روبات هگزاپاد (؛ ترجمه نوشتار hexapod robot )

 

مقدمه ؛ ساختار کلی

اجزایی نظیر فنر میان پایه ها (ستون ها ) با محیط اطراف و حسگرها در ارتباط هستند. با در نظر گرفتن این مشکل توصیه می شود که  محرک (راه انداز ) و حسگرها در یک مکان مشابه قرار گیرند. بنابراین کنترل نیروی COMET-IV با استفاده از یک حس گر فشار برای اندازه گیری فشار در هر سیلندر هیدرولیکی و نیروی راندن هر پا بدست آمده. از اینرو ، امکان تعیین شرایط بارگیری در هر پایه از محرک (راه انداز) وجود دارد. مطمعنا هیچ حس گری در مکانیسم پا وجود ندارد ، می توان گفت پایه ها سبک تر هستند و حتی ممکن است توان غلبه بر محیطی مانند مرداب ها را نیز داشته باشد . حسگرهای فشار به دو دسته حسگرهای مکانیکی و حسگرهای الکترونیکی تقسیم شده اند. دوام زیاد و دقت حسگرهای الکترونیکی پیش از این به عنوان مقیاسی برای سنجش فشار تقسیم بندی شده اند و ظرفیت حسگرها بر مبنای نحوه حس و تشخیص قرار می گیرند. مقیاس های تغییر شکل یا کشش برای سنجش در فشار بالا بیشتر تناسب دارند. بنابراین ، ما تصمیم گرفته از مقیاس تغییر شکل یا کشش حسگر AP-15S (Keyence) استفاده کنیم که دارایی ویژگی های یک تک دیافراگمی است. این حسگر فشار را بطور مستقیم و با استفاده از مقاومت الکتریکی به وجودآمده از نوار باریک نیمه رساناهای که در دیافراگم SUS وجود دارند را پدیدار می کند. با فشار ارزیابی شده از میزان 0–20 MPa و فشار مقاومت 40 MPa  این حسگر دارای دقت اندازه گیری 0.01 MPa. است .

1. 2 ساختار یک مدل تک پایه (ساق)

قبل از ساختن سیستم یک ربات شش پا، ما یک نمونه تک پا را ساخته ایم و تمام آزمایشات ارزیابی را برای بررسی اینکه این مدل پایه عملکرد مطلوب دارد یا نه را انجام داده ایم. پایه تقویت یافته و مدل سینماتیک مربوط به آن در تصاویر 3.7 و 3.8 نمایش داده شده. برای اجام آزمایشات در ابتدا از پمپ های هیدرولیکی متفاوت و سیستم کنترل سوپاپ که در COMET-IV به کار گرفته شده استفاده کرده ایم اما عملکرد آنها برای پمپ های تعیین شده یکسان بود بنابراین این معیارها برای اهداف ارزیابی مناسب بودند.

 

1. 2.1 مکانیسم پایه (ستون)

ما مکانیسم لینک پایهCOMET-IV  را در حفرکننده PC-02 را با چهار درجه آزادی از بازوی متحرک (بازوی جرثقیل)، بازو، شانه ، سطل (بیل مکانیکی ) و مکانیسم پا را به عنوان نمونه قرار داده ایم، همچنین سطل (بیل مکانیکی )  را بذای امکان پذیری راندن فعال اصلاح کرده ایم . شانه از یک موتور هیدرولیکی استفاده می کند جای که سه نقطه متصل کننده یا مفصل دیگر دارای سیلندرهای هیدرولیکی مستقیم هستند. جدول 2-3 ویژگیهای تجاری را برای یک حفارگر را بصورت خلاصه نشان نمایش می دهد. با توجه به خاصیت تغییر پذیری ( قابل دستکاری شدن) که پیش از این راجب آن بحث شده بازوی محرک (بازوی جرثقیل) به همراه بازو و سطل (بیل مکانیکی)  به یکدیگر متصل شده اند این عمل استفاده از آنها را ساده می کند. ویژگیهای مرتبط با سیلندرهای هیدرولیکی با قطر دایره 40 mm ، قطر میله mm 25 ، و فشار پمپ MPa  14 یکسان هستند.

