Utafiti huu unatengeneza roboti ya kuweka nyaya inayoweza kusonga kwa kuvuta waya wa kuongoza/wa mwanzo katika maeneo membamba na yenye vizuizi, kama vile racks za nyaya na nafasi za dari zilizoning’inizwa katika mifumo ya umeme. Roboti hubadilisha wimbi linalosafiri linalozalishwa na vitengo vya Reconfigurable Single-Actuator-Wave (RSAW) kuwa nguvu ya msukumo kupitia mguso na uso. Prototipu ya kwanza iliweza kusonga kwenye rack ya nyaya lakini ilinasa kwenye carrier ya kuunganisha dari kwa sababu mwendelezo wa wimbi ulivunjika kwenye viungo kati ya vitengo. Baada ya hapo, watafiti walibuni upya muundo wa kiungo cha kimitambo, wakaifanya wave inayosafiri kati ya vitengo kuwa endelevu, na wakasawazisha awamu za helix nne kwa maoni ya PID. Roboti mpya ilisonga kwenye uso tambarare kwa takriban 42 mm/s, iliweza kugeuka papo hapo, ikafikia kiwango cha traction kilichoripotiwa kuwa takriban 7,5 N chini ya uzito wa ziada, na ikavuka carrier ya kuunganisha yenye urefu wa 57 mm katika mazingira ya dari bandia kwa takriban sekunde 60. Matokeo yanathibitisha uwezo wa msingi wa mwendo wa muundo, lakini hayatoi uthibitisho wa kuvuta nyaya kwa muda mrefu na uimara katika mazingira halisi ya eneo la ujenzi.

Ubunifu mkuu wa utafiti si tu kutengeneza roboti inayosonga kwa umbo la wimbi. Tatizo kuu la uhandisi ni kuzuia wimbi linalosafiri lisikatike kwenye sehemu za viungo wakati vitengo vingi vya RSAW vinapounganishwa kwa viungo. Kunasa kwa prototipu ya kwanza kwenye muundo wa dari kulifanya tatizo hili lionekane moja kwa moja; katika muundo mpya, jiometri ya kimitambo na usawazishaji wa awamu za motor vilibadilishwa kulingana na tatizo hili.

Katikati ya roboti mpya kuna vitengo viwili vya RSAW vilivyowekwa sambamba. Vitengo vya mbele na nyuma huunganishwa na muundo huu wa kati kupitia viungo. Kwa kuwa kuzungusha helix mbili za kati kwa mwelekeo tofauti huruhusu roboti kubadilisha mwelekeo, hitaji la mwendo tofauti wa yaw limepunguzwa na servo hutumika kwenye viungo kwa mwendo wa pitch pekee. Kwa hivyo, jumla ya motor imepungua kutoka motor 15 katika roboti ya awali inayofanana na nyoka hadi motor 6 katika muundo mpya.

Maana kwa Türkiye: Mbinu hii inatoa suluhisho la kimitambo linalovutia kwa kuendesha kiotomatiki kazi za kuvuta nyaya ambazo ni hatari au ngumu kufikika katika majengo yenye mifumo ya umeme ya dari iliyoning’inizwa na trays/racks za nyaya. Hata hivyo, jiometri za majaribio katika utafiti huu ziliundwa kulingana na vipimo maalum vya rack za nyaya na miundo ya dari nchini Japani. Kwa mifumo tofauti ya kubeba nyaya, jiometri za kuning’iniza, vipengele vya mifumo ya moto, vifuniko vya dari, mipaka ya mzigo na mahitaji ya usalama kazini nchini Türkiye, vipimo na jiometri ya mguso wa roboti lazima zithibitishwe upya.

Tatizo kuu la utafiti ni nini?

Katika uwekaji wa nyaya, cable kuu haisukumwi moja kwa moja kwenye nafasi nyembamba ya dari; kwanza waya mwembamba wa kuongoza au wa mwanzo hupitishwa kwenye njia lengwa, kisha cable kuu huunganishwa na waya huo na kuvutwa. Katika matumizi ya kawaida, wafanyakazi wanaweza kulazimika kufikia nafasi za dari zenye giza na nyembamba kwa kutumia ngazi au majukwaa ya kazi yaliyoinuliwa.

Watafiti walilenga roboti hiyo hiyo kufanya kazi katika mazingira mawili tofauti ya kijiometri: rack ya nyaya yenye vipengele vya msalaba vilivyowekwa kwa vipindi na nafasi ya dari iliyoning’inizwa yenye carriers/vizuizi vingi. Ukweli kwamba mifumo ya awali iliyotengenezwa kwa kusudi maalum ilifaulu katika mazingira moja lakini haikutosha kijiometri katika jingine uliunda hitaji la muundo unaoweza kusanidiwa upya na kuvuka mazingira yote mawili.

