Yumshoq, siqib chiquvchi va har qachongidan ham aqlli: pnevmatik robotlarning yuksalishi

Havolalar jadvali

Annotatsiya va 1 Kirish

2 Tegishli ishlar

2.1 Pnevmatik ishga tushirish

2.2 Pnevmatik qo'llar

2.3 Yumshoq robotlarni boshqarish

3 PAUL: Dizayn va ishlab chiqarish

3.1 Robot dizayni

3.2 Materialni tanlash

3.3 Ishlab chiqarish

3.4 Ishlash banki

4 Ma'lumotlarni yig'ish va ochiq tsiklni boshqarish

4.1 Uskunani sozlash

4.2 Vizyonni suratga olish tizimi

4.3 Ma'lumotlar to'plamini yaratish: Jadvalga asoslangan modellar

4.4 Ochiq tsiklli boshqaruv

5 Natijalar

5.1 Yakuniy PAUL versiyasi

5.2 Ish joyini tahlil qilish

5.3 Jadvalga asoslangan modellarning ishlashi

5.4 Bukish tajribalari

5.5 Og'irlikni ko'tarish bo'yicha tajribalar

6 Xulosa

Moliyaviy ma'lumotlar

A. O‘tkazilgan tajriba va ma’lumotnomalar

2 Tegishli ishlar

2.1 Pnevmatik ishga tushirish

Pnevmatik aktuatorlarni loyihalash va qurish uchun ko'plab imkoniyatlar mavjud. Yumshoq robototexnikada keng tarqalgani kabi, bio-ilhomlantirilgan aktuatorlar mavjud. [21] da, sakkizoyoq qo'lining harakatini taqlid qilish va taqlid qilishga harakat qilish uchun pnevmatikani ham, tendonlarni ham birlashtirgan aktuator taqdim etilgan. Oxirgi operatsiyaga o'xshash, garchi inson barmog'idan ilhomlangan bo'lsa ham, [22] ning ishi hisoblanishi mumkin. Bu shishib ketadigan uchta bir o'lchovli klapanlardan iborat bo'lib, falanjlarning harakatini taqlid qiladi.

Biroq, eng keng tarqalgan bio-ilhomlangan pnevmatik aktuatorlar Pnevmatik sun'iy mushaklardir (PAM). Ular mushaklarga o'xshash pnevmatik kameraning kengayishi yoki qisqarishiga erishishga asoslangan. Xonaning devorlari odatda juda nozik va egiluvchan membranadan iborat bo'lib, bu havo oqimining kichik kiritilishi bilan katta deformatsiyalarni osonlashtiradi [23]. Ba'zi aktuatorlar inflyatsiya paytida bo'ylama cho'zilgan bo'lsa-da [24], keng tarqalgan yondashuv qovuq puflaganda uning harakatini toraytiruvchi va butunning qisqarishini keltirib chiqaradigan ortiqcha oro bermay to'rga kiritilgan qovuqdan iborat McKibben mushaklaridan foydalanishni o'z ichiga oladi [25]. Ikki PAM segmentidan iborat qo'l [26] da ishlab chiqilgan va modellashtirilgan.

So'nggi yillarda alohida ahamiyatga ega bo'lgan yana bir alternativa, birinchi bo'lib [27] da kiritilgan Pneunet tipidagi aktuatorlardir. Ushbu turdagi harakatlardan foydalanadigan manipulyatorlar qanotli nurli turdagi strukturadan va ba'zi hollarda turli xil qattiqlikdagi materiallardan iborat. U tutqichlar [28, 29], yumshoq qo'lqoplar [30] va inson tanasi qismlarini modellashtirish uchun keng qo'llanilgan.

Turli mualliflar ushbu tuzilishga evolyutsiyani taklif qilishdi. Geometriyani optimallashtirish [32] da amalga oshiriladi, [33] esa PneuFlex aktuatorini taqdim etadi, bu esa Pneunet kontseptsiyasini o'zgaruvchan tasavvurga ega bo'lgan nurni ishlab chiqdi. Boshqa tomondan, [34] va [35] ishlari ushbu aktuator asosida ikki tomonlama egilish bilan pnevmatik segmentlarni qanday loyihalash mumkinligini ko'rsatadi.

Dastlab yumshoq tutqichlar uchun [36] qo'llanilgan siqilish nurlar ko'rinishidagi manipulyatorlarni yaratish uchun ham ishlatilishi mumkin [37]. Ularning vazifasi pnevmatikaning teskarisidir: ularning tabiiy holatida ular egilib, salbiy bosim o'tkazilsa, ular qattiqlashadi. [38] da, bosim yoki vakuum qo'llanilishi mumkin bo'lgan TPU-bosilgan segment kiritilgan.

2.2 Pnevmatik qo'llar

Aktuatorlarning dizayni bilan bir qatorda, pnevmatik yumshoq robototexnika turli darajadagi erkinliklarga ega qurollarni qurish uchun ularni integratsiya qilish muammosiga duch kelishi kerak. Oldingi ishlarning ba'zilari, masalan, [26], o'q otish qurollarini tashkil qilsa-da, manipulyatorlarni qurish uchun bir nechta alternativlar ishlab chiqilgan.

