Hərəkətli palmaya malik üçbarmaqlı kosmik robotik əl, fərqli ölçü və formalardakı əməkdaşlıq etməyən kosmik hədəfləri tuta bilmək üçün yalnız barmaqlarını deyil, barmaqların bağlandığı palma həndəsəsini də aktiv şəkildə dəyişdirə bilən tutma mexanizmidir. Sistem açılıb-bağlana bilən və metamorfik hərəkət edən palma ilə qayçı mexanizminə əsaslanan modulyar açılan barmaqları birləşdirir. Kinematik hesablamalarda palma ölçüsü 147,4–268,9 mm, barmaq falanksı 69,3–145,1 mm aralığında dəyişir; palma −45° ilə +45° arasında metamorfik bucaq yarada bilir. Sürtünmə əmsalı \(\mu=0.4\) götürüldükdə Bayes optimallaşdırması və qüvvə-qapanışı analizində 24–294 mm radiuslu kürəvi hədəflər üçün sabit tutma konfiqurasiyaları hesablanmışdır. Fiziki prototip silindr, kub və müxtəlif ölçülü kürələri Yer şəraitində tuta bilmişdir. Bununla birlikdə çalışma real mikroqravitasiyada, sərbəst hərəkətli kosmik hədəfdə və ya vakuum/temperatur dövrlərinin olduğu kosmik mühitdə aparılmış missiya doğrulaması deyil.

Çalışmanın çıxış nöqtəsi kosmik zibilin və işləməyən kosmik aparatların forma və ölçü baxımından çox fərqli olmasıdır. Şəbəkə, zıpkın, bağlı tutma pəncəsi və ənənəvi robot tutucuların hər birinin üstün tərəfləri olsa da, tək mexaniki geometriya geniş hədəf ailəsinə uyğunlaşmaqda çətinlik çəkə bilər. Bu işdə palma passiv daşıyıcı olmaqdan çıxarılaraq ikinci uyğunlaşma qatına çevrilmişdir.

Kosmosda tutma niyə adi robot tutucusundan fərqlidir?

Orbitdəki işləməyən kosmik aparatlarda əvvəlcədən hazırlanmış tutma nöqtələri olmaya bilər. Hədəfin geometriyası, səth quruluşu və hərəkət vəziyyəti dəyişə bilər. Mikroqravitasiyada hədəf masanın üzərində sabit dayanmadığından, robot əl ilə təmas cismin impulsunu və bucaq hərəkətini dəyişdirə bilər.

Niyə üç barmaq seçildi?

Üç barmaq daha çox təmas nöqtəsi verərək hədəfi çevrələməyi asanlaşdırır və qüvvə/form qapanışı üçün əlverişli həndəsə yaradır. Dörddən çox barmaq isə aktuator, oynaq, idarəetmə kanalı və mexaniki mürəkkəbliyi artırır.

Hərəkətli Palma Nədir və Bu Dizaynda Nə Verir?

Hərəkətli palma sabit barmaq daşıyıcısından fərqli olaraq öz bağlantıları, oynaqları və aktuatorları olan, barmaq əsaslarının mövqelərini aktiv dəyişdirən mexaniki quruluşdur. Bu dizaynda palma radial açılma-qatlanma və metamorfik dönmə funksiyalarını təqdim edir.

Açılan palma mexanizmi

Açılan palma iki dönər oynaqlı R-R kinematik zəncirlərə əsaslanır. Metamorfik bağlantılar açılma zamanı istənməyən sərbəstlikləri məhdudlaşdırır və maksimum açılmadan sonra ikinci hərəkət rejimi yaradır.

Metamorfik Palma Mexanizmi Necə İşləyir?

Palma açılarkən M1 və M2 oynaqları koaksial olmadığı üçün dönmə məhdudlaşır və sistem yalnız radial açılır. Maksimum açılmada M1 və M2 koaksial olur; bu mərhələdən sonra bağlantılar dördçubuqlu mexanizm kimi işləyərək barmağın yuxarı və ya aşağı metamorfik bucaq dəyişməsinə imkan verir.

Kinematik, qüvvə qapanışı və optimallaşdırma

Qaynaq işdə vida nəzəriyyəsi, Poincaré–Euler/üstel koordinatlar, virtual iş prinsipi, sürtünmə koniləri, altıölçülü wrench fəzası və Bayes optimallaşdırması birlikdə istifadə edilmişdir. Əsas tənliklərdəki simvollar, ölçülər və sərhədlər dəyişdirilmədən qorunur: \(L_{min}=147.4\text{ mm}\), \(L_{max}=268.9\text{ mm}\), \(h_{min}=69.3\text{ mm}\), \(h_{max}=145.1\text{ mm}\), \(\sigma_Ppprox1.82\), \(\sigma_Fpprox2.09\), \(R_e=30\text{ mm}\) və \(\mu=0.4\).

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

Önerilən dizaynın əsas fərqi palma DOF dəyərinin 2 olmasıdır; Li [21], Gao [22], Zhao [23] və Yang [24] ilə müqayisədə əvvəlki nümunələrdə palma DOF 0 kimi verilir. Barmaq DOF bütün dizaynlarda 2-dir, metamorfik bucaq isə yalnız önerilən dizaynda −45° ilə +45° aralığındadır.

İş sahəsi analizində palma açılması, barmaq açılması və palma metamorfozu erişilə bilən üçölçülü bölgənin fərqli istiqamətlərini genişləndirir. Bu səbəbdən üç mexaniki xüsusiyyət eyni işi təkrar etmir, bir-birini tamamlayır.

Robotik Əl Hansı Ölçüdə Kürəvi Hədəfləri Sabit Tuta Bilir?

Qüvvə-qapanışı modeli və Bayes optimallaşdırmasına görə \(\mu=0.4\) altında uyğun konfiqurasiya tapılan kürə radiusu 24–294 mm-dir. Bu aralıq sayısal/analitik model nəticəsidir; mikroqravitasiyada sertifikatlaşdırılmış əməliyyat aralığı deyil.

Prototip və sınaqlar

Prototip palma açılma-qatlanma, barmaq açılma-qatlanma və ±45° metamorfik hərəkəti fiziki olaraq yerinə yetirmişdir. Silindr, kub, 200 mm, 100 mm və 50 mm radiuslu kürələr Yer laboratoriya şəraitində tutulmuşdur.

Çalışmanın dəstəklədiyi nəticələr

• Hərəkətli palma prototipdə açılma, qatlanma və ±45° metamorfik hərəkət etmişdir.
• Açılan barmaqlar nəzərdə tutulan açılma/qatlanma hərəkətini yerinə yetirmişdir.
• Sayısal modeldə 24–294 mm radiuslu kürələr üçün qüvvə-qapalı konfiqurasiyalar tapılmışdır.
• Yer prototipi müxtəlif geometriyalı obyektləri tuta bilmişdir.

Çalışmanın dəstəkləmədiyi nəticələr

• Mexanizmin orbitdə real kosmik zibili tutduğu göstərilməmişdir.
• 24–294 mm aralığı mikroqravitasiyada sınaqdan keçirilmiş missiya uğuru deyil.
• Vakuum, radiasiya, temperatur dövrləri, zərbə və impuls dəyişimi ayrıca doğrulanmamışdır.

Kaynak ve Yöntem Notu

Özgün başlık: Design and Analysis of a Grasping Mechanism with an Actuated Palm for On-Orbit Servicing

DOI: 10.3390/aerospace13050449. Kaynak türü: Hakemli araştırma makalesi. Lisans: Creative Commons Attribution, CC BY.