جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه "continuum robot" در نشریات گروه "مکانیک"
تکرار جستجوی کلیدواژه «continuum robot» در نشریات گروه «فنی و مهندسی»-
اغلب ربات های پیوسته دارای ستون فقرات منطعف و تغییرشکل پذیر هستند. از این رو، تحت بارگذاری های داخلی و خارجی، دچار تغییرشکل می شوند و انرژی پتانسیل قابل ملاحظه ای در آن ها ذخیره می شود. در نتیجه، این ربات ها در معرض پدیده هایی همچون ناپایداری[1] و جهش[2] قرار دارند. جهش زمانی رخ می دهد که با تغییر نیروهای اعمالی، ربات به انتهای ناحیه ی پایدار خود برسد و به صورت غیرقابل کنترل از وضعیت تعادل ناپایدار به وضعیت تعادل پایدار خود حرکت کند. جهش در ربات های پیوسته پدیده ای نامطلوب و مضر است. بنابراین پیش بینی وقوع آن بسیار حاثز اهمیت است. با این حال، عمده ی مطالعات انجام شده در حوزه ی ربات های پیوسته بر طراحی، تحلیل سینماتیک و دینامیک این ربات ها معطوف بوده و تحقیقات در زمینه ی پایداری این ربات ها محدود است. در این مقاله، تحلیل پایداری دسته ای از ربات های پیوسته با محرک های کابلی مورد توجه قرار می گیرد. برای این منظور ابتدا به کمک روابط تعادل استاتیکی، وضعیت (های) تعادل ربات تحت بارگذاری های داخلی و خارجی تعیین می شود. سپس با تشکیل ماتریس سفتی برای ربات، پایداری ربات و شرایط وقوع پدیده ی جهش بررسی می شود. به منظور ارزیابی صحت مدل استاتیکی، از آزمایش های تجربی استفاده می شود. همچنین با انجام شبیه سازی، احتمال وقوع جهش در ربات های مذکور بررسی می شود. بعلاوه، تاثیر مقدار نیروی خارجی، جهت گیری ربات در فضا و سطح مقطع ستون فقرات ربات بر فضای کاری و وقوع جهش در ربات مطالعه می شود.
کلید واژگان: ربات های پیوسته, پدیده ی جهش, توان مجازی, ماتریس سفتی, پایداریMost of the continuum robots have flexible backbones that are deformed under the internal and external loads and a considerable amount of potential energy may be stored in the backbone. Hence, the continuum robots are exposed to instability issues such as snap-through. The snap-through instability occurs when, with changes in the applied forces, the robot reaches the boundary of its stable region and then moves toward a stable configuration in an uncontrolled manner. Snap-through instability is harmful to the continuum robots and its prediction is important for the design and control of the robot. However, most of the studies focused on design, kinematics, and dynamics of the continuum robots and there are limited studies worked on stability analysis of these robots. In this paper, the stability analysis of the cable-driven continuum robots is investigated. For this, the static equilibrium configurations of the robot are firstly determined under the internal and external loadings. Then, the stiffness matrix of the robot is obtained and the robot stability and snap-through condition are evaluated. The accuracy of the static equations of the robot is verified using the experimental results and the possibility of snap-through occurrence is modeled through simulations. Besides, the effects of the external loads, robot configuration in space, and cross-section of the backbone on the workspace and snap-through occurrence are studied.
