Роботҳои дудаста ҳангоми интиқоли панелҳои бузурги сохтмонӣ нисбат ба системаҳои якдаста метавонанд иқтидори бештари борбардорӣ ва фазои васеътари кориро таъмин кунанд. Аммо он ки панел аз кадом нуқтаҳо тавассути ду end-effector нигоҳ дошта мешавад, ҳам ба қобилияти ҳаракат ва ҳам ба борҳои механикии робот бевосита таъсир мерасонад. Таҳқиқоти баррасишуда ҳадаф дорад барои роботи насби панели сохтмонӣ, ки ду дастаи гибридии роботии ҳар кадом дорои 7 дараҷаи озодӣ дорад, фосилаи оптималии гирифтанро муайян кунад.

Дар таҳқиқот ду гурӯҳи гуногуни нишондиҳандаҳои корӣ якҷо арзёбӣ шудаанд. Гурӯҳи аввал dexterity, яъне қобилияти end-effector барои расидан ба самтгирии гуногун дар мавқеи собит мебошад. Гурӯҳи дуюм хусусиятҳои механикӣ, аз ҷумла моменти буғумҳо, сахтии сохторӣ ва устувории ларзишро дар бар мегирад. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки байни ин ду меъёр созиши равшан вуҷуд дорад: вақте end-effectorҳо ба ҳам наздиканд, dexterity баландтар аст; бо зиёд шудани фосилаи байни онҳо моменти буғумҳо кам шуда, сахтии сохторӣ беҳтар мегардад.

Ҳангоми арзёбии якҷояи шаш режими аввалини ларзиш, моменти буғумҳо, сахтӣ ва dexterity, барои конфигуратсияи манипулятори тақрибан 3,5 m дарозшуда фосилаи 2,3–2,55 m байни марказҳои end-effector ҳамчун минтақаи оптималӣ муайян шудааст. Дар кори воқеӣ, мувофиқи он фосилаи байни канорҳои берунии end-effectorҳо 2,0–2,25 m дода мешавад.

Сипас стратегия дар прототипи воқеии робот бо панели шишагии фасадӣ бо андозаи 2 m × 3 m ва массаи 350 kg санҷида шудааст. Вақте фосилаи гирифтан аз марказ то марказ 2,3 m танзим шуд, хатогиҳои ҷойгиркунии такрорӣ дар се нуқтаи ченкунӣ 0,495 mm, 0,593 mm ва 0,536 mm чен карда шуданд ва талаботи тарроҳии ±1 mm-и система иҷро гардид.

Чаро роботи дудаста?

Насби панелҳои бузурги пешсохтаи деворӣ ва фасадӣ имрӯз ҳам дар бисёр майдонҳои сохтмон ба меҳнати зиёди инсон такя мекунад. Массаи зиёди панел, андозаҳои калон ва баландии зиёди насб аз нигоҳи бехатарии меҳнат, иқтидори борбардорӣ ва ҷойгиркунии дақиқ мушкилоти ҷиддӣ эҷод мекунанд.

Ҳарчанд роботҳои якдаста метавонанд насби автоматиро таъмин кунанд, дар панелҳои вазнин ва васеъ маҳдудиятҳои иқтидори борбардорӣ ва фазои корӣ ба вуҷуд меоянд. Роботи баррасишуда мекӯшад ин мушкилро бо истифода аз ду дастаи мустақил, вале ҳамоҳангшуда ҳал кунад.

Сохтори механикии робот

Система аз ду дастаи симметрии 7-DoF-и роботӣ иборат аст, ки рӯи шассии мобилии тасмачарх насб шудаанд. Ҳар як даста сохтори гибридии пайдарпай-параллелӣ дорад.

Чор дараҷаи аввалини озодӣ:

• як буғуми гардишӣ,
• се механизми параллелограммӣ

мавқеи фазоии end-effectorро танзим мекунанд. Се буғуми гардишии охирин бошад, механизми wrist-ро ташкил дода, самтгирии end-effectorро идора мекунанд.

Фосилаи Гирифтан ба Dexterity-и Робот Чӣ Гуна Таъсир Мерасонад?

