הרובוטיקה מודולרית מייצגת שינוי פרדיגמטי באופן שבו מהנדסים ניגשים לעיצוב הרובוט. במקום לבנות מכונה אחת, קבועה, רובוטים מודולריים מקובצים יחידות סטנדרטיות, משתנות שניתן לתקן מחדש כדי להתאים מגוון רחב של משימות וסביבות.היכולת לשנות במהירות את צורת הרובוט, גודלו, ותפקידו הוא מה שהופך מנגנונים ניתנים לשינוי חוזר של שדה זה.

יסודות מכניזם אמין

מנגנון שניתן לשנות את המבנה ה ⁇ ואת ההתנהגות התפקודית באמצעות סידור מחדש או החלפת מרכיביו המרכיבים המרכיבים.בניגוד למנגנונים קונבנציונליים הקבועים בזמן עיצוב, מערכות אלה נועדו להיות מתפזרים ומצטברים מחדש לתצורה חדשה, לעתים קרובות על ידי הרובוט עצמו.

ההיסטוריה של הרובוטיקה הניתנת להגדרה מחדש חוזרת אל מערכות מודולריות מוקדמות כגון CEBOT (Cellular Robot) שפותחה במכון הטכנולוגי של טוקיו בשנות ה-80, ואחריהם עיצובים מתוחכמים יותר כמו PolyBot ו- M-TRAN. פרויקטים חלוצים אלה הוכיחו כי קומץ של סוגים מודולים יכולים להשתלב רובוטים הליכה, רובוטים מתגלגלים, או אפילו נשק רובוטי.היום, מחקר ממשיך לדחוף את הגבולות עם מושגים כמו מערכות אוטונומיות אחרות, אשר יכולות ליצור שינוי מערכת אוטונומית, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, מערכת מושלמת, היא מערכת מושלמת, היא מערכת מושלמת, שיכולה, או אפילו כלי תקשורת אוטונומית, היא מערכת אחת, שיכולה, היא מערכת מושלמת, שיכולה, אחרת, אחרת, היא מערכת מושלמת, היא מערכת מושלמת, או אפילו רובוטית, כדי לאפשר שינוי עצמאי.

עקרונות עיצוב מרכזיים עבור מכניזם Reconfigurable

מספר עקרונות מנחים את העיצוב של מנגנונים ניתנים להגדרה מחדש, כל אחד מהם מאוזן בין קשיחות, משקל, עלות וקלות שימוש.

מודולריות וסטנדרטיזציה

מודולריות אמיתית דורשת שכל המודולים חולקים ממשקים סטנדרטיים - הן מכניות והן חשמליות.זה מבטיח שכל שני מודולים יכולים להיות מחוברים ללא קשר לתפקוד הפנימי שלהם. ממשק מעוצב היטב כולל תכונות היישור מדויקות (כגון pins Guide או משטחים מרכזיים), מנגנון לנצ'ינג, ומגעים חשמליים עבור כוח והתאמה אישית של נתונים.

המונחים: Reconfiguration

השיקום צריך להיות אמין עם מאמץ מינימלי וזמן.זה קריטי במיוחד עבור הגדרה עצמית אוטונומית, שבו הרובוט חייב להשתנות צורה ללא סיוע אנושי. מכניזם הדורש כוח מופרז או רצפים מורכבים של פעולות הם בלתי מעשי.FLT:0Snap-fitFLT:1, צמיד מגנטי, צורה-מפרקציה הם פעולה מהירה להגדרה, לא צריך להיות מעוד דקות, או דקות ספורות לאחר מכן, לא צריך להיות ממזג אוויריות.

סקלאה

מערכת מודולרית חייבת להיות מדרגת בשני הכיוונים.הוספת מודולים נוספים לא צריך לזלזל ביצועים או לדרוש עיצוב מחדש של תוכנת הבקרה.converse, צמצום מספר המודולים צריך לעזוב את המערכת הפונקציונלית הנותרים. Scalability חל על כוח מכני, הפצה כוח, ולוח רוחב פס תקשורת.