 

تصویر 3.7 مدل تک پایه COMET-IV

تصویر3.8 مدل سینماتیک (Kinematic ) پایه

جدول 3.2 لینک (رابط) پارامترهای یک مدل تک پایه

________________________________________

 

Link (رابط)

________________________________________

 

شانه  L1 (m) 0.00 _180.0 _ θ1 (deg) _ 180.0

بازوی محرک  L2 (m) 1.13 50.0 _ θ2 (deg) _ 142.6

بازو   L3 (m) 0.77 36.6 _ θ3 (deg) _ 150.8

2-2-3 بررسی های مرتبط با ارزیابی آزمایشات

در ابتدایی تحقیق ما از یک مدل تک پایه برای ارزیابی عملکردهای نظیر سرعت و آزمون تحمل بارگیری استفاده کردیم. این نتایج نشان دهنده این بود که مشکللاتی در ارتباط با سرعت و توانایی نگهداری از وزن خود در زمانی که از یک حفر کننده اصلاح نشده در مکانیسم پایه وجود دارند.

به عبارت دیگر حرکت بر روی خط سیر کند وسرعت آن درحدود 0.5 km/h,است و نیروی گشتاوری مناسب در بازوی محرک و بازو که برای نگهداری بدنه ضروری است وجود ندارد. ما تلاش کرده ایم سرعت را با استفاده از یک پمپ هیدرولکی با میزان کافی در تخلیه بار مناسب و همچنین  با ایجاد تغییرات موثر در ماسوره سوپاپ کنترل افزایش دهیم. با این وجود بهبود بخشیدن ظرفیت نگهداری نیاز به طراحی مجدد دارد. تجزیه تحلیل های زیر بهینه سازی پایه (ستون) را برای دست یابی به ظرفیت و سرعت مناسب توضیح می دهد. در زمان بهینه سازی طراحی ما فشار پمپ هیدرولیکی را بر روی 21 MPa برای به وجود آوردن فشار موتور (نیروی پرتاب) 1.5 بار را فراهم تنظیم کرده ایم.

1. 3 تجزیه تحلیل سینماتیک ( Kinematic حرکت شناسی)
2. 3.1سینماتیک های (Kinematics ) معکوس ، سینماتیک های جلوی

با توجه به مکانییسم پایه (ستون)COMET-IV  که مدل آن در تصویر 3.8 نمایش داده شده، معادله  سینماتیک (Kinematic) جلوی می تواند در زاویه هر بخش اتصال T   Θ = [θ1 θ2 θ3 θ4] تا موقعیت پا  X =[x y z]T  این گونه محاسبه شود :

(3.1) :

جاییکه sin(θi + θj + θk) به عنوان اختصار  Sijk استفاده می شود  و cos(θi + θj + θk) نیز به عنوان شکل اختصار یا مخفف Cijk .

علاوه براین معادله kinematic های معکوس برای استفاده از هر زاویه اتصال در موقعیت پا بکار می روند این معادلات عبارتند از :

 (3.2) :

با این وجود تمرکز این مقاله بر روی بر روی سیستم های اضافه با چهار DOF است، ازاین رو زاویه هر بخش اتصال نمی تواند بطور یکسانی مشخص شود. بنابراین با در نظر گرفتن شرایط بیل مکانیکی (سطل) در تمام مواقع به صورت عمودی در سطح قرار میگیرد و زاویه هر اتصال نیز می تواند مشخص شود.

1. 3.2 Jacobian

Jacobian یک ماتریکس است که به صورت خطی با چرخش اتصال میکرو محرک برای حرکت پاها مرتبط است . می توان گفت که رابطه میان تولید نیرو توسط موتور مشترک و سیلندرو همچنین نیروی گشتاور در نتیجه تجمع نیرو در پا است. با توجه به تجزیه و تحلیل های Jacobian نتیجه میگیریم گرایش به سمت جابجای ساده  و با نیروی بالا صورت می گیرد. معادله زیر می تواند برای توصیفJacobian  با استفاده از زمانهای متفاوت و همچنین زاویه اتصال و شتاب پا بکار گرفته شود

(3.3) :

X= J _Θ

جای که اجزای  Jacobianعبارتند از :

 (3.4) :

این سیستم توسط سیلندرهای هیدرولیکی در سه منطقه اتصال رانده می شود نه بر روی شانه اتصال . از این رو یک Jacobian می تواند توسط ارتباط میان نیروی سیلندر هیدرولیک ، Fcyl  و نیروی گشتاوری محور رانده شود. نیروی گشتاوری (GT ) Tang به خوبی سیلندرها شتاب را بین تغییر شتاب سیلندر  Vcylونیروی گشتاوری اطراف محور Vang(شتاب زاویه ای بدست آمده توسط Gv )  ایجاد می کند. نشانه ها وپارامترها در لیست 9.3 و جدول3.3 نمایش داده شده اند.H ارتفاع سیلندر است که اتصال i (شانه) را می راند.

یک موتور هیدرولیکی شانه را می راند و معادله زیر نیروی گشتاوری