Бо зиёд шудани фосилаи байни ду end-effector пӯшаи самтгирие, ки робот ба он расида метавонад, хурд шуда, dexterity коҳиш меёбад; dexterity-и баландтарин вақте ба даст меояд, ки нуқтаи гирифтан ба маркази идеализатсияшудаи ҳаракати сферӣ наздик бошад.

Dexterity чӣ гуна муайян шуд?

Таҳқиқот аз равиши service sphere-и Vinogradov ва ҳамкоронаш истифода мебарад. Дар мавқеи собити end-effector, масоҳати сатҳи сферии самтгириҳое, ки робот ба онҳо мерасад, ба масоҳати умумии имконпазири сатҳи сферӣ нисбат дода мешавад.

Бо калон шудани сатҳи дастрасии самтгирӣ дар нуқтаи гирифтан dexterity баланд мешавад. Вақте пӯша нимкураи пурраро ташкил медиҳад, манбаъ онро ҳолати dexterity-и пурра мешуморад.

Чаро модели якдаста истифода шуд?

Ду даста сохтори механикии якхела доранд ва дар ду тарафи платформаи мобилӣ симметрӣ ҷойгир шудаанд. Аз ин рӯ, барои содда кардани ҳисоб як даста ва нисфи панел таҳлил шуда, ҳаракати дудаста ҳамчун пайвасти як манипулятор бо механизми идеализатсияшудаи spherical-joint, ки дар марказ се дараҷаи озодии гардиш дорад, моделсозӣ шудааст.

Кинематика дар асоси screw theory

Барои дастаи робот матритсаи табдили home configuration:

\[ g_{st}(0) \]

муайян шуда, барои ҳар буғум самтҳои screw axis ва векторҳои joint-axis position муайян карда шудаанд.

Кинематикаи мустақим дар шакли Product of Exponentials:

\[ g_{st}(\theta) = e^{\hat{\xi}_1\theta_1} e^{\hat{\xi}_{21}\theta_{21}} e^{\hat{\xi}_{22}\theta_{22}} \cdots e^{\hat{\xi}_7\theta_7} g_{st}(0) \]

сохта шудааст.

Ҳамин усул ба модели spherical-joint бо се дараҷаи озодӣ татбиқ шуда, ҳолатҳое, ки дастаи воқеӣ ва механизми идеалии сферӣ ба ҳамон мавқеи нуқтаи ниҳоӣ расида метавонанд, тавассути раванди тасодуфии joint sampling ба монанди Monte Carlo ҷустуҷӯ шудаанд.

Сканкунии dexterity бо фосилаи 200 mm

Дар манбаъ нуқтаи гирифтан дар ҳудуди 0–3000 mm бо қадамҳои 200 mm тағйир дода шудааст. Дар ҳар мавқеъ пӯшаи дастраси самтгирӣ сохта шудааст.

Дар саҳифаи 8, дар Расми 6:

• дар 0 mm пӯшаи қариб пурраи нимкуравӣ,
• бо зиёд шудани фосила майдони самтгирии тадриҷан тангшаванда,
• дар атрофи 3000 mm қобилияти хеле маҳдуди самтгирӣ

дида мешавад.

Дар саҳифаи 9, Расми 7 низ нишон медиҳад, ки ин тағйирот дар маҷмӯъ муносибати монотонии коҳишёбанда дорад.

Чаро Бо Дур Шудани End-Effectorҳо Кори Механикӣ Беҳтар Мешавад?

Вақте панел аз ду нуқта бо фосилаи васеътар нигоҳ дошта мешавад, тақсимоти бор ва китфҳои момент тағйир меёбанд; дар таҳлили манбаъ моменти буғумҳои рақамҳои 1–6 кам шуда, деформатсияи сохторӣ хурд ва сахтии система зиёд мешавад.

Таҳлили момент бо бори 3500 N

Вазни панел дар марказ ҳамчун:

3500 N

бори ба поён равонашуда моделсозӣ шудааст.

Дар ҳар конфигуратсияи робот ҳафт нуқтаи хоси момент \(M_1\)–\(M_7\) муайян шуда, масофаҳои байни ин нуқтаҳо ва маркази вазнинии панел \(G\) ҳисоб карда шудаанд.

