Ин таҳқиқот роботи кабелгузориро таҳия мекунад, ки метавонад дар ҷойҳои танг ва пурмонеаи иншооти барқӣ, аз ҷумла рафҳои кабел ва фазои болои шифтҳои овезон, бо кашидани кабели пешбар/роҳнамо ҳаракат кунад. Робот мавҷи пешраверо, ки воҳидҳои азнавтанзимшавандаи мавҷи як-амалкунанда (Reconfigurable Single-Actuator-Wave, RSAW) ба вуҷуд меоранд, тавассути тамос бо сатҳ ба қувваи ҳаракатдиҳанда табдил медиҳад. Прототипи аввал тавонист дар рафи кабел ҳаракат кунад, аммо аз сабаби канда шудани пайвастагии мавҷ дар буғумҳои байни воҳидҳо ба такягоҳи пайвасткунандаи шифт дармонд. Пас аз ин муҳаққиқон сохтори механикии буғумро аз нав тарҳрезӣ карда, мавҷи пешравро байни воҳидҳо пайваста сохтанд ва фазаҳои чор спиралро бо бозхӯрди PID ҳамоҳанг карданд. Роботи нав дар сатҳи ҳамвор тақрибан бо 42 mm/s ҳаракат кард, дар ҷояш гардиш карда тавонист, зери вазни иловагӣ ба сатҳи кашише, ки тақрибан 7,5 N гузориш шудааст, расид ва такягоҳи пайвасткунандаи 57 mm-баландро дар муҳити шифти сунъӣ тақрибан дар 60 сония убур кард. Натиҷаҳо қобилияти асосии ҳаракати тарҳро тасдиқ мекунанд, аммо тасдиқи кашиши дарозмуддати кабел ва устуворӣ дар шароити воқеии сохтмонро пешниҳод намекунанд.

Навоварии асосии таҳқиқот танҳо сохтани роботе нест, ки ба шакли мавҷ ҳаракат кунад. Масъалаи асосии муҳандисӣ ин аст, ки ҳангоми бо буғумҳо пайваст шудани якчанд воҳиди RSAW пешгирӣ карда шавад, ки мавҷи пешрав дар нуқтаҳои буғум қатъ гардад. Дармондани прототипи аввал дар сохтори шифт ин мушкилро мустақиман нишон дод; дар тарҳи нав ҳам геометрияи механикӣ ва ҳам ҳамоҳангсозии фазаҳои мотор мутобиқи ҳамин мушкил тағйир дода шуданд.

Дар маркази роботи нав ду воҳиди RSAW паҳлуи ҳам ҷойгир шудаанд. Воҳидҳои пеш ва ақиб бо буғумҳо ба ин сохтори марказӣ пайваст мешаванд. Азбаски чархонидани ду спирали марказӣ ба самтҳои муқобил имкон медиҳад робот самти худро иваз кунад, ҳаракати алоҳидаи yaw кам карда шуда, дар буғумҳо танҳо барои ҳаракати pitch сервомотор истифода шудааст. Бо ин роҳ шумораи умумии моторҳо аз 15 мотори роботи қаблии моршакл то 6 мотор дар тарҳи нав коҳиш ёфт.

Аҳамият барои Туркия: Ин равиш барои автоматизатсияи корҳои кашидани кабел дар биноҳои дорои иншооти барқии шифти овезон ва лоток/рафи кабел, махсусан дар ҷойҳои хатарнок ё душвордастрас, як ҳалли ҷолиби механикӣ пешниҳод мекунад. Аммо геометрияҳои таҷрибавии ин таҳқиқот мувофиқи андозаҳои мушаххаси рафи кабел ва конструксияи шифт дар Ҷопон сохта шудаанд. Барои системаҳои гуногуни интиқоли кабел, геометрияи овезон, унсурҳои низоми сӯхторхомӯшкунӣ, рӯйпӯшҳои шифт, маҳдудиятҳои сарборӣ ва талаботи бехатарии меҳнат дар Туркия андозаҳо ва геометрияи тамоси робот бояд аз нав тасдиқ карда шаванд.