Keywords: Continuum Robot, Snap-Through, Virtual Power, Stiffness Matrix, Stability -
کاربرد ربات های پیوسته1 دارای ساختار مکانیکی انعطاف پذیردر صنایع هوا فضا روز به روز گسترده تر می شود و اخیرا در بازرسی مخازن سوخت هواپیماها و کاوش گرهای فضایی مورد استفاده قرار گرفته اند. در این مقاله رفتار سینماتیکی و فضای کاری ربات پیوسته ی تک بخشی مکانیزم تاندونی2 مطالعه شده است. جهت تحلیل سینماتیکی از روش انحناء ثابت3 که یکی از روش های موثر و دقیق برای تحلیل ربات های پیوسته به خصوص در حالت بی وزنی می باشد، استفاده شده است. همچنین میزان کشش و خمش لینک های فرعی ربات پیوسته در حالت تک بعدی و سه-بعدی بصورت تابعی از زمان بررسی شده است. طبق نتایج شبیه سازی ها، میزان تغییر طول لینک ها با طول اولیه ی 40 میلی متر به ترتیب افزایش 39.1درصدی و کاهش به میزان 17.8 و 21.2 درصد داشته است. بر این اساس و طبق روش انحناء ثابت تخمین میزان کشش و خمش در طی بازه ی زمانی مشخص برای انواع مواد مختلف امکان پذیر می گردد. بعلاوه، خطای دسترسی به نقطه ی هدف برای مقدار بهینه زوایای خمش و چرخش که معادل〖67/35〗^° و〖-40/89 〗^° بدست آمده اند، تقریبا صفر شده است که نشان دهنده ی دقت بسیار بالای مدل سازی ربات پیوسته بر مبنای روش انحناء ثابت است. همچنین، حرکت انتهای ربات سطح فضای کاری کروی را با دقت 1 میلی متر پوشش می دهد که میزان کنترل پذیری بسیار بالایی را برای کاربردهای فضایی فراهم می آورد. بر اساس نتایج بدست آمده، دقت حرکت ربات پیوسته در محیط هایی با ساختار پیچیده و فضاهای محدود افزایش می یابد و مدل ارایه شده می تواند به عنوان مدل پایه برای ربات های پیوسته چند بخشی نیز مورد استفاده قرار گیرد.
کلید واژگان: مدل سازی, ربات پیوسته, انعطاف پذیر_ فضای کاری, سینماتیکThe application of continuum robots with flexible mechanical structures is becoming more widespread in the aerospace . These types of robots have recently used to inspect aircraft fuel tanks and space probes. In this paper, the kinematic behavior and working space of a one-segment continuum robot with a tendon mechanism is studied. The theory for kinematic analysis is the fixed curvature method which is the most effective for analyzing continuum robots especially in the case of weightlessness. Also, the amount of tension and bending of the secondary backbones of the continuum robot in the one-dimensional and three-dimensional were investigated as a time dependent functions. Results showed the rate of change of link lengths is about 39.1% increase of back link, and 17.8%, and 21.2% decrease in others with an initial length of 40 mm . Based on this results , it is possible to estimate the amount of tension and bending over a certain period for different types of materials. Additionally, the error of reaching to target point in the obtained optimal values of bending and rotation angles,equal to 67.35 and -40.89, was almost zero which shows the very high accuracy of model. Also, the results of the working spacecover the surface of the sphere of the working space with an accuracy of 1 mm, The obtained results increase accuracy of robot moving in environments with complex structures and limited spaces. The proposed model can be used as a base for continuum multi-part robots.
Keywords: Modeling, continuum robot, flexible, work space, Kinematic -
اوریگامی که هنر تاکردن کاغذ و همچنین فرهنگ ژاپن می باشد، به صورت گسترده در زمینه های مهندسی مورد بهره برداری قرار گرفته است. ویژگی منحصر به فرد اوریگامی از جمله ضریب پواسون منفی، وزن سبک، قابلیت گسترش یافتن و غیره، به منظور طراحی سازه های قابل گسترش، جان پناه ها، انتقال دارو و ربات ها نظر محققین را به خود جلب نموده است. در این پژوهش، رباتی پیوسته با شش ماژول از مکانیزم موازی اوریگامی، که به عنوان اسکلت و یک فنر در هر ماژول، به عنوان ستون فقرات مورد مطالعه قرار گرفت و سینماتیک انحنا ثابت به منظور ساده سازی و تقریب مدل سینماتیکی ربات پیاده سازی شد. بدین ترتیب ابتدا معادلات سینماتیک برای یک ماژول بدست آمدند و سپس مدل سینماتیکی کل ربات به صورت سری از ماژول های ذکر شده استخراج خواهد شد. به علاوه، ربات پیوسته ی مورد نظر به وسیله یک مکانیزم معادل مدل سازی شده است و مقایسه ای میان دو روش مذکور، برای بدست آوردن فضای کاری صورت پذیرفت. با توجه به نتایج بدست آمده، مدل سازی مکانیزم معادل از نظر حجم محاسبات نسبت به روش انحنا ثابت ارجحیت داشت و فضای کاری بدست آمده از هر دو روش یکسان بود. ماتریس ژاکوبین، از روش های تقریب انحنا ثابت برای تحلیل تکینگی در شرایط خاص بدست آمده است و تحلیل آن بیانگر بروز تکینگی در مکان هندسی نقاطی از فضا بود که شعاع انحنا با طول قوس یکسان شده و تقارن ایجاد می کرد، و حالت دیگر، ربات بدون انحنا باشد.
