הקדמה: התפקיד הקריטי של זעזועים במודרני הרובוטיקה

רובוטים יותר ויותר פרוסים בסביבות הדורשות עמידות מפני השפעות פתאומיות, רטטים רצופים, ועומסים בלתי צפויים.ממרובים פלנטריים מתקדמים על פני השטח הסלעי לטיפול בנשק תעשייתי בעומס כבד, היכולת לעמוד ולבטל אנרגיה קינטית ישירות קובעת תוחלת חיים מבצעית, דיוק חיישן, והצלחה המשימה.ניתוח זעזועים לקליטת הלם הפך אבן הפינה של עיצוב רובוטי, מדע מבריק, וטכניקות מתקדמות, כדי לספוגות, כדי לספוג את הסימולציות מתקדמות, כדי ליצור אסטרטגיות הנדסיות, ואפקטים מתקדמים.

הבנת זעזועים ב- Robotics

ספיגת הלם רובוטיקה מתייחסת ליכולת המונדסת של מבנה להמיר אנרגיה קינטית מהשפעה לצורות אחרות – חום זמני, מתח אלסטי, או עיוות פלסטי – על ידי צמצום כוחות השיא המועברים לרכיבים רגישים.בניגוד לחצנים פסיביים בהשעיות רכב, ספיגת הלם רובוטית חייבת להיות לעתים קרובות קל משקל, קומפקטית, משולבת לתוך נתיבי עומס מבניים.

בסביבה דינמית כגון אזורי אסון, זרמים תת-ימיים, או קווי ייצור מהירים, זעזועים יכולים להגיע לרצף מהיר או כאירועים אנרגיה גבוהים יחיד.העיצוב חייב לקחת בחשבון גם התאוששות אלסטית (חזרה לצורה מקורית) וקליטת אנרגיה בלתי-מהפכה (עיוות פלסטי, חיכוך, או רטיקולוס לחבית). מבנה מוקרן היטב לא רק השפעה אחת אלא גם על פני פיגור מבנים עמוקים של חומר היסטריה.

עקרונות מרכזיים של עיצוב מבני לזעזועים

בחירה חומרית

הבחירה של חומרים היא קו ההגנה הראשון נגד הלם.מהנדסים לעתים קרובות משלבים מתכות מבניות גבוהות (מילום, טיטניום קשיח, פלדה) עם פולימרים אנרגיה או מסובבים. Elastomers כגון גומי טבעי, סיליקון, ופוליאורטן יכול גם לספק חומרים רגישים צמחיים גבוהים, הם להמיר עבודה מכנית לתוך חום ביעילות.

גמישות מבנית וגמישות משלימה

מבנים Stiff משדרים כוח ישירות; מבנים גמישים להפיץ אותו לאורך זמן ואזור. עיצוב מפרקים ודבורים עם תאימות מכוונת - באמצעות מטאטאים, חברים מעוקלים, או קישורים - מאפשר עיוות מבוקר תחת השפעה.זה יכול להיות פסיבי, כגון שימוש בתאים גמישים מכוסים באביב כי נכנעים וחזור רובוט פעיל, שבו חיישנים גורמים תנועה מבוקרת ל deceler.

המונחים: Damping Elements

ריכוז לחות במרכיבים דיסקרטיים כמו סופגנים זעזועים, דמפוזרים או רטט הוא גישה מנוסה זמן.ברובוטיקה, אלה הם לעתים קרובות גרסאות מיניות של לחצנים תעשייתיים. לחות המבוססים על פלויד (hydraulic או מגנטיאורheological) מציעים פיזור אנרגיה גבוה בחבילה קטנה אבל דורשות איטום ותחזוקה.