רובוסטנס ואינטגרליות סטרקטיבית

מפרקים ניתנים להגדרה חלשים יותר מהקשרים המוטבעים או החצובים.עומסים הטרנסנדנטליים במהלך התנועה יכולים לגרום ללחץ בלתי צפוי בממשקים.מהנדסים חייבים להבטיח כי מנגנון נעילה יכול לעמוד בפסגות למתקנים ולכוחות ללא להחליק.

סוגים של קולקטיבים וחיבורים הניתנים להגדרה

מגוון המפרקים המשמשים רובוטיקה מודולרית משפיע ישירות על טווח התצורה של achievable. הסוגים הנפוצים ביותר מתוארים להלן.

להקות חריפות (Rotary)

מפרקים חזקים מאפשרים לשני מודולים לסובב אחד לשני על ציר אחד.הם הסוג הנפוץ ביותר במניפולטורים רובוטיים והם חיוניים ליצירת שרשראות מבוטות. במערכות מודולריות, המפרק חייב לכלול מנגנון מנעול בלתי ניתן לערעור כך שהמודולים יכולים להיות מופרדים.עיצובים רבים משתמשים במרכז רוטט עם סיכות מנעול מרכזי שניתן להזיז את החיבור בדרך כלל.

ראשי תיבות של Prismatic Joints (Linear)

מפרקים פריסמטיים מאפשרים הרחבה וההיגוי לאורך ציר יחיד.אלה פחות נפוצים רובוטיקה מודולרית בשל הקושי של רכיבי תנועה ליניארית לתוך מודול קומפקטי, אבל הם בלתי-סבירים ליצירת מבנים מורחבים כגון בומבוס או זרועות טלקופינג. מודול משותף prise מכיל לעתים קרובות בורג מוביל או כונן rack-and-pinion. Reurability מגיע מן היכולת de la de larto de lastertreacher מ-Comperator גוף אחר.

Universal Joints (Multi-Axis)

המפרקים האוניברסליים מספקים שני צירים סיבוביים אוטוקונים, המאפשרים מודול לנוע עצמו בטווח רחב יותר של תנוחות.זה שימושי במיוחד עבור מודולים שפועלים כ"קנים" או "wrists" רובוט.עם זאת, המפרקים האוניברסליים בדרך כלל יש טווח מוגבל של תנועה בכל ציר (לעתים קרובות ±30° ל ±45°) כדי למנוע את ההיקף העצמי עבור חיבור לעתים קרובות.

חיבורים Snap-Fit

מנגנונים נוחים של סנייפ פופולריים עבור תיקון ידני מהיר, במיוחד ערכות חינוכי ורובוטים צרכניים.הם מורכבים הכרטיסיה גמישה כי deflects במהלך ההכנסה ולאחר מכן מתחבר לתוך רפה לנעול. בעוד הם מהירים וחסרי כלים, התאמות נפיחות יש יכולת עומס מוגבלת יכול ללבוש לאחר מחזורים חוזרים.

אלקטרומגנטי וקוסטינג מגנטי

מחברים מגנטיים מציעים היערכות אוטומטית ודורשים מגע מכני, מה שהופך אותם אידיאליים עבור רובוטים הגדרה עצמית כי צריך לעגון ולא זעזוע שוב ושוב.FLT:0.0;0;0;0;0) אלקטרוניקה היברידית (FLT:1) לספק כוח אחזקה משתנה וניתן לכבות אותו, אבל הם צורכים כוח קבוע מגנטים בשילוב עם מנגנון שחרור מכני ניתן להשתמש עבור יישומים בעלי כוח נמוך, אבל שחרור נדרש חיבור קבוע כדי למנוע שימוש קבוע של מערכות הפעלה של פעילות גופנית.

לקט ספרים עם Shape Memory Alloys

צורה של ⁇ זיכרון (SMAs), כגון Nitinol, ניתן לאמן כדי לשנות צורה כאשר הם מחומם.הם שימשו רובוטיים מודולריים כדי ליצור כיבים קומפקטיים, קלים שניתן לפתוח על ידי יישום זרם חשמלי קטן.המגירות הראשיות הן מהירות הפעלה איטית וכוח מופחת בטמפרטורה נמוכה.

חומרים ומעבדים עבור מודולים הניתנים להגדרה

בחירת חומרים ופועלים מגדירה את המשקל, העוצמה, המהירות והצריכת החשמל של רובוט מודולרי, אשר כולם קריטיים להגדרה מחדש.

