طراحي و تحليل مدل نويني از مهره محرك كابلي براي ربات‌هاي پيوسته

Design and analysis of a novel cable-driven backbone for continuum robots

در اين پژوهش، تلاش شده است تا با ارايه مدل نويني براي ساختار بازوي مهره اي، كاستي نمونه‌هاي موجود ربات‌هاي پيوسته در توليد و انتقال حركت بر طرف گردد. بازو هاي مهره اي، مانند ساختارهاي طبيعي، از مهره هاي به هم پيوسته اي تشكيل شده‌اند كه داراي ويژگي هاي ممتازي نظير قابليت انطباق با محيط هستند. قواي محركه روي طول بازو توزيع شده و با تغيير شكل آن، حركت پيوسته را رقم مي زند. در اين مقاله، اضافه نمودن يك ميله بندي به ميانه مهره و بهره گيري از كابل هاي شاخه اي براي انتقال قدرت بين محركه و مهره‌ها پيشنهاد مي شود. نسبت گشتاور موتور به گشتاور اعمالي روي مهره به عنوان نسبت تبديل معرفي مي گردد. طراحي جديد، توانايي ايجاد نسبت هاي تبديل متنوع را در يك سيكل حركتي دارد. معادلات ديناميك با روش لاگرانژ به دست آمده است. برخورد مهره- مهره و دو ميله اي- مهره به عنوان قيود هندسي در طراحي به كار گرفته شده و بازه مجاز پارامترهاي هندسي بازوي پيوسته را مشخص مي كند. طراحي با شبيه‌سازي‌هاي صفحه‌اي آزموده شده است. براي نمايش اثربخشي طراحي پيشنهاد شده، چندين نتيجه شبيه سازي ارايه شده است. مقدار بهينه پارامتر هندسي، براي ثابت نگه داشتن نسبت تبديل گشتاور محاسبه مي شود. در مقايسه با نمونه هاي گذشته كه به طور گسترده‌اي استفاده مي شوند، هدف با ربات پيوسته مهره اي نوين محقق شده است.

In this study, an attempt has been made to provide a new model for the structure of a backbone arm to repel the shortcoming in the generation and transmission of the motion for the continuum robots. Backbone arms such as natural structures include continuum backbones with superior properties such as the ability to adapt to the environment. The actuation power is distributed over the robot’s length and makes the shape continuously deformable. In this paper, it has been suggested that a linkage between the backbones and the branched tendons be added for power transfer between the drive and backbones. The ratio of the drive torque to backbone torque is introduced as the transfer ratio. The new design is able to create a variety of transfer rations during a cycle of motion. The state space equations are extracted by Lagrange equations.The interference of bone-bone and bone-links as geometric constraints are applied to the design and it determines the allowable range of the continuum robotʹs geometric parameters.This design is examined with planar simulations. To show the effectiveness of the proposed design, several simulation results are illustrated. Optimum geometrical parameters for the constant torque ratio are calculated. The goal is achieved with this novel backbone continuum robot.