Redundancy and Load Path Redistribution

כאשר השפעה אחת עולה על היכולת של מבנים ראשוניים, מסלולי עומס מחוסנים יכולים למנוע כשלון קטסטרופלי.עקרון זה הוא ללוות מהחלל: חברים מקבילים, מסגרות lice, או פגזים רב-שכבות להבטיח שאם אחד שברים נתיב, אחרים ממשיכים לשאת עומס.בפרקטיקה, זה יכול להיות מתכוון להשתמש בטס עם מספר רב של סטרוטים, כל אחד בגודל כדי לטפל בחלק של ההשפעה הצפויה, מוחלשת על ידי אזורי עיצוב, אשר ניתן להחליף אותם באופן קריטי, אשר ניתן לשלב אותם, לאחר קריפטים, אשר ניתן לשלב אותם, אשר ניתן לשחזר אותם באופן קריטי, כלומר, לאחר קריסת מרכזי, אשר ניתן לשלב אותם, כי הם יכולים להיות מטיפוס מרכזי, אשר יכול להיות מקודמת, כי הם יכולים להיות מקודמת, אשר יכול להיות מקודמת, לאחר אזורי עיצוב, אשר יכול להיות מקודמת, כי הם יכולים להיות מקודמת, אשר יכול להיות מקודמים קריטי, אשר יכול להיות מקודמים קריטי, לאחר אזורי עיצוביים קריטי, כי הוא יכול להיות מקודמים קריטי, כי הם יכולים להיות מקודמים, כי הם יכולים להיות מקודמים קריטי, לאחר קריסת, כי הם יכולים להיות מקודמים קריטי, כי הם יכולים להיות מקודמים, כי הם

שיטות ניתוח מבניות להלם

ניתוח יסודות Finite Element Analysis (FEA)

ניתוח אלמנט פינט הוא כלי הסימולציה הנפוץ ביותר עבור חיזוי התגובה ההלם.מהנדסים ליצור תאום דיגיטלי של מבנה הרובוט, להקצות תכונות חומריות, וליישם עומסים דינמיים כגון דופקי כוח או תנאי גבול מהירות. דינמיקה Explicitar (למשל, LS-DYNA, Abaqus/Explicit) עבור עיוותים גדולים, מגע, ולא חומר FEA יכול לחשוף את התדרים מדויקים, מודלים של אנרגיה.

ניתוח ותגובה מעשית

סביבות דינמיות לעתים קרובות לחשוף רובוטים לזעזועים או לרטטים תקופתיים (למשל, ממנועי, הילוכים, שטח) ניתוח Modal מזהה את התדרים הטבעיים וצורות מצב של המבנה.אם תוכן התדר של השפעה תואם עם מצב טבעי, שחזור יכול להגביר את הלחץ ולגרום לכשל מוקדם יותר.מהנדסים להשתמש בניתוח מודולל ניסיוני (מבחנים יונקים) או ניתוח מודוללי תפעולי כדי לאמת מודלים FEA אז הם במהירות גבוהה.

עייפות ו Durability Simulation

אירועים מזעזעים מצטברים על פני חיי הרובוט, מה שמוביל לסדקים או הפלסטיים.ניתוח עייפות רב-כיסיאלית באמצעות חיי מתח (S-N) או חיי זן (ε-N) עוזר להעריך את החיים תחת זעזועים חוזרים.עבור רובוטים שחווים אלפי השפעות אנרגיה נמוכות לשעה (למשל, זרוע רובוטית בלחץ מבול), עייפות גבוהה שולטת בעיצוב של פריימים נמוכים (אפילו מתוצאות של פחמן-Fb-Frepb) עלולות להפחתה של ירידה של ירידה בירידה של מספרדנציה נמוכה של חומרים מאפקטים).

ירידה פיזית ובדיקת השפעה

יש לאמת את סימבול עם בדיקות פיזיות. Drop Towers ו- pendulum effectors לספק זעזועים מבוקרים למבנים רובוטיים כליים. Accelerometers, מדחות, ומצלמות מהירות גבוהה ללכוד תגובה טרנספורמטיבית.מבחנים מבוצעים מכיוונים מרובים ואפקט velocities. AS Data calibrates מודלים חומרים ומגלה מצבי כישלונות לא נצפו על ידי סימולציה, כגון מצעים או רטיבות, כמו טמפרטורות ממושכות, כמו בדיקות כבלים או , כמו טמפרטורות מורכבות.

שיקולים חומריים להפחתה של אנרגיה מוגברת

חומרים וויקטוריה ו-Visoelastic Materials

חומרים מיוסטלטיים, כגון דבקים מבוססי אקרילי או Butyl גומי, להציג הן גמישות והן התנהגות מולקולוס. גורם האובדן שלהם (התחילה של פירוק אנרגיה מאוחסן) יכול לעלות על 1.0 מעל טווח תדר מסוים.מהנדסים משתמשים אלה כמו שכבות בטיפולים עמידים בשרירים קשיחים מוחלים מוחלים על ידי רובוטים, לוחות כאוגס, וגמלים אפקטי גזים וטמפרטורות קצה ותדירות גבוהה חייב להיות מאופיין בטמפרטורה נמוכה (אובקים) אבל מתחמי חום קיצוני).