חומרים סטרקטיים

  • (במילים אחרות, Polycarbonate, Delrin): 0.0 (Plastics) (ABS, Polycarbonate, Delrin): FLT:1 משקל אור, לא מוליכים, וקל לעצב. מתאים לאבו טיפוסים וערכת חינוך שבו דרישות העומס נמוכות.
  • (FLT:0) אלומיום אלוויס (6061, 7075): יחס כוח-משקל מעולה, יכולת-מצוקה טובה, והתנגדות קורוזיה היא החומר הגו-to עבור מודולים ברמת המחקר, אשר חייבים לעמוד בהשפעות מתון וטוקים.
  • (ב) ⁇ :0) הקרבון סיבי Composites:FLT:1 נוקשה מאוד וקלה אך יקר וקשה למכונה.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ : 1 (ה) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

Actuator Technologies

הפועלים בתוך כל מודול נוהגים הן את התנועה המשותפת הפנימית והן בתהליך השיקום עצמו.

  • (FLT:0) משרתים: FLT:1, העבודה של רובוטים מודולריים קטנים עד בינוניים.הם מספקים שליטה במיקום מדויק, מומנט גבוה במהירות נמוכה, ניתן לשלוט בקלות באמצעות PWM או פרוטוקולים דיגיטליים. פיזור חום הוא גורם מגביל כאשר מספר רב של סרבו יחד.
  • (FLT:0Brushless DC Motors (BLDC): ההרחבה הגבוהה ביותר לחיים ארוכים יותר מאשר מנועים מכחולים, אך דורש בקרים מורכבים יותר.
  • (FLT:0) ⁇ Actuators: FIRLT:1 משקל קל ומסוגל כוח גבוה עם שליטה פשוטה (על / שסתום ולחץ בינארי) אידיאלי עבור יישומים הדורשים תנועה בטוחה, עקבית, כגון רובוטים מודולריים רכים.הצורך באספקת אוויר חיצונית מגבילה את פעולת tetherless.
  • (FLT:0)Shape Memory Alloys (SMAs): irFLT:1 כפי שהוזכר קודם לכן, SMAs יכול לפעול כפועלים ליניאריים או רודפים עבור לכידת או תנועות קטנות.
  • (FLT:0) פולימרים חשמליים (EAPs): אנדרט 1:1 טכנולוגיה מתפתחת כי מתפתל או מתרחבת כאשר מתח מוחל. EAPs הם עדיין ניסיוניים אך מבטיחים הפעלה שקטה דמוית שרירים עבור מנגנונים עתידיים תצורה מחדש.

יישומים של מכניזם Reconfigurable ב Modular Robotics

מנגנונים הניתנים להגדרה עברו מעבר למעבדות אקדמיות ליישומים מעשיים על פני תעשיות מרובות. להלן הם חלק מהתחומים המבטיחים ביותר.

חקר החלל

סוכנויות חלל מתעניינות ברובוטים מודולריים שניתן לשגר בצורה קומפקטית ולאחר מכן למקם מחדש על מסלול לביצוע משימות שונות.ה-FLT:0NASA SuperBallpieFLT:1, למשל, חוקר רובוט מתוח שצורתו יכולה להשתנות על ידי שינוי אורך הכבלים בין מודולים.

הרובוטיקה הרפואית

בניתוח, מכשירים הניתנים להגדרה מחדש יכולים להתאים לאנטומיה של המטופל או לסוג של הליך. כלי רובוטי יחיד יכול להשתנות מנהג מחט קשיח לבדיקת נחש גמישה דמוית נחש עבור ניווט סביב איברים.FLT:0 רובוטים כירורגיים מודוריים יחידי FLT:1, כגון אלה שפותחו עבור התערבות פולשנית מינימלית, להשתמש במשתנים ניתנים להחלפה ופרקים שיכולים להיות מקצרים במהירות את המודולים הללו במהלך הפעלה מספר פעמים.