Масъалаи асосии таҳқиқот чист?

Дар раванди кабелгузорӣ кабели асосӣ мустақиман ба фазои танги болои шифт тела дода намешавад; аввал кабели борики пешбар ё роҳнамо аз масири мақсаднок гузаронида мешавад, баъд кабели асосӣ ба ҳамин кабели пешбар пайваст ва кашида мешавад. Дар усули анъанавӣ кормандон метавонанд маҷбур шаванд бо нардбон ё платформаҳои баландбардори корӣ ба фазоҳои торик ва танги шифт дастрасӣ пайдо кунанд.

Муҳаққиқон ҳадаф гузоштанд, ки як робот дар ду муҳити геометрии гуногун кор кунад: рафи кабел бо унсурҳои кӯндаланг, ки бо фосила ҷойгир шудаанд, ва фазои шифти овезон бо шумораи зиёди такягоҳҳо/монеаҳо. Муваффақ будани системаҳои махсуси пешина дар як муҳит ва аз ҷиҳати геометрӣ нокифоя будани онҳо дар муҳити дигар зарурати сохтори азнавтанзимшавандаро ба миён овард, ки ҳар ду муҳитро убур карда тавонад.

Механизми RSAW чӣ гуна ҳаракат мекунад?

Дар асоси воҳиди RSAW мавҷи синусии пешрав ҷой дорад, ки аз проексияи спирали сеандоза ва даврзананда ба ҳамвории амудӣ ба вуҷуд меояд. Дар таҳқиқот мавҷи асосӣ чунин аст:

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

ифода мешавад. Дар ин ҷо \(A\) амплитудаи мавҷ, \(L\) дарозии мавҷ, \(\omega\) басомади кунҷӣ, \(x\) координатаи тӯлонӣ ва \(t\) вақтро ифода мекунанд.

Суръати назариявии паҳншавии мавҷ:

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

муайян карда мешавад. Ин қимат мустақиман суръати воқеии пешравии робот нест, зеро ҳаракати робот дар рӯи замин аз тамоси чанднуқтаӣ ва соиш байни мавҷ ва сатҳ вобаста аст.

Муҳаққиқон суръати нӯги унсури пайвасткунандаро бо параметрҳои мавҷ чунин муайян кардаанд:

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

Дар ин ҷо \(r\) дарозии нӯги пайвасткунанда ва \(f\) басомад аст.

Барои соиши кинетикӣ дар нуқтаи тамос:

\[ f_{ki}=\mu_iN_i \]

ифода истифода мешавад. Аммо азбаски робот ҳамзамон дар чанд нуқта бо сатҳ тамос мегирад, муҳаққиқон таъкид кардаанд, ки рафтори воқеии ҳаракатро бо модели одии Coulomb-и як тамос пурра шарҳ додан мумкин нест ва иҷрои ҳаракатро таҷрибавӣ арзёбӣ кардаанд.

Рафи кабел тарҳи роботро чӣ гуна муайян кард?

Тирҳои кӯндаланги поёнии рафи кабеле, ки дар таҷриба истифода шуд, 40 mm паҳно доштанд ва бо фосилаи 300 mm аз ҳам ҷойгир буданд. Дарозии тири асосӣ 3000 mm ва паҳнои интихобшудаи раф 600 mm буд.

Ин геометрия бевосита ба андозаҳои спирали RSAW таъсир расонд. Параметрҳои спиралии воҳиди ба муҳит мутобиқшуда дар таҳқиқот чунинанд:

Ҳангоми баррасии се воҳид ба таври пайдарпай нишон дода мешавад, ки геометрияи мавҷ тавре интихоб шудааст, ки дар як даври пурраи гардиш нуқтаҳои тамос дар тирҳои поёнии рафи кабел нигоҳ дошта шаванд.

Чаро воҳиди аввалини RSAW ба унсури шифт дармонд?