Бузургии момент дар манбаъ асосан бо:

\[ M_i = G\,|M_{wiGz}| \]

муносибат муайян мешавад.

Тағйири Grasping distance ҳамчун ҳаракати хаттии end-effector дар самти y аз 0–1500 mm дар системаи координатаи base-и робот моделсозӣ шудааст.

Тағйири моменти буғумҳо

Дар саҳифаи 12, Расми 11 тамоюли умумии зеринро нишон медиҳад:

• моменти Joint 1 кам мешавад,
• моменти Joint 2 кам мешавад,
• моменти Joint 3 ба таври назаррас кам мешавад,
• моменти Joint 4 кам мешавад,
• моменти Joint 5 кам мешавад,
• моменти Joint 6 кам мешавад,
• моменти Joint 7 бошад, зиёд мешавад.

Манбаъ қайд мекунад, ки афзоиши Joint 7 дар доираи оптималии бори буғум боқӣ мемонад.

Ҳамин тавр, дар вазифаҳои панели вазнин зиёд шудани фосилаи гирифтан тамоюлеро ба вуҷуд меорад, ки кори умумии механикиро беҳтар мекунад.

Модели унсурҳои ниҳоӣ

Модели сохтории робот барои таҳлили унсурҳои ниҳоӣ содда карда шудааст; chamfer, fillet, thread hole ва геометрияҳои хурде, ки бор намебардоранд, хориҷ шудаанд.

Ҳамчун мавод пӯлоди Q355 муайян шудааст:

Дар тамосҳои буғумӣ шартҳои сарҳадии Bonded ва No Separation татбиқ шудаанд.

Таҳлили сахтӣ

Дар саҳифаи 13, дар Расми 12 тақсимоти умумии деформатсия барои 0, 0,5, 1,0, 1,5, 2,0 ва 2,5 m grasping positions нишон дода шудааст.

Тафсири манбаъ ин аст, ки бо зиёд шудани фосилаи гирифтан деформатсия кам ва сахтии статикӣ беҳтар мешавад.

Чаро Фосилаи Оптималии Гирифтан 2,3–2,55 Метр Аст?

Ин фосила танҳо аз рӯи dexterity интихоб нашудааст; моменти буғумҳо, сахтии статикӣ, шаш режими аввалини ларзиш ва талаботи вазифаи бори вазнин якҷо арзёбӣ шудаанд. Дар ҳоле ки кори механикӣ фосилаи васеи гирифтанро дастгирӣ мекунад, dexterity бо калон шудани фосила паст мешавад ва минтақаи 2,3–2,55 m ҳамчун фазои мувофиқи корӣ байни ин ду талабот муайян мегардад.

Таҳлили модалии ларзиш

Барои конфигуратсияҳои гуногуни гирифтан шаш режими аввалини ларзиши табиии робот ҳисоб карда шудаанд.

Манбаъ дар Расми 13 тағйири басомади табииро вобаста ба фосилаи гирифтан барои ҳар режим алоҳида нишон медиҳад.

Ҳангоми арзёбии якҷояи шаш режим, тақрибан дар:

2,3–2,55 m

минтақа аз нигоҳи устуворӣ фосилаи авҷи корӣ муайян карда мешавад.

Дар ин минтақа:

• фосилаи гирифтан ба қадри кофӣ калон аст,
• моменти буғумҳо кам шудааст,
• сахтии сохторӣ зиёд шудааст,
• устувории ларзиш дар сатҳи хуб аст,
• dexterity ҳанӯз барои вазифаи насби панел кофӣ ҳисобида мешавад.

Фарқи ченкунии аз марказ то марказ ва аз канор то канор

Фосилаи гирифтан дар симулятсия байни марказҳои геометрии ду end-effector мебошад. Аммо дар майдони воқеии сохтмон дақиқ чен кардани ин марказҳо осон нест.

