Mkono wa roboti wa anga wenye vidole vitatu na kiganja kinachosogea ni mekanizimu ya kushika inayoweza kubadilisha si vidole pekee bali pia jiometri ya kiganja ambako vidole vimeunganishwa, ili kushika malengo ya anga yasiyoshirikiana yenye ukubwa na maumbo tofauti. Mfumo huu unaunganisha kiganja kinachofunguka na kufunga, chenye mwendo metamorfiki, na vidole vya moduli vinavyofunguka kwa msingi wa mekanizimu ya mkasi. Katika hesabu za kinematiki, ukubwa wa kiganja hubadilika kati ya 147,4–268,9 mm na falanksi ya kidole kati ya 69,3–145,1 mm; kiganja kinaweza kuunda pembe metamorfiki kati ya −45° na +45°. Kwa kukubali mgawo wa msuguano \(\mu=0.4\), uchambuzi wa force-closure na uboreshaji wa Bayes ulihesabu usanidi thabiti wa kushika kwa malengo ya duara yenye radius 24–294 mm. Prototipu ya kimwili ilishika silinda, mchemraba na duara za ukubwa tofauti katika mazingira ya Dunia. Hata hivyo, kazi hii si uthibitisho wa ujumbe katika mikrograviti halisi, kwenye lengo la anga linalosogea kwa uhuru, wala katika mazingira ya ombwe na mizunguko ya joto.

Chanzo cha tatizo ni kwamba taka za anga na vyombo vya anga vilivyoshindwa kufanya kazi hutofautiana sana kwa umbo na ukubwa. Nyavu, chusa, makucha ya kukamata yaliyounganishwa na vishikio vya kawaida vya roboti vina faida zake, lakini jiometri moja ya mitambo inaweza kushindwa kujirekebisha kwa familia pana ya malengo. Katika utafiti huu, kiganja hakibaki kuwa jukwaa la kubeba tu; kinageuzwa kuwa tabaka la pili la kubadilika.

Kwa nini kushika angani ni tofauti na kishikio cha kawaida cha roboti?

Vyombo vya anga visivyofanya kazi na vipande vya taka obitini huenda visina sehemu zilizotayarishwa kwa kushikwa. Jiometri ya lengo, muundo wa uso na hali ya mwendo vinaweza kubadilika. Katika mikrograviti, lengo halikai juu ya meza; mguso wa mkono wa roboti unaweza kubadilisha kasi yake mstari au mwendo wake wa mzunguko.

Kwa nini vidole vitatu vilichaguliwa?

Vidole vitatu hutoa maeneo zaidi ya mguso, hurahisisha kulizunguka lengo na vinaweza kuunda jiometri inayofaa zaidi kwa force/form closure. Kuongeza zaidi ya vidole vinne huongeza haraka aktueta, viungo, njia za udhibiti na utata wa kimitambo.

Kiganja Kinachosogea ni Nini na Kinatoa Nini Katika Muundo Huu?

Kiganja kinachosogea ni muundo wa kimitambo wenye viungo, maungio na aktueta zake, tofauti na mbebaji wa vidole usiosogea katika mikono ya kawaida ya roboti. Katika muundo huu, kiganja hutoa kazi mbili: kufunguka/kukunjika kwa miale na mzunguko metamorfiki.

Mekanizimu ya kiganja kinachofunguka

Mekanizimu ya kiganja kinachofunguka inategemea minyororo ya kinematiki ya R-R yenye maungio mawili ya mzunguko. Viunganishi metamorfiki huzuia viwango visivyotakiwa vya uhuru wakati wa kufunguka na kutoa hali ya pili ya mwendo baada ya kufunguka kikamilifu.

Kinematiki, force-closure na uboreshaji

Katika kazi ya chanzo, nadharia ya skrubu, koordinati za Poincaré–Euler/eksponensheli, kanuni ya kazi pepe, koni za msuguano, nafasi ya wrench ya vipimo sita na uboreshaji wa Bayes vimetumiwa pamoja. Alama na mipaka muhimu huhifadhiwa bila kubadilishwa: \(L_{min}=147.4\text{ mm}\), \(L_{max}=268.9\text{ mm}\), \(h_{min}=69.3\text{ mm}\), \(h_{max}=145.1\text{ mm}\), \(\sigma_Ppprox1.82\), \(\sigma_Fpprox2.09\), \(R_e=30\text{ mm}\) na \(\mu=0.4\).

Mbinu na matokeo ya utafiti

Tofauti kuu ya muundo uliopendekezwa ni kwamba DOF ya kiganja ni 2; katika mifano iliyolinganishwa ya Li [21], Gao [22], Zhao [23] na Yang [24], DOF ya kiganja ni 0. DOF ya kidole ni 2 katika miundo yote, lakini pembe metamorfiki ya −45° hadi +45° ipo katika muundo uliopendekezwa pekee.

Uchambuzi wa nafasi ya kazi unaonyesha kuwa kufunguka kwa kiganja, kufunguka kwa vidole na metamofosi ya kiganja hupanua eneo linalofikiwa katika mielekeo tofauti ya kijiometri. Kwa hiyo, vipengele hivi vitatu havirudii kazi moja; vinakamilishana.

Mkono wa roboti unaweza kushika malengo ya duara ya ukubwa gani kwa uthabiti?

Kulingana na modeli ya force-closure na uboreshaji wa Bayes, chini ya \(\mu=0.4\), radius ya duara ambayo ina usanidi unaofaa ni 24–294 mm. Hili ni tokeo la modeli ya nambari/uchanganuzi; si kiwango cha operesheni kilichothibitishwa katika mikrograviti.

Prototipu na majaribio

Prototipu ilitekeleza kufunguka/kukunjika kwa kiganja, kufunguka/kukunjika kwa vidole na mwendo metamorfiki wa ±45°. Silinda, mchemraba na duara zenye radius 200 mm, 100 mm na 50 mm zilishikwa katika mazingira ya maabara duniani.

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

• Kiganja kinachosogea kilifunguka, kukunjika na kufanya mwendo metamorfiki wa ±45° katika prototipu.
• Vidole vinavyofunguka vilitekeleza mwendo uliotarajiwa.
• Katika modeli ya nambari, usanidi wa force-closed ulipatikana kwa duara za radius 24–294 mm.
• Prototipu ya duniani ilishika vitu vya jiometri tofauti.

Matokeo ambayo utafiti hauyathibitishi

• Haijaonyeshwa kuwa mekanizimu imeshika taka halisi ya anga obitini.
• Kiwango cha 24–294 mm si mafanikio ya ujumbe yaliyopimwa katika mikrograviti.
• Ombwe, mionzi, mizunguko mikubwa ya joto, athari ya mgongano na mabadiliko ya impulsi havijathibitishwa kwa majaribio.

Dokezo la chanzo na mbinu

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

DOI: 10.3390/aerospace13050449. Aina ya chanzo: makala ya utafiti iliyopitiwa na wataalamu. Leseni: Creative Commons Attribution, CC BY.