Birinchi variant gibrid yondashuvlar bo'lib, unda qattiq va sof yumshoq elementlar birlashtiriladi, bu esa nisbatan barqaror mexanizmni oddiy usulda olish imkonini beradi. Bunga misol qilib [39] ishda topish mumkin, unda antagonistik harakatga keltiriladigan PAM juftlari yetti darajadagi erkinlikka ega boʻlgan qattiq nurli qoʻlni harakatlantirish uchun foydalaniladi. Juda o'xshash protsedura [40] da keltirilgan. Robotning odamlarga zarar yetkazmasligi uchun qo‘lga puflanadigan yenglar qo‘shilgan.

[41] da qattiq asosli pnevmatik segment ishlab chiqilgan. Bu oltita trubadan iborat bo'lib, ularning geometriyasi tufayli, uchta guruhga bo'lingan holda, yig'ilishning asoslarga perpendikulyar o'qda aylanishiga imkon beradi. Butun robot qo'l ishlab chiqilmagan bo'lsa-da, faqat bir darajadagi erkinlik segmenti bo'lsa-da, u butunlay yumshoq robot qo'liga birlashtirilgan. Xuddi shu mualliflar ilgari 85 sm uzunlikdagi segmentlardan 3 kg gacha bo'lgan yuklarni ko'tarishga qodir bo'lgan oltita erkinlik darajasiga ega robot qo'lni ishlab chiqdilar [42].

[43] ning ishi, aksincha, TPUdan yasalgan origami robot qo'lini taqdim etadi. Bu pnevmatik qo'zg'alish orqali shishiradi va o'chiriladi, lekin uning pozitsiyasi tendonlar tomonidan boshqariladi, bu esa tizimni sekinlashtiradi, uni ancha aniqroq qiladi. 3D bosilgan robotlar orasida [44] uch darajadagi erkinlik segmentini taqdim etadi, uning harakati uchta pnevmatik trubaning bir yoki bir nechtasini shishirish yoki tushirish orqali erishiladi. Bundan tashqari, antagonist rolini o'ynaydigan va manipulyatorning harakatlarini qattiqlashtiradigan kabellar mavjud. Uning ishlash printsipi [1] ishiga juda o'xshash.

Shuningdek, chop etiladigan va joylashtiriladigan robotlar falsafasiga asoslanib, [45, 46] Honeycomb Pneumatic Network (HPN) tarmog'ini taqdim etadi. U har birining ichida havo yostig'i bo'lgan TPU chuqurchalar konstruktsiyalarini birlashtirish orqali qurilgan. Qog'ozda bir nechta prototiplar taqdim etilgan, ulardan biri to'rtta segmentni birlashtirgandan keyin uzunligi 600 mm ga etishi mumkin. Uning bir qancha afzalliklari muhokama qilingan bo'lsa-da, uning og'irligi, mubolag'asiz, yuqori bo'lgan muammoni taqdim etadi: barcha naychalarni hisobga olgan holda, qo'lning og'irligi 4,4 kg.

[47] roboti ikkita segmentdan iborat bo'lib, ularning har biri uchta pnevmatik naychaga ega. Garchi bu nazariy jihatdan olti daraja erkinlik bergan bo'lsa-da, boshqaruvchilar faqat yuqori modul uchun javobgardir, bu esa barcha pozitsiyalar va yo'nalishlarni erkin o'rnatishga imkon bermaydi.

STIFF-FLOP manipulyatori [48] da kiritilgan. Bu ichida bir qator pnevmatik kameralar bo'lgan elastomer silindrdan iborat bo'lib, uning inflyatsiyasi va deflatsiyasi silindrning deformatsiyasiga va shuning uchun robotning harakatiga olib keladi. Ushbu dizaynning turli xil iteratsiyalari mavjud, masalan, [31] da ko'rsatilgan qattiqlashtiruvchi tendonlarga ega STIFF-FLOP segmenti.

Ushbu qatorda [49] da keltirilgan SoPrA har biri konussimon magistralga o'xshash uchta tola bilan mustahkamlangan silikon segmentlarni birlashtirgan holda ishlab chiqariladi, shunda robotning uchi taglikdan ancha torroq bo'ladi. Kesilgan konusning shakli foydali bo'lsa-da, chunki mualliflar ta'kidlaganidek, yuqori segmentlar ko'proq momentni talab qiladi va ularning ichida ko'proq quvurlarni ushlab turadi, konusga erishish uchun ishlatiladigan ishlab chiqarish jarayoni robotga yangi segmentlarni osongina qo'shilishiga yo'l qo'ymaydi.

[50] da silikon kauchuk yordamida 3 segmentli qo'l qurilgan. Har bir segmentning uzunligi 110 mm, diametri 45 mm va an'anaviy STIFF-FLOP tuzilishidan farqli o'laroq, u to'rtta shishiriladigan bo'shliqlar bilan jihozlangan. Bu og'irlikning oshishi va nazorat qilish qiyinligini nazarda tutadi, chunki har bir segmentda atigi uch daraja erkinlikka ega bo'lish bilan solishtirganda ortiqcha ko'payadi.