Аз ин рӯ, манбаъ дар истифодаи амалӣ фосилаи байни сарҳадҳои берунии end-effectorҳоро истифода мебарад.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Занҷираи таҳқиқот

Таҳқиқот чор қабати асосии техникиро муттаҳид мекунад:

1. моделсозии манипулятори гибридии 7-DoF бо screw theory ва Product of Exponentials,
2. ҳисоби dexterity дар нуқтаҳои гуногуни гирифтан бо усули service-sphere,
3. таҳлили joint torque ва static stiffness зери бори 3500 N,
4. шаш режими аввалини ларзиш ва озмоиши positioning repeatability дар прототипи воқеии робот.

Санҷиши прототипи воқеӣ

Дар бахши таҷрибавии манбаъ барои робот end-effector-и махсуси дудаста таҳия шудааст. Ин end-effector механизми телескопӣ дорад ва имкон медиҳад фосилаи байни ду маркази гирифтан нисбат ба ҳам танзим карда шавад.

Панели таҷрибавӣ:

• Андоза: 2 m × 3 m
• Мавод/навъ: шишаи curtain-wall board
• Масса: 350 kg

дода шудааст.

Дар таҷриба фосилаи гирифтан аз марказ то марказ:

2,3 m

танзим шуда, панел бо vacuum gripperҳо нигоҳ дошта шудааст.

Санҷиши такроршавӣ бо лазер tracker

Дар фазои кории робот се нуқтаи ҳадаф интихоб шудаанд:

Лазер tracker ҳаракатро дар вақти воқеӣ пайгирӣ карда, дақиқии ҷойгиркунии такрорӣ дар нуқтаҳои ҳадаф ҳисоб шудааст.

Хатои ҳадди аксар:

0,593 mm

чен карда шуда, дар доираи талаботи тарроҳии ±1 mm боқӣ мондааст.

Таҷриба чиро тасдиқ мекунад?

Таҷриба нишон медиҳад, ки прототипи воқеие, ки бо стратегияи пешниҳодшудаи гирифтан танзим шудааст, метавонад панели вазнинро бардошта, ба нуқтаҳои ҳадаф бо такроршавии баланд расад.

Бо вуҷуди ин, таҷриба:

• ҳар як нуқтаи фосилаи 2,3–2,55 m-ро алоҳида муқоиса накардааст,
• ҳамаи андозаҳо ва массаҳои эҳтимолии панелро санҷида накардааст,
• тобоварии дарозмуддати майдони сохтмонро наозмудааст,
• trajectory optimization-и динамикиро иҷро накардааст.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Бо зиёд шудани фосилаи байни ду end-effector dexterity коҳиш меёбад.
• Ҳангоми зиёд шудани фосилаи гирифтан моменти буғумҳои рақамҳои 1–6 кам мешавад.
• Фосилаи васеи гирифтан деформатсияи сохториро кам карда, сахтиро зиёд мекунад.
• Дар таҳлили модалии ларзиш минтақаи 2,3–2,55 m ҳамчун фосилаи аз ҳама мувофиқи корӣ муайян шудааст.
• Фосилаи истинодии амалии аз канор то канор 2,0–2,25 m мебошад.
• Дар озмоиши прототип бо фосилаи марказии 2,3 m ва панели 350 kg хатои ҳадди аксари repeatability 0,593 mm мебошад.
• Ин арзиш ба ҳадафи тарроҳии ±1 mm-и робот ҷавоб медиҳад.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад

• Гуфтан мумкин нест, ки барои ҳар панел як фосилаи универсалии оптималии гирифтан 2,3–2,55 m аст.
• Нишон дода нашудааст, ки дар ҳама борҳои зиёда аз 350 kg ҳамон дақиқӣ нигоҳ дошта мешавад.
• Муносибати dexterity ва фосилаи гирифтанро барои ҳамаи геометрияҳои робот универсалӣ донистан мумкин нест.
• Ларзиш, ноҳамвории замин, шамол ва шароити кори дарозмуддат дар муҳити сохтмон дар таҷрибаи мавҷуда ба таври фарогир санҷида нашудаанд.
• trajectory planning-и динамикӣ натиҷаи ин таҳқиқот нест.
• Минтақаи оптималии 2,3–2,55 m танҳо аз таҷриба ба даст наомадааст; он асосан аз арзёбии якҷояи симулятсияҳои кинематикӣ ва механикӣ ҳосил шудааст.