Mekanizimu ya RSAW inasongaje?

Msingi wa kitengo cha RSAW ni wimbi la sine linalosafiri linalotokana na projection ya helix ya pande tatu inayozunguka kwenye ndege wima. Katika utafiti, wimbi la msingi linaonyeshwa kama:

\[ y(x,t)=A\sin\left(\frac{2\pi}{L}x-\omega t\right) \]

Hapa \(A\) ni amplitude ya wimbi, \(L\) ni wavelength, \(\omega\) ni angular frequency, \(x\) ni nafasi ya longitudinal na \(t\) ni muda.

Kasi ya kinadharia ya ueneaji wa wimbi:

\[ V_w=\frac{\omega L}{2\pi} \]

inafafanuliwa hivyo. Thamani hii si sawa moja kwa moja na kasi halisi ya kusonga ya roboti, kwa sababu mwendo wa roboti juu ya uso unategemea mguso wa pointi nyingi na msuguano kati ya wimbi na uso.

Watafiti walifafanua kasi ya ncha ya kipengele cha kuunganisha kwa kutumia vigezo vya wimbi:

\[ V_l=(2\pi)^2\frac{A}{L}rf \]

Katika uhusiano huu, \(r\) ni urefu wa ncha ya kiunganishi na \(f\) ni frequency.

Kwa msuguano wa kinetic katika sehemu ya mguso:

\[ f_{ki}=\mu_iN_i \]

hutumika. Hata hivyo, kwa sababu roboti hugusa uso katika pointi nyingi kwa wakati mmoja, watafiti walieleza kuwa tabia halisi ya mwendo haiwezi kuelezwa kikamilifu kwa modeli rahisi ya Coulomb ya mguso mmoja na walitathmini utendaji wa mwendo kwa majaribio.

Rack ya nyaya iliamuaje muundo wa roboti?

Crossbeams za chini za rack ya nyaya iliyotumika katika jaribio zilikuwa na upana wa 40 mm na ziliwekwa kwa umbali wa 300 mm kutoka moja hadi nyingine. Urefu wa beam kuu ulikuwa 3000 mm na upana wa rack uliochaguliwa ulikuwa 600 mm.

Jiometri hii iliathiri moja kwa moja vipimo vya helix ya RSAW. Vigezo vya helix vya kitengo kilichorekebishwa kwa mazingira katika utafiti ni kama ifuatavyo:

Vitengo vitatu vinapozingatiwa kwa mfululizo, jiometri ya wimbi inaonyeshwa kuchaguliwa kwa namna inayoruhusu pointi za mguso kubaki kwenye crossbeams za chini za rack ya nyaya katika mzunguko mzima mmoja.

Kwa nini kitengo cha kwanza cha RSAW kilinasa kwenye kipengele cha dari?

Katika kitengo cha kwanza cha majaribio cha RSAW kulikuwa na mapengo kati ya vipengele vya kuunganisha vinavyofanana na carriers za nyaya vilivyozunguka helix. Kitengo kilipofika juu ya carrier ya kuunganisha dari, moja ya mapengo haya ilikaa kwenye profile ya chuma na mwendo ukasimama.

Kwa hiyo, kipengele kipya cha kuunganisha kilibuniwa upya ili kupunguza mapengo kati ya sehemu zinazofuatana ambazo yanaweza kusababisha kunasa. Vipimo vya msingi vilivyotolewa kwenye chanzo ni:

Katika tathmini ya kijiometri, pembe ya juu ya kupinda inayoruhusiwa na kipengele cha kuunganisha ilihesabiwa kuwa takriban 75,7°, huku pembe ya juu inayohitajika kivitendo ikiwa 31,2°. Kwa hivyo uwezo wa pembe wa kimitambo unazidi jiometri ya kizuizi kilicholengwa.

Kwa nini roboti ya kwanza yenye vitengo vingi ilishindwa?

Prototipu ya kwanza yenye vitengo vingi ilikuwa na vitengo vitatu vya RSAW vilivyounganishwa kwa mfululizo kwa viungo viwili vya hinge. Kila kiungo kilikuwa na servo motor mbili kwa mwendo wa yaw na pitch. Prototipu hii iliweza kusonga mbele kwenye rack ya nyaya, lakini katika mazingira ya dari bandia sehemu ya kiungo ilinasa kwenye carrier ya kuunganisha.