کلید واژگان: ربات پیوسته, مدلسازی سینماتیکی, المان منحنی- ثابت, اوریگامی, ربات اوریگامیOrigami, as a paper folding art and Japanese culture, has been utilized broadly in engineering areas. The exclusive features of origami such as negative Poisson’s ration, lightweight, deployable and so forth, can be considered in the design of deployable space structures, expandable shelters, drug delivery, and robots. In this study, firstly, the continuum robot with six serial modules of origami parallel structure as its skeleton and the helical springs as the compliant backbone is studied, and constant curvature kinematics was implemented in order to simplify and approximate the kinematic model. Accordingly, the kinematic model of one module was derived. Then, the robot kinematics was obtained as a series of mentioned modules. Furthermore, the proposed continuum robot was modeled by an equivalent mechanism, and a comparison was conducted between the methods to obtain a workspace. Based on the results, the modeling of the equivalent mechanism has an advantage in terms of calculation's volume compared to the constant curvature method and the workspace obtained from both methods was the same. The Jacobian matrix was obtained through the constant curvature approximation methods, which can be considered for singularity analysis in specific conditions and the analysis reveals that the singularities occur when the curve and radius are equal and symmetry is created and the other is when the radius is equivalent to zero. The paper concludes a perspective on several of the themes of current research that are shaping the future of origami-inspired robotics.
Keywords: Continuum Robot, Kinematic Modelling, Constant-Curvature Element, Origami, Origami Robot -
A new type of backbone robot is presented in this paper. The core idea is to use a cross shape mechanism with the principle of functioning of the scissors linkages, known as a pantograph. Although this continuum arm acts quite similar to tendon-driven robot, this manipulator does not include any tendon in its structure. This design does not suffer from the weaknesses of the continuum design such as low payload and coarse positioning accuracy. Kinematic model is developed and the equation of motion for this arm is derived by Lagrange's method. The work envelope and the occupied space investigation are supposed to be established on the comparison between tendon-based model as the common backbone models and our proposed idea. The results show the effectiveness of the backbone design.Keywords: Mechanism design, Continuum robot, Tendon, based robot, Kinematic analysis, Dynamics
-
در این مقاله دینامیک و کنترل یک ربات ساختار پیوسته با مکانیزم تاندونی مورد بررسی قرارگرفته است. ربات ساختار پیوسته مورد بررسی انحناء- ثابت فرض شده و از اثرات پیچش و تغییر طول در راستای محوری صرف نظر شده است. کابل های موجود با تیر اویلر برنولی تقریب زده شده و با استفاده از معادلات لاگرانژ فرم بسته معادلات دینامیکی ربات محاسبه شده است. در این مقاله کنترل ربات در دو بخش انجام شده که در مرحله اول مدل دینامیکی معین فرض شده و با استفاده از فیدبک خطی ساز به کنترل موقعیت و سرعت پرداخته شده است؛ اما نامعینی های موجود در مدل دینامیکی، همواره کنترل ربات های پیوسته را با چالش مواجه می کنند. در این وضعیت می توان با دانستن تقریبی از پارامترها و انتخاب مقدار مشخصی برای آن به کنترل ربات پرداخت اما در این روش خطا صفر نخواهد شد و در محدوده مشخصی باقی خواهد ماند. لذا در بخش دوم طراحی کنترلر، از روش کنترل تطبیقی برای حل مشکل فوق استفاده شده است. در مسئله مورد مطالعه جرم ستون فقرات اصلی و ستون فقرات ثانویه به عنوان نامعینی در سیستم فرض شده است. لذا برای تخمین این نامعینی، یک قانون تطبیق ارائه شده است که ضمن تخمین مناسب پارامترهای فوق، خطا در ردیابی موقعیت و سرعت را صفر می کند. نتایج شبیه سازی عملکرد مناسب در ردیابی سرعت و موقعیت را نشان می دهد.