Кори оянда

Манбаъ пешниҳод мекунад, ки дар оянда махсусан мавзӯъҳои зерин баррасӣ шаванд:

• таъсири фосилаи байни робот ва панел ба кори система,
• таъсири redundant actuation configuration,
• trajectory planning-и динамикӣ,
• оптимизатсияи динамикии устувории cooperative grasping,
• таҳлили workspace-и умумии робот,
• муайян кардани ҳудудҳои end-effector dexterous workspace,
• муайян кардани ҳудудҳои мавқеъ ва самтгирии дастрас дар шароити мураккаби майдони сохтмон.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Таҳқиқоти аслӣ: An End-Effector Grasping Strategy for Dual-Arm Robots During Construction Board Installation

Муаллифон: Zhengjiu Ma; Yuxin Liu; Yongbin Li; Zhi Niu; Zhaoqing Kang; Zedan Li; Tong Wang; Tiejun Li.

Муассисаҳо: Hebei University of Science and Technology; Hebei Key Laboratory of Robotics and Embodied Intelligence; Hebei Construction Engineering Group Co., Ltd.; Yanshan University; Hebei Construction Engineering Group Building Decoration Engineering Co., Ltd.

Муаллифони масъул: Yuxin Liu ва Yongbin Li.

Маҷалла: Machines.

Ношир: MDPI.

Ҷилд / шумора / мақола: 14(6), 686.

DOI: 10.3390/machines14060686.

Ирсол: 3 май 2026.

Бознигарӣ: 5 июн 2026.

Қабул: 9 июн 2026.

Нашр: 12 июн 2026.

Навъи манбаъ: Мақолаи таҳқиқотии аз баррасии ҳамтоён гузашта.

Иҷозатнома: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).

Маблағгузорӣ: Таҳқиқот аз ҷониби National Natural Science Foundation of China Regional Innovation and Development Joint Fund, Hebei Provincial Department of Science and Technology, Hebei Education Department, Shijiazhuang Municipal Bureau of Science and Technology, Hebei Natural Science Foundation ва дигар барномаҳои маҳаллии таҳқиқот ва рушд дастгирӣ шудааст. Рақамҳои лоиҳаҳо дар мақолаи манбаъ ба таври муфассал оварда шудаанд.

Дастрасии маълумот: Гуфта шудааст, ки маълумоти дастгиркунандаи натиҷаҳо дар дохили мақола мавҷуданд ва барои маълумоти иловагӣ метавон бо corresponding authors тамос гирифт.

Ихтилофи манфиатҳо: Yuxin Liu ва Yongbin Li кормандони Hebei Construction Engineering Group Co., Ltd.; Zedan Li ва Tong Wang кормандони Hebei Construction Engineering Group Building Decoration Engineering Co., Ltd. мебошанд. Муаллифон изҳор мекунанд, ки ин муносибатҳои меҳнатӣ аз нигоҳи таҳқиқот ихтилофи манфиатҳои тиҷоратӣ ё молиявиро ба вуҷуд намеоранд.

Усул: Моделсозии кинематикӣ бо Screw theory ва Product of Exponentials; таҳлили service-sphere dexterity; inverse kinematics; таҳлили rigid-body moment; таҳлили finite element static stiffness; таҳлили ларзиши режимҳои якум–шашум; санҷиши positioning repeatability-и прототип бо панели 350 kg.

Натиҷаи асосӣ: Дар насби панели вазнин на танҳо dexterity-и ҳадди аксар ва на танҳо моменти ҳадди ақали буғум интихоб шудааст; бо афзалияти кори механикӣ ва ҳамчун меъёри дуюмдараҷа гирифтани dexterity, фосилаи гирифтан аз марказ то маркази 2,3–2,55 m пешниҳод шудааст ва прототипи воқеӣ дар танзими 2,3 m зери панели 350 kg хатои ҳадди аксари ҷойгиркунии такрории 0,593 mm нишон додааст.

Маҳдудияти асосӣ: Фосилаи оптималӣ асосан ба арзёбии якҷояи натиҷаҳои модел ва FEA такя мекунад. Санҷиши таҷрибавӣ танҳо дар як фосилаи марказии 2,3 m ва бо панели муайяни 350 kg анҷом дода шудааст.