אוטומציה תעשייתית

רצפות המפעל יותר ויותר לאמץ זרועות ותיקון מחדש עבור קווי ייצור גמישים.במקום להחליף רובוט שלם כאשר מוצר חדש מוצג, מערכת מודולרית יכולה להיות מוקרן על ידי החלפת מאחזים, הרחבת קישורים, או שינוי הכיוון הבסיס.FLT:0Schunk של מערכת מאחזים מודולרית 1 הוא דוגמה מסחרית: זה מאפשר טכנאי להרכיב מותאם אישית מקטלוג, ממולקולות, מממשקים סטנדרטיים, באמצעות כל מרשימות מכניות, מרשימות, מממשקים, מרשימות וממשקים של קומפקטיות.

חינוך ומחקר

ערכות רובוטיות חינוכיות כמו LEGO Mindstorms ו-VEX Robotics השתמשו במנגנונים הניתנים להגדרה מחדש כדי ללמד עקרונות הנדסיים.עוד ערכות מחקר מתקדמות, כגון FLT:0MoleculoncioFLT:1 מערכת שפותחה באוניברסיטת פנסילבניה, לאפשר לתלמידים לעצב ולבדוק סוגים משותפים חדשים ולשלוט אלגוריתמים.

חיפוש והצלה

סביבות אסון דורשות רובוטים שיכולים לשנות צורה לזחול דרך הריסות, לשחות במים מבולבלים, או לטפס על פסולת. נחשים ונצנצפים מורכבים ממודולים זהים יכולים לשנות את צורת הגאה והגוף שלהם לנווט מכשולים.

ניהול ואתגרי תוכנה להגדרה מחדש

בעוד העיצוב המכני חיוני, התוכנה שמנהלת את התצורה מחדש חשובה באותה מידה. היבט קריטי אחד הוא (FLT:0uration planveFLT:1): בהתחשב במערך של מודולים וצורה הרצויה, המערכת חייבת ליישר רצף של קשרים וניתוקנות שמשנים את הרובוט מהזרם שלו לתצורה של היעד שלו ללא חוסר יציבות עצמית או חוסר יציבות חישובית, לעתים קרובות באמצעות חיפושית או באמצעות מכונה.

אתגר נוסף הוא (FLT:0) אבחון עצמי והתאמה אישית (FLT:1 ).כאשר מודול נכשל, הרובוט צריך להיות מסוגל לזהות את האשמה, לנתק את המודול הפגום, ולהגדיר עצמו מחדש לתוך עבודה - גם אם תת-אופטימי - צורה זו דורשת חישה מקומית בכל אחד משותף ואדריכלות בקרה מבוזרת שבה כל מודול מכיל מיקרו-בקר משלו.

רובוטים מודולריים רבים משתמשים בפרוטוקול תקשורת של FLT:0 ל-peer-to-peer-1Felod כדי לשתף מידע מצב על פני רשת המודולים. רוחב הפס התקשורת וההנעה משפיעים ישירות על מהירות השיקום.מגבלות בזמן אמת הן חמורות במיוחד עבור מנגנונים שיש לתאם את התנועה במהלך שינוי צורה.

כיוונים עתידיים וטכנולוגיות מתפתחות

חוקרים עובדים באופן פעיל על מספר חידושים שיגרמו למנגנונים הניתנים להגדרה מחדש יותר המסוגלים ומעשיים.

חומרים חכמים

חומרים שיכולים לשנות את הנוקשות או לעצב בתגובה לאות חשמלי (כגון נוזל מגנטי או צורה פולימרים זיכרון) יכולים לחסל את הצורך במנהגים נפרדים וללעשיות. מודול עשוי מחומר חכם עשוי להיות נוקשה כאשר מופעל ורך כאשר הוא לא מופעל, המאפשר לו להיות בצורת מחדש ולאחר מכן נעול במקום.

החלפת ואסיפה

אנו נעים לעבר רובוטים שיכולים לשנות את השימוש רק במשאבים הזמינים בסביבה.לדוגמה, רובוט חלל עשוי למשוך כוח מפאנלים סולאריים על המודולים שלו כדי לחמם את ה- SMA latches. על פני כדור הארץ, רובוטים יכולים להשתמש בחומרים גלם מקומיים ל 3D להדפיס מחברים חדשים או מודולים על פי דרישה.זה מקטין את הצורך במלאי מסיבי של חלקי חילוף.

