Роботизированные системы, вдохновленные природой, могут помочь эффективно решать широкий спектр задач: от навигации в сложных условиях до беспрепятственного выполнения миссий в команде. В последние годы робототехники создают все больше биотехнологических систем, предназначенных для копирования структуры тела и движений различных животных, включая змей.
Змееподобные роботы могут иметь различные преимущества перед другими системами с более традиционным строением тела. Благодаря гибкому телу и скользящим движениям они могут достигать небольших и ограниченных участков, доступ к которым в противном случае был бы затруднен, например, внутри труб, шахт и в других сложных условиях.
Несмотря на свой потенциал, роботы-змеи до сих пор не получили широкого применения. Частично это связано с трудностями, возникающими при попытке эффективно модулировать жесткость этих систем , позволяя им выполнять желаемые движения и достигать целевых положений с высокой точностью.
Исследователи из Ланкастерского университета, Пекинского технологического института и Северо-Китайского технологического университета недавно приступили к разработке новой стратегии проектирования, которая могла бы помочь лучше регулировать жесткость роботов-змей. Предложенный ими метод , изложенный в журнале Bioinspiration & Biomimetics , был применен для разработки змееподобной роботизированной руки с 20 степенями свободы (DoF).
«Роботы-змеи широко используются в сложных условиях, например, в замкнутых пространствах», — пишут в своей статье Нан Ма, Хацин Чжоу и их коллеги. «Однако большинство существующих роботов-змей с большим соотношением длины и диаметра имеют низкую жесткость, и это ограничивает их точность и полезность. Чтобы исправить это, в этой статье предлагается новая «макро-микро» структура, дополненная новой комплексной стратегией регулирования жесткости.»
Макро-микроструктура, разработанная этой исследовательской группой, может повысить точность позиционирования змееподобных роботов, когда они перемещаются в ограниченном пространстве как над, так и под землей. Эта структура сопровождается недавно разработанной комплексной стратегией регулирования жесткости робота , а также кинетостатической моделью, предназначенной для оценки ошибок.
«Внутреннее трение, изменение жесткости троса в зависимости от натяжения и их влияние на структурную жесткость змеиного рычага в различных конфигурациях были включены в модель для повышения точности моделирования», — пишут Ма, Чжоу и их коллеги. «Наконец, предложенные модели были проверены экспериментально на физическом прототипе и системе управления (погрешность: 4,3% и 2,5% для прямой и изогнутой конфигураций соответственно)».
Ма, Чжоу и их коллеги использовали предложенную ими конструкцию для разработки прототипа системы, которую затем оценили в серии первоначальных испытаний. Их результаты были весьма многообещающими, поскольку их стратегия позволила им регулировать натяжение тросов, приводящих в движение змееподобную руку, в среднем на 183,4%.
В будущем это недавнее исследование может стать основой для разработки более эффективных роботизированных систем , вдохновленных змеями, которые можно будет модулировать с большей точностью и, таким образом, смогут лучше выполнять миссии в сложных и крайне ограниченных средах. Эти роботы могут оказаться невероятно ценными для помощи агентам-человекам во время поисково- спасательных операций, для мониторинга подземной среды и для бесчисленного множества других передовых реальных приложений.
Теги: робот, робототехника