کلید واژگان: ربات ساختار پیوسته, انحنا ثابت, کنترلر تطبیقی, اویلر برنولی, فیدبک خطی سازIn this paper, dynamics and control of a Tendon-based continuum robot is investigated. The curvature is assumed that constant in each section of continuum robot. Kinematic equation is established on the basis of the Euler-Bernoulli beam. The dynamic model of the continuum robot is derived by using Lagrange method. In this paper, robot control is performed in two parts: firstly, Dynamic model is assumed to be known and position and velocity tracking control has been by using the feedback linearization method, But uncertainties in the dynamic model, are constantly challenged the control of continuum robots. For unknown parametric quantities such as mass coefficients, one way is simply substitutes a fixed estimate for the unknown parametric quantities. In this case tracking error is not equal to zero but it’s bounded. For many applications, we cannot assume that tracking error vector is not equal to zero. In such cases we use adaptive controller. In this paper the total mass of the primary backbone and secondary backbone are uncertain parameters, therefore, a new adaptive controller is presented to estimate those uncertainties while cause to asymptotically stable for tracking error. Simulation results show good performance in velocity and position tracking.Keywords: Continuum robot, constant curvature, adaptive controller, Euler, Bernoulli beam, feedback linearization -
در این پژوهش، تلاش شده است تا با ارائه مدل نوینی برای ساختار بازوی مهره ای، کاستیمدلهای موجود رباتهای پیوسته در تولید و انتقال حرکت بر طرف گردد. بازو های مهره ای، مانند ساختارهای طبیعی، از مهره های به هم پیوسته ای تشکیل شده اند که دارای ویژگی های ممتازی نظیر قابلیت انطباق با محیط هستند. قوای محرکهروی طول بازو توزیع شده و با تغییر شکل آن، حرکت پیوسته را رقم می زند.در این مقاله، اضافه نمودن یک میله بندی به میانه مهره و بهره گیری از کابل های شاخه ای برای انتقال قدرت بین محرکه و مهره ها پیشنهاد می شود. نسبت گشتاور موتور به گشتاور اعمالی روی مهره به عنوان نسبت تبدیل معرفی می گردد.طراحی جدید، توانایی ایجاد نسبت های تبدیل متنوعرا در یک سیکل حرکتی دارد.معادلات دینامیک با روش لاگرانژ به دست آمدهاست. برخورد مهره-مهره و دو میله ای-مهره به عنوان قیود هندسی در طراحی به کار گرفته شده و بازه مجاز پارامترهای هندسی بازوی پیوسته را مشخص میکند. طراحی با شبیه سازی های صفحه ای آزموده شده است. برای نمایش اثربخشی طراحی پیشنهاد شده، چندین نتیجه شبیه سازی ارائه شده است. مقدار بهینه پارامتر هندسی، برای ثابت نگه داشتن نسبت تبدیل گشتاور محاسبه میشود. در مقایسه با نمونه های گذشته که بطور گسترده ای استفاده میشوند، هدف با ربات پیوسته مهره ای نوین محقق شده است.
کلید واژگان: ربات ساختار پیوسته, بازوی مهره ای, کابل شاخه ای, طراحی بهینهIn this study, it has been tried to provide a new model for the structure of a backbone arm, to repel the shortcoming in the generation and transmission of the motion for the continuum robots. Backbone arms such as natural structures include continuum backbones with superior properties such as the ability to adapt to the environment. The actuation power is distributed over the robot’s length and makes the shape continuously deformable. In this paper, it has been suggested to add a linkage between the backbones and the branched tendons for power transfer between the drive and backbones. The ratio of the drive torque to backbone torque is introduced as the transfer ratio. The new design is capable to create a variety of transfer ration during a cycle of motion. The state space equations are extracted by Lagrange equations. Dealing the interference of bone-bone and bone-links as geometric constraints are applied to the design and it determines the allowable range of the continuum robot's geometric parameters. This design is examined with planar simulations. To show the effectiveness of the proposed design, several simulation results are illustrated. Optimum geometrical parameters for the constant torque ratio are calculated.In contrast to previous cases with the widely used; the goal is achieved with this novel backbone continuum robot.Keywords: Continuum robot, backbone arm, branched tendon, optimal design -
Iranian Journal of Science and Technology Transactions of Mechanical Engineering, Volume:38 Issue: 2, 2014, PP 389 -402Different from the traditional rigid robots made by hard material such as metal, continuum robots are bionic mechanisms which feature high compliance and continuous shapechanging ability. A full compliant continuum robotic finger is proposed, which is driven by the compressed air inside its silicon rubber chamber and has a certain degree of grasping rigidity. By the moment equilibrium analysis, the mathematical model for the inside compressed air pressure and the bending angle of the finger is established. The kinematic Cartesian coordinates for the proposed continuum robotic finger are constructed based on the D-H method. Then the kinematic model is derived. Simulation and experimental results showed that the proposed full compliant continuum robotic finger has abilities of continuous compliant shape-changing and movement, and the established kinematic model can describe the finger’s movement process and its characteristics.Keywords: Continuum robot, soft robot, robotic dexterous hand, pneumatic muscle actuator
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.