Tesla Bot vs. المرونة البشرية: يمكن أن تتغلب على Robotics المتطورة على قيود المشغل وإعادة تعريف البراعة

في النهاية ، يعتمد عدد المحركات المطلوبة للروبوت لتحقيق المرونة التي تشبه الإنسان والبراعة على الأهداف والمهام المحددة التي صممها الروبوت لإنجازها.

كم درجة الحرية التي يمتلكها الإنسان

1. الرقبة: 3 DOF (الملعب ، ياو ، لفة)
2. الكتفين: 3 DOF لكل كتف (6 في المجموع)
3. المرفقين: 1 DOF لكل كوع (2 في المجموع)
4. الرسغين: 2 DOF لكل معصم (4 في المجموع)
5. الأصابع: 14 DOF لكل يد (28 في المجموع ، على افتراض 4 DOF للإبهام و 3 DOF لكل من الأصابع الأربعة الأخرى)
6. العمود الفقري: تقديرات مختلفة بين 12 و 24 DOF (اعتمادًا على مستوى التفاصيل)
7. الوركين: 3 DOF لكل مفصل (6 في المجموع)
8. الركبتين: 1 DOF لكل ركبة (2 في المجموع)
9. الكاحلين: 2 DOF لكل كاحل (4 في المجموع)
10. أصابع القدم: 9 DOF لكل قدم (18 في المجموع ، بافتراض 5 DOF لأصابع القدم الكبيرة و 1 DOF لكل من أصابع القدم الأربعة الأخرى)

إضافة هذه DOF معًا النتائج في نطاق تقريبي من 83 إلى 95 DOF. ضع في اعتبارك أن هذا تمثيل مبسط ولا يفسر كل حركة مشتركة محتملة أو DOF إضافية قد تكون موجودة في جسم الإنسان. يمكن أن يكون العدد الفعلي أعلى ، خاصة عند النظر في التفاصيل الدقيقة والمفاصل الأصغر.

ومع ذلك ، من المهم أن نلاحظ أنه في الممارسة العملية ، قد تختلف التصميمات الآلية اختلافًا كبيرًا عن التشريح البشري. قد يقوم المهندسون بتطوير حلول مبتكرة أو استفادة من التقنيات المختلفة ، مثل استخدام عدد أقل من المشغلات أكثر تنوعًا مع العناصر السلبية أو المتوافقة (مثل الينابيع أو المواد المرنة) ، أو استخدام خوارزميات تحكم متقدمة لتحقيق حركة ووظائف تشبه الإنسان. يعتمد العدد المحدد من المحركات اللازمة لروبوت للوصول إلى مستوى مماثل من DOF كإنسان على الأهداف والمهام ونهج التصميم المختار. في بعض الحالات ، قد لا يزال الروبوت الذي يحتوي على عدد أقل من المشغلات يحقق مرونة وبراعة مثيرة للإعجاب ، اعتمادًا على تطبيقه المقصود.

كيف يمكن استخدام الآليات التفاضلية لخفض كمية المحركات التي يمكن أن يتطلبها الروبوت

فيما يلي عدة طرق يمكن أن تساعد الآليات التفاضلية في تقليل عدد المشغلات في روبوت:

1. المشاركة: من خلال توصيل مفاصل متعددة أو DOF بمشغل واحد باستخدام التروس أو الروابط أو الأحزمة ، يمكن للمشغل نفسه التحكم في حركة أكثر من مفصل. هذا يقلل من عدد المحركات اللازمة مع الحفاظ على النطاق المطلوب للحركة.
2. التكرار: في بعض التصميمات الآلية ، قد يكون هناك DOF زائدة عن الحاجة التي يمكن التحكم فيها بواسطة مشغل واحد دون التأثير بشكل كبير على أداء الروبوت. يمكن استخدام الآليات التفاضلية لربط هذه DOF زائدة عن الحاجة ، مما يتيح استخدام أكثر كفاءة للمشغلات.
3. الامتثال السلبي: يمكن الجمع بين الآليات التفاضلية مع عناصر متوافقة سلبية ، مثل الينابيع أو المواد المرنة ، لتمكين الروبوت من التكيف مع القوى الخارجية أو التغييرات في البيئة. يمكن أن يساعد ذلك في تقليل عدد المشغلات النشطة اللازمة مع الاستمرار في تزويد الروبوت بالقدرة على أداء المهام المعقدة.
4. التحكم المبسط: يمكن للآليات التفاضلية تبسيط التحكم في الروبوت عن طريق تقليل عدد المحركات وبالتالي عدد المتغيرات التي تحتاج إلى التحكم فيها. يمكن أن يؤدي ذلك إلى خوارزميات التحكم أكثر كفاءة وأسهل تنفيذ.

بشكل عام ، يمكن أن يساعد استخدام الآليات التفاضلية في التصميمات الآلية في تقليل عدد المحركات مطلوب ، مما قد يؤدي إلى نظام أكثر فعالية من حيث التكلفة وخفيفة الوزن وفعال الطاقة. ومع ذلك ، فإن تنفيذ الآليات التفاضلية يقدم أيضًا مجموعة من التحديات الخاصة بها ، مثل زيادة التعقيد الميكانيكي وفقدان السيطرة المستقلة على المفاصل الفردية أو DOF.

مثال على آلية تفاضلية

مثال على الآلية التفاضلية التي يمكن استخدامها في الروبوتات هو محرك التوافقي. محرك التوافقي هو نوع من ترتيب التروس الذي يستخدم خطًا مرنًا لتحقيق نسبة تقليل التروس عالية مع الحد الأدنى من رد الفعل والدقة العالية.