Дар воҳиди аввалини таҷрибавии RSAW байни унсурҳои пайвасткунандаи монанд ба интиқолдиҳандаи кабел, ки спиралро иҳота мекарданд, фосилаҳо мавҷуд буданд. Вақте воҳид ба болои такягоҳи пайвасткунандаи шифт расид, яке аз ин фосилаҳо ба профили металлӣ нишаст ва ҳаракат қатъ шуд.

Аз ҳамин сабаб унсури нави пайвасткунанда тавре аз нав тарҳрезӣ шуд, ки фосилаҳои байни қисмҳои пайдарпай, ки метавонанд боиси дармондан шаванд, кам карда шаванд. Андозаҳои асосии дар манбаъ овардашуда чунинанд:

Дар арзёбии геометрӣ кунҷи максималии хамшавии иҷозашудаи унсури пайвасткунанда тақрибан 75,7°, дар ҳоле ки кунҷи максималии зарурӣ дар амал 31,2° ҳисоб шудааст. Бо ин роҳ иқтидори механикии кунҷ аз геометрияи монеаи мақсаднок зиёдтар аст.

Чаро роботи аввалини бисёрвоҳидӣ ноком шуд?

Прототипи аввалини бисёрвоҳидӣ аз се воҳиди RSAW иборат буд, ки бо ду буғуми шарнирӣ пайдарпай пайваст шуда буданд. Ҳар як буғум барои ҳаракатҳои yaw ва pitch ду сервомотор дошт. Ин прототип тавонист дар рафи кабел ба пеш ҳаракат кунад, аммо дар муҳити шифти сунъӣ қисми буғум ба такягоҳи пайвасткунанда дармонд.

Муҳаққиқон ин нокомиро ба қатъ шудани мавҷи пешрав дар минтақаи буғум нисбат додаанд. Ба ибораи дигар, гарчанде воҳидҳои алоҳида мавҷҳои худро ба вуҷуд меоварданд, геометрияи мавҷ аз буғум пайваста идома наёфт, бинобар ин корпуси буғум аз сатҳ берун баромада, бо монеа механикӣ қулф шуд.

Сохтори механикии роботи нав чӣ гуна тағйир дода шуд?

Дар тарҳи нав қисми миёна аз ду воҳиди RSAW, ки паҳлуи ҳам ҷойгир шудаанд, ташкил карда шуд ва воҳидҳои пешу ақиби RSAW тавассути ҳамин сохтори марказӣ пайваст шуданд. Моменти мотор аз минтақаи буғум тавассути фишангҳо интиқол дода шуд ва сервомоторҳо ба қисми болоӣ кӯчонида шуданд, то ба роҳи тамоси мавҷи пешрав халал нарасонанд.

Азбаски чархонидани ду спирали марказӣ ба самтҳои муқобил ба робот имкон медиҳад самтро тағйир диҳад, зарурати сервои алоҳидаи yaw дар буғумҳо кам карда шуд. Дар ҳар буғум танҳо ҳаракати pitch бо сервомотор иҷро мешавад. Дар натиҷа шумораи умумии моторҳои роботи нав 6 шудааст.

Дар қисми марказӣ барои батарея ва контроллери болои корпус низ ҷой ҷудо шудааст. Ин нисбат ба пайвасти берунии симии қувва ва идоракунӣ, ки дар роботи қаблии моршакл лозим буд, бартарии муҳими сохторӣ мебошад. Бо вуҷуди ин, гуфта мешавад, ки дар таҷрибаҳо режимҳои ҳаракат тавассути иртиботи пайдарпай байни PC ва микроконтроллер бо фармонҳои клавиатура интихоб мешуданд; таҳқиқот ҳискунии мустақили муҳит ва банақшагирии автономии масирро насанҷидааст.

Чаро ҳамоҳангсозии фаза зарур аст?

Танҳо сохтани мавҷи механикии пайваста кофӣ нест; фазаҳои кунҷии чор спирали RSAW низ бояд ҳамдигарро пайгирӣ кунанд. Агар як мотор аз дигарон пеш ё ақиб монад, дар болои буғум боз ҳам номувофиқии геометрӣ пайдо шуда метавонад.