שילוב של Sensing and Localization

היכולת של מודול לדעת את המיקום המדויק שלו ביחס מודולים שכנים חיוני עבור מעוגן אוטונומי. שיטות חדשות - כגון חיישני קרבה קיבולי, מעקב שדה מגנטי או סמנים אופטיים - יכול לספק דיוק תת-מילימטרי.שלב מספר רב של מודולים חיישן (למשל, מרחק וכיוון) יעשה שינוי מהיר יותר ואמינה יותר.

השראה ביולוגית Reconfigurable Structures

הטבע מציע דוגמאות רבות של מערכות ניתנות להגדרה מחדש, החל מתקפל חלבונים לחבור הנמלים.עיצובים בהשראת הביולוגיה, כגון FLT:0.0.0 מנגנוני קיפול המבוססים על קיפא"ט:1 או (FLT:2tensegrity StructureFLT 3: 3, מוחלים על שיטות רובוטיות מודולריות אלה מאפשרים מודול יחיד כדי לשנות ללא הפסד של יושרה מבנית, ואפשרויות חדשות לפריסה קומפקטיות.

אתגרים נשארים בשטח

למרות עשרות שנים של התקדמות, כמה מכשולים יסודיים נותרו ללא פתורים.ה-FLT:0strength- Weight-offcioFLT:1 הוא אולי המתמיד ביותר: חיבור חזק מספיק כדי לתמוך בעומסים גדולים הוא בדרך כלל כבד ואט לשחרר. מיקרו-לאנים קשיחים שעובדים בקנה מידה קטן אינם עולים בקנה מידה ליניארי.

(FLT:0) CosteurFLT:1) מגביל גם את אימוץ.מודול יחיד עם חיישנים, אקטוטורים, מיקרובקר, ומחבר חזק יכול לעלות מאות דולרים. בניית רובוט עם עשרה מודולים הופך יקר.הייצור ההמוני והסטנדרטיזציה, בדומה לתעשיית האלקטרוניקה של הצרכנים, יכול להניע עלויות למטה.

מסקנה

העיצוב של מנגנונים הניתנים להגדרה מחדש של הרובוטיקה מודולרית הוא אתגר רב תחומי המשלב הנדסה מכנית, חומרים מדע, תיאוריה בקרה ותוכנה. Advances בחומרים קלים, מתעמלים קומפקטיים, ושליטה אינטליגנטית מתגברים בהתמדה על המגבלות המסורתיות של מערכות מודולריות.כפי שהביקוש לרובוטים גמישים, מתאימים גדל על פני חקר החלל, תרופות, ייצור ותגובה אסון, מנגנונים ניתנים להפעלה מחדש ישחקו תפקיד מרכזי יותר ויותר במהנדסים והופכים לאלגוריתמים, כדי לממש אלגוריתמים פוטנציאליים באלגוריתמים מתקדמים, כדי לממש אלגוריתמים מתקדמים, כדי לממש אלגוריתמים מתקדמים לאלגוריתמים מתקדמים, כדי לממש אלגוריתמים מתקדמים לאלגוריתמים, אלגוריתמים מתקדמים, כדי לממש אלגוריתמים מתקדמים, אלגוריתמים מתקדמים, כדי לממש אלגוריתמים מתקדמים, אלגוריתמים פוטנציאליים, אלגוריתמים סטנדרטיים, אלגוריתמים מתקדמים, כדי להמשיך את האלגוריתמים מתקדמים, אלגוריתמים מתקדמים לאלגוריתמים מתקדמים לאלגוריתמים מתקדמים, אלגוריתמים מתקדמים לאלגוריתמים מתקדמים לאלגוריתמים מתקדמים לאלגוריתמים מתקדמים, כדי לממש אלגוריתמים, כדי להמשיך את האלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים של אלגוריתמים מתקדמים לאלגוריתמים, אלגוריתמים מתקדמים,

(ב) לאלו המעוניינים לחקור את הנושא עוד יותר, את התצורה:0NASA SuperBall Project (DIS) מציע מבט מרתק על רובוטים מבוססי אינטגרציה, בעוד המחקר שפורסם ב FLT:2 עסקאות EEIE על RoboticsFLT 3 מספק סקר מעמיק על מערכות רובוט מודולריות מודולריות מודולריות מודולריות מודולריות.