Watafiti walihusisha kushindwa huku na kutokuwepo kwa mwendelezo wa wimbi linalosafiri katika eneo la kiungo. Kwa maneno mengine, ingawa vitengo binafsi viliweza kuunda mawimbi yao, jiometri ya wimbi haikuendelea kwa mwendelezo kupitia kiungo; kwa hiyo mwili wa kiungo ulitokeza nje ya uso na kufungamana kimitambo na kizuizi.

Muundo wa kimitambo wa roboti mpya ulibadilishwaje?

Katika muundo mpya, sehemu ya kati iliundwa na vitengo viwili vya RSAW vilivyowekwa sambamba, na vitengo vya mbele na nyuma vya RSAW viliunganishwa kupitia muundo huu wa kati. Torque ya motor ilihamishwa kupitia gears kwenye eneo la kiungo na servo motor zilisogezwa juu ili zisiingilie njia ya mguso ya wimbi linalosafiri.

Kwa kuwa kuzungusha helix mbili za kati kwa mwelekeo tofauti kunaruhusu roboti kubadilisha mwelekeo, hitaji la servo tofauti za yaw kwenye viungo lilipunguzwa. Katika kila kiungo ni mwendo wa pitch pekee unaofanywa na servo motor. Matokeo yake, jumla ya motor za roboti mpya ilikuwa 6.

Sehemu ya kati pia imetengewa nafasi ya betri na controller ya juu ya mwili. Hii ni faida muhimu ya kimuundo ikilinganishwa na muunganisho wa nguvu na udhibiti wa waya wa nje uliotakiwa katika roboti ya awali inayofanana na nyoka. Hata hivyo, inaelezwa kwamba katika majaribio, modes za mwendo zilichaguliwa kwa amri za keyboard kupitia serial communication kati ya PC na microcontroller; utafiti haukujaribu autonomous environment sensing wala autonomous route planning.

Kwa nini usawazishaji wa awamu unahitajika?

Kuunda wimbi endelevu kimitambo pekee haitoshi; awamu za angular za helix nne za RSAW lazima pia zifuatane. Ikiwa motor moja itatangulia au kuchelewa dhidi ya nyingine, kutokuwepo kwa mwendelezo wa kijiometri kunaweza kutokea tena juu ya kiungo.

Kwa hiyo, angle \(\theta_i\) iliyopimwa kutoka encoder ya kila helix ililinganishwa na target angle ya pamoja \(\theta_r\), na PID feedback ikatumika.

Katika jaribio la mwendo wa mbele, baada ya tabia ya mpito ya awali kutulia, kosa la jamaa la helix nne dhidi ya target angle lilibaki ndani ya 2°. Hii inaonyesha kwamba usawazishaji wa awamu ulipatikana katika hali za jaribio.

Roboti hubadilishaje mwelekeo?

Wakati wa kugeuka, vitengo vya mbele na nyuma vya RSAW huinuliwa kutoka ardhini kwa takriban 20° kwa servo motor, na helix mbili za RSAW katikati huzungushwa kwa mwelekeo kinyume. Picha za majaribio zinaonyesha kwamba roboti iliweza kugeuka katika pande zote mbili.

Kwa sababu mekanizimu hii inaruhusu roboti kubadilisha mwelekeo karibu na mhimili wake badala ya kuchora arc kubwa, watafiti wameelezea radius ya kugeuka kuwa karibu sifuri.

Carrier ya kuunganisha dari ilivukwaje?

Upande mrefu wa mazingira ya dari bandia ni 1820 mm. Urefu uliopimwa kutoka paneli ya dari hadi juu ya carrier ya kuunganisha ni 57 mm, umbali kati ya carriers za kuunganisha ni takriban 900 mm, na umbali kati ya viunganishi vya dari ni takriban 300 mm. Badala ya gypsum board halisi, plywood ilitumika kwenye setup ya jaribio.

Roboti haikuvuka kizuizi kwa angle moja ya kudumu ya mwili; ilitumia mfuatano wa viungo wa hatua tano. Angles za viungo viwili zilibadilishwa ili kwa zamu sehemu za mbele na nyuma zipande juu ya kizuizi, mwili ujiweke katikati juu ya kizuizi, na kisha sehemu ya nyuma ijitenge.

Kwa mfuatano huu, roboti mpya ilivuka kabisa carrier ya kuunganisha dari. Muda kutoka mguso wa kwanza hadi roboti kujitenga kabisa na kizuizi uliripotiwa kuwa takriban sekunde 60. Watafiti wanalenga kupunguza muda huu siku zijazo kwa kasi kubwa zaidi ya motor na harakati zilizoboreshwa za viungo.