Аз ин рӯ кунҷи \(\theta_i\), ки аз энкодери ҳар як спирал чен карда мешавад, бо кунҷи умумии ҳадаф \(\theta_r\) муқоиса шуда, бозхӯрди PID татбиқ шудааст.

Дар таҷрибаи ҳаракати пеш, пас аз фурӯ нишондани рафтори гузариши аввалия, хатои нисбии чор спирал нисбат ба кунҷи ҳадаф дар ҳудуди 2° боқӣ монд. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки дар шароити корӣ ҳамоҳангсозии фаза таъмин шудааст.

Робот чӣ гуна самтро иваз мекунад?

Ҳангоми гардиш воҳидҳои пеш ва ақиби RSAW бо сервомоторҳо тақрибан 20° аз замин боло бурда мешаванд ва ду спирали RSAW-и марказӣ ба самтҳои муқобил гардонда мешаванд. Аксҳои таҷриба нишон медиҳанд, ки робот ба ҳар ду самт гардиш карда тавонистааст.

Азбаски ин механизм ба робот имкон медиҳад ба ҷои гардиш дар камони калон тақрибан дар гирди меҳвари худ самтро иваз кунад, муҳаққиқон радиуси гардишро тақрибан ба сифр наздик тавсиф кардаанд.

Такягоҳи пайвасткунандаи шифт чӣ гуна убур карда шуд?

Тарафи дарози муҳити шифти сунъӣ 1820 mm аст. Баландии ченшуда аз панели шифт то болои такягоҳи пайвасткунанда 57 mm, фосилаи байни такягоҳҳои пайвасткунанда тақрибан 900 mm ва фосилаи байни пайвастҳои шифт тақрибан 300 mm аст. Дар таҷриба ба ҷойи гипсокартони воқеӣ фанера истифода шуд.

Робот монеаро бо як кунҷи собити корпус не, балки бо пайдарпаии панҷмарҳилавии буғумҳо убур кард. Кунҷҳои ду буғум тавре тағйир дода шуданд, ки мутаносибан қисмҳои пеш ва ақиб ба болои монеа бароянд, корпус монеаро дар марказ гирад ва баъд қисми ақиб аз он ҷудо шавад.

Роботи нав бо ин пайдарпаӣ такягоҳи пайвасткунандаи шифтро пурра убур кард. Вақт аз лаҳзаи тамоси аввал то пурра ҷудо шудани робот аз монеа тақрибан 60 сония гузориш шудааст. Муҳаққиқон ҳадаф доранд ин вақтро дар оянда бо суръати баландтари мотор ва ҳаракатҳои беҳтари буғум кам кунанд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Нигоҳ доштани пайвастагии мавҷ дар нуқтаҳои буғуми воҳидҳои RSAW талаботи муҳими тарҳрезӣ барои убури монеаҳои навъи шифт мебошад.
• Сохтори азнавтарҳрезишудаи пайвасткунанда ба як воҳиди RSAW имкон дод, ки аз болои такягоҳи пайвасткунандаи шифт бе дармондан ҳаракат кунад.
• Ҳамоҳангсозии фазаи чор спирал бо PID дар шароити таҷриба пайгирии кунҷи ҳадафро тақрибан дар ҳудуди ±2° нигоҳ дошт.
• Роботи нав ҳаракати пешу ақиб ва гардиш ба ду самтро иҷро кард.
• Роботи нав такягоҳи пайвасткунандаро дар муҳити шифти сунъӣ убур кард.
• Шумораи умумии моторҳои тарҳи нав нисбат ба системаҳои муқоисашуда камтар аст.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ ё озмоиш накардааст

• Нишон дода нашудааст, ки робот дар сохтмони воқеӣ кори пурраи кабелгузориро пайваста иҷро мекунад.
• Озмоиши кашиши пайвастаи масофаи дур бо кабелҳои асосии вазнин гузаронида нашудааст.
• Устувории дарозмуддат ва умри вазифаҳои такрорӣ арзёбӣ нашудааст.
• Бехатарии сохторӣ зери сарборӣ дар шифти воқеии гипсокартонӣ ба таври ҳамаҷониба тасдиқ нашудааст.
• Системаи ҳискунии муҳит, шинохти монеа ва банақшагирии автономии масир тасдиқ нашудааст.
• Умумисозии роботи нав ба ҳамаи намудҳои рафҳои кабел ва конструксияҳои шифт нишон дода нашудааст.

Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот

Муҳити таҷриба ва параметрҳои тарҳ

Муқоисаи роботи нав бо системаҳои пешина

Натиҷаи озмоиши қувваи кашиш

Дар ченкунии рӯи ҳамвори дастгоҳи шифти сунъӣ, вақте робот танҳо буд, дар матн қувваи миёнаи кашиш тақрибан 3,1 N нишон дода шудааст. Ҳангоми гузоштани тақрибан 1,06 kg вазни иловагии алюминий, ҳамон матн қувваи миёнаи кашишро тақрибан 7,5 N медиҳад.

Бо вуҷуди ин, сарлавҳаи Ҷадвали 5-и таҳқиқот ин қимати 7,5 N-ро ҳамчун қувваи қуллаи кашиш тасниф мекунад. Азбаски манбаъ ду таърифи омории гуногунро истифода мебарад, Verianla интихоби наве намекунад, ки 7,5 N ҳатман миёна ё қулла аст.

Хулосаи техникии натиҷаҳои асосии таҷрибавӣ

• Суръати ҳаракат дар сатҳи ҳамвор: тақрибан 42 mm/s.
• Хатои нисбии кунҷ пас аз режими гузариш дар ҳамоҳангсозии фаза: дар ҳудуди 2°.
• Кашиши миёнаи дар матн гузоришшуда ҳангоми танҳо будани робот: тақрибан 3,1 N.
• Кашиши гузоришшуда бо тақрибан 1,06 kg бори иловагӣ: тақрибан 7,5 N.
• Шумораи умумии моторҳо: 6.
• Массаи робот: 1,14 kg.
• Шиддати таъминот: 7,4 V.
• Вақти убури такягоҳи пайвасткунандаи шифти сунъӣ: тақрибан 60 s.
• Кунҷи баланд кардани воҳидҳои пеш ва ақиб ҳангоми гардиш: 20°.

Маҳдудиятҳои илмӣ ва муҳандисӣ

Таҳқиқот сертификатсияи маҳсулот ё намоиши кабелгузорӣ дар миқёси сохтмон нест. Таҷрибаҳо дар рафи кабели идорашаванда, сатҳи ҳамвор ва дастгоҳи шифти сунъӣ гузаронида шудаанд. Дар панели шифти сунъӣ ба ҷойи гипсокартон фанера истифода шудааст.

Кашидани пайвастаи кабели пешбари воқеӣ ва баъдан кабели асосии вазнин дар масофаҳои дароз бо роботи нав арзёбӣ нашудааст. Муҳаққиқон равшан мегӯянд, ки санҷишҳои сарбории устувор, кори дарозмуддат ва устуворӣ бояд пас аз таҳияи прототипи мустаҳкамтар анҷом дода шаванд.

Илова бар ин, озмоишҳои ниҳоии тасдиқии бевосита гузоришшудаи роботи нав дар сатҳи ҳамвор ва такягоҳи пайвасткунандаи шифти сунъӣ мебошанд. Прототипи пешина дар рафи кабел ҳаракат кардааст; аммо иҷрои тарҳи нав дар ҳамаи геометрияҳои эҳтимолии рафи кабел дар ин таҳқиқот ба таври ҳамаҷониба тасдиқ нашудааст.

Ёддошти манбаъ ва усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: Development of Cable-Laying Robot Based on Reconfigurable Single-Actuator-Wave Units

Муаллифон, бо тартиби манбаъ: Fuga Inagaki; Yuki Sadasue; Masami Iwase.

Саҳми баробар/муаллифи якуми баробар: Дар манбаъ изҳороти саҳми баробар ё муаллифии якуми баробар вуҷуд надорад.