מבנה סלולרי מתכתי

אלומיניום או קצף טיטניום, כמו גם מבנים 3D מודפסים, מציעים ספיגה אנרגיה מצוינת לכל מסה יחידה (כאשר דחוס, קירות תאים מתקפלים ומתקפלים, מתפזרים אנרגיה על שבץ ארוך כמעט קבוע הלחץ.התנהגות זו דומה לחומרים אידיאליים קליטורים-מקלטים) במשקל נמוך יותר.מעצבים יכולים לכוון את הלחץ על ידי התאמת צפיפות יחסית ומטריה (למשל, מעוקב, מעוקב, gidicreicer, מאפשר עכשיו, מטבוליטמין, חומר מטבוליטמין, חומר מטבוליטמין, ירידה במשקל קצר יותר).

חומרים חכמים והסתגלויים

צורה של ⁇ זיכרון (SMAs) ונוזלים מגנטיים (MR) מאפשרים ספיגת הלם הסתגלות. SMAs יכול לחזור צורה מאומנים מראש לאחר עיוות פלסטי, ביעילות מחדש אזורי אטומיזציה. MR נוזלים לשנות את הסטיות במילימטריים כאשר נחשפים לשדה מגנטי, המאפשר לחות חצי-אקטיבית כי מתאים לאפקטים מורכבים יותר, חומרים אלה הם שימוש יעיל יותר רובוטיים מתקדמים, אך ורק כדי להתאים את דרישות כוח אנושי, אך ורקמות, אך ורק לאחר מכן הוא יעיל.

אסטרטגיות עיצוב לסביבה דינמית

אנרגיה היררכית אינה אחראית

במקום להסתמך על קולטן חד-פעמי, עיצובים מתקדמים מחלקים את האנרגיה על פני קשקשים מרובים. רובוט נייד עשוי להיות בעל גלגלים מקבילים (גמישות), השעיה עם לחות הידראוליים, כאסה עם ציפויים מולקולטיים, והעלייה האלקטרונית הפנימית שורדת באמצעות זעזועים אלסטומריים.כל שכבה מטפלת במזג אווירי אחר ותדירות גבוהה.

גישות ביומיות

הטבע מציע השראה למבנים זעזועים-מגשרים. Woodpecker גולגולת להשתמש במערכת העצם היתיאואידית ואת מבנה העצם דמוי קצף כדי לסבול מצלחות מעל 1,000 מהנדסי G. מחקו זאת עם מקרלים רב-שכבות המשלבות קליפה חיצונית נוקשה, ליבת קצף, ושכבה פנימית לחבית - נבדקים על רובוטים מעוטים מעוטים לתוך מכשולים.

שילוב של Sensing and control

ספיגת הלם אינה פסיבית בלבד.רוב הרובוטים המודרניים משתמשים ב-Accelerometers,gyroscopes, וחיישנים כוח כדי לזהות השפעה מיידית ב- מילימטרים.מערכת הבקרה יכולה לאחר מכן לזרז מפרקים, לשנות נוקשות (באמצעות ממריצים משתנים), או לגרום להפעלה פסיבית המפחיתה את מהירות היחסית בגישה זו, הידועה בשם זעזוע פעיל, היא שכיחה ברובוטים אנושיים, כי הם זקוקים לעתים קרובות לתפקוד של ה-D משותף עם ה-Ricpleretrabody-Ratomicetomicets, אך ורק כדי להתאים את ה-Ratlastlastomtomtomtomtomer Activeer Activeer Activeertomate משותף עם מערכת מגע משותף עם תפקוד משותף עם מערכת מגע משותף עם יעילות ביותר.

מקרה מחקרים

רובוט חיפוש והצלה: Surviving Debris Falls

רובוטים כמו iRobot PackBot או ככל שיהיה יותר מאוחר חייב לפעול בתוך מבנים התמוטטים שבו הריסות הוא נפוץ.ה quadruped כל דבר עשיר משתמש שילוב של מבני רגל פחמן-מבר, אקטוטורים גמישים בכל אחד משותף, ו a compliant tom עם קצף מולטי, ניתוח סופי סימולציה של 2 מטר על גבי סימולציה לאחור יכול גם להפחית את הפחתת לחץ פנימי של 1.5 קדמיון עמוק לתוך זרם גבוה.

