Новая стратегия регулирования жесткости роботов, вдохновленных змеей

Схема 20 DOF Snake Robot, показывающей структуру для операции «макро -микро»: (а) показывает три секции наконечника с развязенным приводом;(б) показывает семь базовых разделов с связанным приведением.Кредит: Ma et al.

Роботы, похожие на змею, могут иметь различные преимущества по сравнению с другими системами с более обычными структурами тела.Из -за своего гибкого тела и скользящих движений они могут достичь небольших и ограниченных областей, к которым в противном случае было бы трудно получить доступ, например, перемещение внутри труб, шахт и в других сложных условиях.

Несмотря на их потенциал, до сих пор змеи-роботы не были успешно развернуты на крупномасштабной.Это частично связано с трудностями, возникающими при попытке эффективно модулировать жесткость этих систем, позволяя там выполнять желаемые движения и достигать целевых положений с высокой точностью.

Исследователи из Университета Ланкастера, технологического института Пекинского института и Технологического университета Северного Китая недавно решили разработать новую стратегию проектирования, которая может помочь лучше регулировать жесткость роботов змеи.Их предложенный метод, изложенный в журнале Bioinspiration & Biomimetics, был применен к разработке роботизированной руки, похожей на змею с 20 градусами свободы (DOF).

«Роботы змеи широко использовались в сложных условиях, таких как ограниченные пространства», - написали в своей статье Нан Ма, Хакин Чжоу и их коллеги.«Тем не менее, большинство существующих роботов змеи с большими соотношениями длины/диаметра имеют низкую жесткость, и это ограничивает их точность и полезность. Чтобы исправить это, в этой статье предлагается новая структура« макро -микро », которым помогает новая комплексная стратегия регулирования жесткости, предложено.. ”

Макро-микро структура, разработанная этой исследовательской группой, может повысить точность позиции роботов, похожих на змею, поскольку они навигают на ограниченные пространства, как над, так и под землей.Эта структура сопровождается недавно разработанной комплексной стратегией по регулированию жесткости робота, а также кинетостатической моделью, предназначенной для оценки ошибок.

«Внутреннее трение, изменение жесткости кабеля в зависимости от натяжения и их влияние на конструктивную жесткость змеиной руки под различными конфигурациями были включены в модель для повышения точности моделирования», - написали Ма, Чжоу и их коллеги.«Наконец, предлагаемые модели были проверены экспериментально на физическом прототипе и системе управления (ошибка: 4,3% и 2,5% для прямых и изогнутых конфигураций соответственно)».

Ма, Чжоу и их коллеги использовали предлагаемый им дизайн для разработки системы прототипа, которую они затем оценили в серии начальных тестов.Их выводы были очень многообещающими, поскольку их стратегия позволила им скорректировать натяжение кабелей, движущих движениями, похожими на змею, в среднем на 183,4%.

В будущем это недавнее исследование может проинформировать о разработке более эффективных роботизированных систем, вдохновленных змеей, которые могут быть модулированы с большей точностью и, таким образом, могут лучше полные миссии в сложных и ограниченных средах.Эти роботы могут оказаться невероятно ценными для оказания помощи человеческим агентам во время поисковых и спасательных операций, контролировать подземные среды и для бесчисленных других передовых реальных приложений.

Больше информации: Nan MA и др., Комплексная регуляция жесткости на многогранном роботе змеи с учетом эффектов движения и трения паразитов, биоинспения и биомиметики (2023).Doi: 10.1088/1748-3190/ad0ffc