في تطبيق روبوتي ، يمكن استخدام محرك توافقي للتحكم في مفاصل أو درجات من الحرية (DOF) مع مشغل واحد. يتم توصيل إدخال محرك الأقراص التوافقي إلى عمود المحرك ، ويتم توصيل المخرجات بمفاصل الروبوت. يسمح الشريط المرن بالتحكم الدقيق للحركة ونقل عزم الدوران.

باستخدام محرك توافقي في روبوت ، يمكنك تقليل عدد المشغلات المطلوبة مع الحفاظ على مستوى عالٍ من الوظائف والمرونة. تمكن الآلية التفاضلية الروبوت من أداء المهام المعقدة التي تتطلب درجات متعددة من الحرية مع عدد أقل من المشغلات ، مما يقلل من وزن الروبوت وتعقيده.

بشكل عام ، توفر المحركات التوافقية وأنواع أخرى من الآليات التفاضلية فوائد كبيرة للتصميمات الآلية ، مما يتيح استخدام أكثر كفاءة للمشغلات وتقليل التعقيد الميكانيكي مع الحفاظ على وظائف الروبوت أو حتى تحسينها.

ما هو محرك التوافقي

محرك التوافقي نوع من ترتيب التروس عالي الدقة المستخدم في الأنظمة الميكانيكية ، بما في ذلك الروبوتات. وهو يتألف من ثلاثة مكونات رئيسية: خط دائري ، ولف خط مرن ، ومولد الموجة. يتم تقسيم الشريط المرن بين الخط الدائري ومولد الموجة ويتم توصيله بعمود الإخراج لنظام التروس.

يتم توصيل مولد الموجة بمحرك أو مصدر طاقة آخر ويستخدم لإنشاء حركة موجة في خط المرنة. مع تدوير مولد الموجة ، تنتقل حركة الموجة إلى خط المرنة ، مما يؤدي بعد ذلك إلى تدويره وتوسيعه مع الشريحة الدائرية. يتم نقل الحركة الناتجة عن خط الفئة المرن إلى عمود الإخراج.

الميزة الرئيسية لمحرك التوافقي هي نسبة تقليل التروس العالية ، عادة في حدود 50: 1 إلى 100: 1 ، مع الحد الأدنى من رد الفعل والدقة العالية. يسمح ذلك بالتحكم الدقيق للحركة ونقل عزم الدوران ، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات الآلية التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في المفاصل أو درجات الحرية المتعددة.

تستخدم محركات التوافقي على نطاق واسع في التصميمات الآلية ، خاصة بالنسبة للروبوتات الصغيرة ، حيث يمكنها تقليل عدد المحركات المطلوبة مع الحفاظ على مستوى عالٍ من الوظائف والمرونة. كما أنها تستخدم في تطبيقات الآلات الدقيقة الأخرى ، مثل الفضاء والمعدات الطبية وأتمتة المصنع.

ما هي المقايضات عند استخدام آليات التفاضلية في روبوت

1. التعقيد الميكانيكي: تتضمن الآليات التفاضلية غالبًا تروسًا أو روابطًا أو أحزمة إضافية ، والتي يمكن أن تزيد من تعقيد التصميم الميكانيكي للروبوت. هذا يمكن أن يؤدي إلى تحديات في التصنيع والتجميع والصيانة.
2. انخفاض السيطرة المستقلة: من خلال اقتران مفاصل أو درجات من الحرية (DOF) على مشغل واحد ، قد تفقد بعض السيطرة المستقلة على المفاصل الفردية أو DOF. هذا يمكن أن يجعل من الصعب أداء مهام معينة أو تحقيق تكوينات محددة ، لأن حركة المفصل قد تؤثر على حركة أخرى.
3. رد الفعل والاحتكاك المحتملين: يمكن للمكونات الميكانيكية الإضافية المستخدمة في الآليات التفاضلية أن تقدم رد فعل عنيف والاحتكاك ، مما قد يؤثر على دقة الروبوت ووقت الاستجابة والكفاءة. يمكن أن يكون هذا مهمًا بشكل خاص للمهام التي تتطلب دقة عالية أو حركات ديناميكية سريعة.
4. تعقيد التحكم: في حين قد يتم تقليل العدد الإجمالي للمشغلات ومتغيرات التحكم ، يمكن أن يؤدي اقتران المفاصل المتعددة أو DOF إلى علاقات أكثر تعقيدًا بين مدخلات ومخرجات النظام. هذا يمكن أن يجعل من الصعب تطوير وتنفيذ خوارزميات التحكم الفعالة.
5. توزيع الحمل وعزم الدوران: قد تؤثر الآليات التفاضلية على توزيع الأحمال والعزم عبر بنية الروبوت ، والتي يمكن أن تؤثر على الأداء العام ومتانة النظام. اعتمادًا على التصميم ، قد يتطلب ذلك تعزيزات إضافية أو دراسة متأنية للمواد المستخدمة.
6. التكرار المعرض للخطر: في بعض الحالات ، قد يؤدي استخدام الآليات التفاضلية للقضاء على التكرار إلى نظام أقل قوة ، لأن فشل مشغل واحد قد يؤثر على مفاصل متعددة أو DOF.

عند تحديد ما إذا كنت تريد استخدام الآليات التفاضلية في روبوت ، من الضروري وزن هذه المفاضلات مقابل الفوائد المحتملة ، مثل انخفاض عدد المشغلات ، وتكلفة أقل ، وانخفاض الوزن. يعتمد الاختيار في النهاية على الأهداف والمتطلبات المحددة للنظام الآلي الذي يتم تصميمه.