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

• Kudumisha mwendelezo wa wimbi katika pointi za viungo vya vitengo vya RSAW ni hitaji muhimu la kubuni kwa kuvuka vizuizi vya aina ya dari.
• Muundo uliobuniwa upya wa kiunganishi uliwezesha kitengo kimoja cha RSAW kusonga juu ya carrier ya kuunganisha dari bila kunasa.
• Usawazishaji wa awamu wa helix nne kwa PID uliweka ufuatiliaji wa target angle ndani ya takriban ±2° katika hali za majaribio.
• Roboti mpya ilifanya mwendo wa mbele-nyuma na kugeuka katika pande zote mbili.
• Roboti mpya ilivuka carrier ya kuunganisha katika mazingira ya dari bandia.
• Jumla ya motor katika muundo mpya ni ndogo kuliko katika mifumo iliyolinganishwa.

Matokeo ambayo utafiti haujaunga mkono au haujajaribu

• Haijaonyeshwa kwamba roboti inaweza kutekeleza kwa kuendelea kazi kamili ya kuweka nyaya katika eneo halisi la ujenzi.
• Jaribio la kuvuta kwa muda mrefu kwa umbali mrefu na nyaya kuu nzito halijafanywa.
• Uimara wa muda mrefu na maisha ya kazi zinazorudiwa havijatathminiwa.
• Usalama kamili wa mzigo wa kimuundo kwenye dari halisi ya gypsum board haujathibitishwa.
• Mfumo wa kutambua mazingira, kutambua vizuizi na kupanga njia kiotomatiki haujathibitishwa.
• Haijaonyeshwa kwamba roboti mpya inaweza kutumika kwa aina zote tofauti za racks za nyaya na miundo ya dari.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Mazingira ya majaribio na vigezo vya muundo

Ulinganisho wa roboti mpya na mifumo ya awali

Matokeo ya jaribio la traction force

Katika kipimo kilichofanywa kwenye uso tambarare wa setup ya dari bandia, roboti ikiwa peke yake, maandishi yaliripoti wastani wa traction force wa takriban 3,1 N. Wakati uzito wa ziada wa alumini wa takriban 1,06 kg uliwekwa, maandishi hayo hayo yalitoa wastani wa traction force wa takriban 7,5 N.

Hata hivyo, kichwa cha Jedwali 5 la utafiti kinaainisha thamani hii ya 7,5 N kama peak traction force ya roboti mpya. Kwa kuwa chanzo kinatumia ufafanuzi miwili tofauti ya kitakwimu, Verianla haijafanya uchaguzi mpya kwamba 7,5 N ni wastani au peak kwa uhakika.

Muhtasari wa kiufundi wa matokeo makuu ya majaribio

• Kasi ya kusonga kwenye uso tambarare: takriban 42 mm/s.
• Kosa la jamaa la angle baada ya hali ya mpito katika usawazishaji wa awamu: ndani ya 2°.
• Wastani wa traction ulioripotiwa kwenye maandishi roboti ikiwa peke yake: takriban 3,1 N.
• Traction iliyoripotiwa ikiwa na takriban 1,06 kg ya mzigo wa ziada: takriban 7,5 N.
• Jumla ya motor: 6.
• Misa ya roboti: 1,14 kg.
• Voltage ya usambazaji: 7,4 V.
• Muda wa kuvuka carrier ya kuunganisha dari bandia: takriban 60 s.
• Angle ya kuinua vitengo vya mbele na nyuma wakati wa kugeuka: 20°.

Mipaka ya kisayansi na kihandisi

Utafiti huu si uthibitishaji wa bidhaa wala demonstration ya kuweka nyaya kwa kiwango cha eneo la ujenzi. Majaribio yalifanywa kwenye rack ya nyaya iliyodhibitiwa, uso tambarare na setup ya dari bandia. Plywood ilitumika badala ya gypsum board halisi kwenye paneli ya dari bandia.

Haijatathminiwa ikiwa roboti mpya inaweza kuvuta kwa kuendelea cable halisi ya kuongoza na kisha cable kuu nzito kwa umbali mrefu. Watafiti wanaeleza wazi kwamba majaribio ya mzigo endelevu, kazi ya muda mrefu na uimara yanapaswa kufanywa baada ya kutengenezwa prototipu iliyo imara zaidi.