רובוטים תעשייתיים: מהירות גבוהה Pick-and-Place

רובוטים תעשייתיים המשמשים באריזה לעתים קרובות חווים השפעות חוזרות ונשנות כאשר תופסים חפצים במהירות גבוהה. A delta רובוט מ ABB או Fanuc יכול לבצע 300 בוחרים לדקה, כל אחד מהם מעורבים הפחתה פתאומית מ 10 מ"מ עד אפס.ללא קליטת הלם נאותה, זה יגרום ללבוש מוקדם על תיבת הילוכים אדסנסציה אדפטפט ו פחמן-פי לחימה. מהנדסים להשתמש שיחים מול מפרקיים ומכוונים את הפרופיל של יחידת הבקרה של פחמן-ה של התדירות נמוכה יותר להקטנת נפחד של פחמן-ה של פחמן-מחץ אחד לשניה.

רובוט הומניאיד: Fall Recovery

רובוטים הומניים פגיעים במיוחד לזעזועים במהלך נפילות או השפעות עם הסביבה.איי הונדה ASIMO ולאחר מכן הרובוט של טסלה אופטימוס משלב כמה שכבות של ספיגת הלם.הרגל משתמשות בלוחות פחמן על קצף urethane, הקרסוליים יש עצירות אקסטומריארית פחות מאשר גסטומריים קלים על פני שטח של אלומיניום hexagons כאשר הרובוט נופל, כלומר, 000 מטרים נופלים מוקדם יותר מגובה, 000 רגלים של כדוריות, 000, לאחר מכן, 000 קלושים פחות מגובה, 000 קלושים של כדוריות של כדוריות, 000, 000 קצף אחד, 000 קצף אחד, 000 קצף אחד, 000 קלושים פחות מגובה על פני כדוריות, 000 קלושים פחות מגובה, 000, 000, 000 קלושים, 000 קצף אחד מהם היה מסוגל, 000 קצף אחד, 000 קצף אחד מהם היה צריך סוף סוף סוף סוף סוף סוף סוף סוף סוף סוף סוף סוף סוף סוף סוף סוף סוף סוף סוף סוף סוף סוף סוף סוף סוף סוף סוף סוף סוף סוף-פעמיים של כדוריות של כדור הארץ, 000 קלפטים של כדור הארץ, 000 קצף אחד, 000 קלפטים, 000 קצף אחד, 000

כיוונים עתידיים במבנה הרובוטים המהפגנת

טכנולוגיות מתפתחות מבטיחות אפילו יותר יעילות קליטת הלם.ייצור של מבנים רב-חומריים שבהם ציות ולחות הם בדיוק מוטבעים ברמת ה- voxel.לדוגמה, זרוע רובוטית יכולה להיות מודפסת עם ⁇ מחוזק פחמן-reinforceed בבסיס ליחס פחמן-חומרי גבוה יותר של פולוס (חומרים חשמליים) בטיפות של פחמן-Fonicol-to-to-to-to-to-of-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-

למידת מכונות מתפתחת גם ככלי לקליטת קליטת הלם.לימודי כוח יכולים לשמש כדי להכשיר מדיניות בקרת הרובוט כדי להפחית את ההשפעות על בסיס נתוני חיישן בזמן אמת בשילוב עם אלגוריתמים עיצוביים, מהנדסים מסוגלים כעת לחקור אלפי משככי מבנים עבור ספקטרום נתון, בחירת אלה הממקסמים ספיגה אנרגיה עם מינימום.

מסקנה

תכנון רובוטים לקליטת הלם בסביבות דינמיות הוא אתגר רב תחומי הדורש בחירה חומרית זהירה, גיאומטריה מבנית מתחשבת וניתוח קפדני.ממד המאקרו של אזורי גולגולת וזרועות השעיה להיקף המיקרו של פולימרים מרשימים קצף לקטסט, כל אחד מהם חייב לעבוד בקונצרט כדי להגן על רכיבים רגישים ולשמור על שלמות פונקציונלית.