Муаллифи масъул: Fuga Inagaki.

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

Маҷалла: Machines.

Ношир: MDPI, Basel, Switzerland.

Шиносаи нашр: Machines 2026, 14(5), 521.

DOI: 10.3390/machines14050521.

Пайванди расмии нашр:https://doi.org/10.3390/machines14050521

Қабул / бознигарӣ / пазируфтан / нашр: 26 феврали 2026 / 30 апрели 2026 / 1 майи 2026 / 8 майи 2026.

Навъи манбаъ ва ҳолати тақриз: Мақолаи таҳқиқотии тақризшуда.

Литсензия: Creative Commons Attribution (CC BY); ҳуқуқи муаллиф © 2026 ба муаллифон тааллуқ дорад.

Маблағгузорӣ: Гузориш шудааст, ки таҳқиқот маблағгузории беруна нагирифтааст.

Дастрасии маълумот: Зикр шудааст, ки саҳмҳои аслии таҳқиқот дар мақола ҳастанд ва саволҳои иловагӣ метавонанд ба муаллифи масъул равона шаванд.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор кардаанд, ки бархӯрди манфиатҳо вуҷуд надорад.

Сипосгузорӣ: Муҳаққиқон барои маслиҳатҳо оид ба таҷрибаҳо ба TOKO ELECTRICAL CONSTRUCTION Co., Ltd. изҳори сипос кардаанд.

Саҳми муаллифон: Консептуализатсия, методология, нармафзор, тасдиқ, таҳлили расмӣ, таҳқиқ, захираҳо ва танзими маълумот аз ҷониби Fuga Inagaki ва Yuki Sadasue; лоиҳаи аввал аз ҷониби Fuga Inagaki; бозбинӣ/таҳрир, роҳбарӣ, идоракунии лоиҳа ва ҷалби маблағ аз ҷониби Masami Iwase анҷом дода шудааст. Визуализатсия ба Fuga Inagaki тааллуқ дорад.

Ёддошти мутобиқати дохилии манбаъ 1: Дар бахши қувваи кашиш қимати тақрибан 7,5 N ҳамчун “қувваи миёнаи кашиш” тавсиф мешавад, дар ҳоле ки Ҷадвали 5 ҳамин қиматро “peak traction force” меномад. Ин ду таъриф ҳамон тавре ки дар манбаъ ҳастанд, нигоҳ дошта шудаанд.

Ёддошти мутобиқати дохилии манбаъ 2: Барои роботи нав 42 mm/s, барои прототип 45 mm/s ва барои роботи моршакл 40 mm/s суръат дода шудааст. Аз ин рӯ бартарии суръати роботи нав танҳо нисбат ба роботи моршакл дуруст аст; мувофиқи Ҷадвали 5 аз прототип тезтар нест.

Маҳдудияти асосии илмӣ: Таҳқиқот қобилияти асосии ҳаракати меъмории нави роботии RSAW, ҳамоҳангсозии фаза, кашиш дар сатҳи ҳамвор ва убури такягоҳи пайвасткунандаи шифти сунъиро тасдиқ мекунад. Далели эътимоднокии амалиётӣ дар сохтмони воқеӣ зери бори кабели вазнин, пайваста ва дар масофаи дароз пешниҳод намекунад.

Усули омодасозии мундариҷа: Тавзеҳи илмӣ ба матн, муодилаҳо, ҷадвалҳо, аксҳои таҷрибавӣ, расмҳои геометрӣ ва графикҳои таҳқиқоти боршуда такя мекунад. Аз манбаъҳои беруна таҷриба ё натиҷаи нави илмӣ илова нашудааст; санҷиши беруна танҳо ба тасдиқи шиносаи библиографии нашр ва ҳолати тақризии маҷалла маҳдуд шудааст. SVG-ҳои inline дар мақола аз маълумоти манбаъ аз нав кашида шудаанд ё ҳамчун схемаҳои тавзеҳии туркӣ бар асоси усул ва натиҷаҳои таҳқиқот омода шудаанд.