند. معادلات لاگرانژ براي اين مسيله ديناميك به كار گرفته شده و سپس ربات ساختار پيوسته كنترل مي‌شود. محدوديت هاي حركتي، تنش تسليم و لغزش براي شرايط مختلف بارگذاري در نظر گرفته شده است. نيروي داخلي كابل‌ها، گشتاور موتور محرك و ميزان زاويه چرخش در طول مسير حركت ربات ارزيابي شده و اثرات پيكربندي كابل ها و نسبت هندسي با مقايسه عملكردي مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج شبيه سازي، اثر بخشي طرح پيشنهادي و كنترلر را نشان مي‌دهد. با توجه به بحث پيش رو، رباتهاي پيوسته و بازوان رباتيكي با درجات آزادي اضافي بستر مناسبي براي تحقيقات عملي و نظري است.

This paper focuses on a class of continuum robotic manipulators that uses cables for actuation. Continuum robots promise better maneuverability than traditional rigid-link robots in cluttered environments, and their inherent compliance renders them gentler to objects they encounter. A comprehensive study is presented including the theoretical analysis of the mechanical design, kinematics, and dynamics and tracking control of a planar continuum backbone robot. The main goal is to achiev a branched cable configuration in backbone structure, with maximum rotation in addition to the maximum torque for links. Lagrangeʹs equations are applied to the dynamic problem and the system is controlled. This paper explores the motion limitations, yield stress and sliding problem for different loading conditions. The cable internal forces, actuation torque and angle of rotation are investigated during the motion. The comparative performance analysis is applied on robot structures considering cable configuration and geometrical ratio. The simulation results illustrate the efficiency of the proposed design and controller. Nevertheless, the field of continuum and hyper-redundant manipulation holds great promise in the experimental and theoretical domains.