Pia, majaribio ya mwisho ya uthibitishaji yaliyoripotiwa moja kwa moja kwa roboti mpya ni kwenye uso tambarare na carrier ya kuunganisha dari bandia. Prototipu ya awali ilisonga kwenye rack ya nyaya; hata hivyo, utendaji wa muundo mpya katika jiometri zote zinazowezekana za racks za nyaya haujathibitishwa kwa kina katika utafiti huu.

Dokezo la Chanzo na Mbinu

Jina kamili la utafiti asilia: Development of Cable-Laying Robot Based on Reconfigurable Single-Actuator-Wave Units

Waandishi, kwa mpangilio wa chanzo: Fuga Inagaki; Yuki Sadasue; Masami Iwase.

Mchango sawa/mwandishi wa kwanza sawa: Hakuna tamko la mchango sawa au uandishi wa kwanza sawa katika chanzo.

Mwandishi anayewajibika: Fuga Inagaki.

Taasisi: Department of Robotics and Mechatronics, Tokyo Denki University, 5 Senju Asahi-cho, Adachi-ku, Tokyo 120-8551, Japan.

Jarida: Machines.

Mchapishaji: MDPI, Basel, Switzerland.

Utambulisho wa uchapishaji: Machines 2026, 14(5), 521.

DOI: 10.3390/machines14050521.

Kiungo rasmi cha uchapishaji:https://doi.org/10.3390/machines14050521

Kupokelewa / kusahihishwa / kukubaliwa / kuchapishwa: 26 Februari 2026 / 30 Aprili 2026 / 1 Mei 2026 / 8 Mei 2026.

Aina ya chanzo na hali ya peer review: Makala ya utafiti iliyopitiwa na wataalamu.

Leseni: Creative Commons Attribution (CC BY); hakimiliki © 2026 ni ya waandishi.

Ufadhili: Imeripotiwa kwamba utafiti haukupokea ufadhili wa nje.

Upatikanaji wa data: Imeelezwa kwamba michango asilia ya utafiti imo ndani ya makala na maswali ya ziada yanaweza kuelekezwa kwa mwandishi anayewajibika.

Mgongano wa maslahi: Waandishi wametangaza kwamba hakuna mgongano wa maslahi.

Shukrani: Watafiti wanashukuru TOKO ELECTRICAL CONSTRUCTION Co., Ltd. kwa ushauri wao kuhusu majaribio.

Michango ya waandishi: Uundaji wa dhana, mbinu, software, uthibitishaji, uchambuzi rasmi, utafiti, rasilimali na data curation zilifanywa na Fuga Inagaki na Yuki Sadasue; rasimu ya kwanza iliandaliwa na Fuga Inagaki; review/editing, usimamizi, project management na funding acquisition zilifanywa na Masami Iwase. Visualization ilikuwa ya Fuga Inagaki.

Dokezo la uthabiti wa ndani wa chanzo 1: Katika sehemu ya traction force, thamani ya takriban 7,5 N inaelezwa kama “average traction force”, lakini Jedwali 5 linaiita thamani hiyo “peak traction force”. Ufafanuzi huu wote wawili umehifadhiwa kama ulivyo katika chanzo.

Dokezo la uthabiti wa ndani wa chanzo 2: Kasi ya 42 mm/s imetolewa kwa roboti mpya, 45 mm/s kwa prototipu na 40 mm/s kwa roboti inayofanana na nyoka. Kwa hiyo, faida ya kasi ya roboti mpya ni sahihi ikilinganishwa na roboti inayofanana na nyoka; kulingana na Jedwali 5 si ya haraka kuliko prototipu.

Kikomo kikuu cha kisayansi: Utafiti unathibitisha uwezo wa msingi wa mwendo wa usanifu mpya wa roboti unaotegemea RSAW, usawazishaji wa awamu, traction kwenye uso tambarare na kuvuka carrier ya kuunganisha dari bandia. Hautoi uthibitisho wa kutegemewa kwa uendeshaji katika eneo halisi la ujenzi chini ya mzigo mzito wa cable, kwa umbali mrefu na kwa uendeshaji endelevu.

Mbinu ya kuandaa maudhui: Maelezo ya kisayansi yanategemea maandishi, equations, tables, picha za majaribio, michoro ya jiometri na graphs za utafiti uliopakiwa. Hakuna jaribio au matokeo mapya ya kisayansi yaliyoongezwa kutoka vyanzo vya nje; uthibitishaji wa nje ulitumika tu kwa kutambua utambulisho wa bibliografia wa uchapishaji na hali ya peer review ya jarida. Inline SVGs katika makala zimechorwa upya kutoka data ya chanzo au zimetayarishwa kama michoro ya maelezo ya Kituruki inayotegemea mbinu na matokeo ya utafiti.