Tesla Bot ve İnsan Esnekliği: Son Teknoloji Robotik, Aktüatör Sınırlamalarını Aşabilir ve El Becerisini Yeniden Tanımlayabilir

Sonuçta, bir robotun insana benzer esneklik ve el becerisi elde etmesi için gereken aktüatörlerin sayısı, robotun gerçekleştirmek üzere tasarlandığı belirli hedeflere ve görevlere bağlı olacaktır.

Bir insanın kaç serbestlik derecesi vardır

1. Boyun: 3 DOF (eğim, sapma, yuvarlanma)
2. Omuzlar: Omuz başına 3 DOF (toplamda 6)
3. Dirsekler: Dirsek başına 1 DOF (toplamda 2)
4. Bilekler: Bilek başına 2 DOF (toplamda 4)
5. Parmaklar: El başına 14 DOF (toplamda 28, başparmağın 4 DOF ve diğer dört parmağın her birinin 3 DOF olduğu varsayılarak)
6. Omurga: 12 ila 24 DOF arasında çeşitli tahminler (ayrıntı düzeyine bağlı olarak)
7. Kalçalar: Kalça başına 3 DOF (toplamda 6)
8. Dizler: Diz başına 1 DOF (toplamda 2)
9. Ayak bilekleri: Ayak bileği başına 2 DOF (toplamda 4)
10. Ayak parmakları: Ayak başına 9 DOF (toplam 18, ayak başparmağı için 5 DOF ve diğer dört ayak parmağının her biri için 1 DOF olduğu varsayılarak)

Bu DOF'ları birbirine eklemek yaklaşık 83 ila 95 DOF aralığında sonuçlanır. Bunun basitleştirilmiş bir gösterim olduğunu ve insan vücudunda bulunabilecek her olası eklem hareketini veya ek DOF'yi hesaba katmadığını unutmayın. Özellikle daha ince ayrıntılar ve daha küçük bağlantılar dikkate alındığında gerçek sayı daha yüksek olabilir.

Ancak pratikte robotik tasarımların insan anatomisinden önemli ölçüde farklı olabileceğini unutmamak önemlidir. Mühendisler yenilikçi çözümler geliştirebilir veya pasif veya uyumlu öğelerle (yaylar veya esnek malzemeler gibi) birlikte daha az sayıda, daha çok yönlü aktüatörlerin kullanılması veya insan benzeri hareket ve işlevsellik elde etmek için gelişmiş kontrol algoritmalarının kullanılması gibi farklı teknolojilerden yararlanabilirler. Bir robotun insanlarla benzer bir DOF düzeyine ulaşması için gereken belirli aktüatör sayısı, hedeflere, görevlere ve seçilen tasarım yaklaşımına bağlı olacaktır. Bazı durumlarda, daha az aktüatöre sahip bir robot, amaçlanan uygulamaya bağlı olarak yine de etkileyici bir esneklik ve el becerisi elde edebilir.

Bir robotun ihtiyaç duyabileceği aktüatör miktarını azaltmak için diferansiyel mekanizmalar nasıl kullanılabilir?

Diferansiyel mekanizmaların bir robottaki aktüatör sayısını azaltmaya yardımcı olabileceği birkaç yol aşağıda verilmiştir:

1. Paylaşılan çalıştırma: Dişliler, bağlantılar veya kayışlar kullanarak birden fazla eklemi veya DOF'u tek bir aktüatöre bağlayarak, aynı aktüatör birden fazla eklemin hareketini kontrol edebilir. Bu, istenen hareket aralığını korurken ihtiyaç duyulan aktüatör sayısını azaltır.
2. Artıklığın ortadan kaldırılması: Bazı robotik tasarımlarda, robotun performansını önemli ölçüde etkilemeden tek bir aktüatör tarafından kontrol edilebilen yedekli DOF olabilir. Bu yedekli DOF'ları birleştirmek için diferansiyel mekanizmalar kullanılabilir ve böylece aktüatörlerin daha verimli kullanılması sağlanır.
3. Pasif uyum: Bir robotun dış kuvvetlere veya ortamdaki değişikliklere uyum sağlamasına olanak sağlamak için diferansiyel mekanizmalar yaylar veya esnek malzemeler gibi pasif uyumlu unsurlarla birleştirilebilir. Bu, robota karmaşık görevleri yerine getirme yeteneği sağlamaya devam ederken, ihtiyaç duyulan aktif aktüatörlerin sayısının azaltılmasına yardımcı olabilir.
4. Basitleştirilmiş kontrol: Diferansiyel mekanizmalar, aktüatörlerin sayısını ve dolayısıyla kontrol edilmesi gereken değişkenlerin sayısını azaltarak bir robotun kontrolünü basitleştirebilir. Bu, daha verimli ve uygulaması daha kolay kontrol algoritmalarına yol açabilir.

Genel olarak, robotik tasarımlarda diferansiyel mekanizmaların kullanılması, robot sayısının azaltılmasına yardımcı olabilir. aktüatörler potansiyel olarak daha uygun maliyetli, hafif ve enerji açısından verimli bir sistem ortaya çıkar. Bununla birlikte, diferansiyel mekanizmaların uygulanması, artan mekanik karmaşıklık ve bireysel eklemler veya DOF üzerinde potansiyel bağımsız kontrol kaybı gibi kendi zorluklarını da beraberinde getirir.

Diferansiyel mekanizmaya bir örnek

Robotlarda kullanılabilecek diferansiyel mekanizmaya örnek olarak Harmonik Tahrik verilebilir. Harmonik Tahrik, minimum boşluk ve yüksek hassasiyetle yüksek dişli azaltma oranı elde etmek için esnek bir spline kullanan bir dişli düzeni türüdür.

Robotik bir uygulamada, tek bir aktüatörle birden fazla eklemi veya serbestlik derecesini (DOF) kontrol etmek için Harmonik Sürücü kullanılabilir. Harmonik Sürücünün girişi motor miline, çıkışı ise robotun eklemlerine bağlanır. Esnek spline, hassas hareket kontrolüne ve torkun düzgün iletimine olanak tanır.

Bir robotta Harmonik Sürücü kullanarak, yüksek düzeyde işlevsellik ve esnekliği korurken gerekli aktüatör sayısını azaltabilirsiniz. Diferansiyel mekanizma, robotun birden fazla serbestlik derecesi gerektiren karmaşık görevleri daha az aktüatörle gerçekleştirmesine olanak tanıyarak robotun genel ağırlığını ve karmaşıklığını azaltır.

Genel olarak, Harmonik Sürücüler ve diğer diferansiyel mekanizma türleri, robotik tasarımlar için önemli faydalar sunarak, robotun işlevselliğini ve esnekliğini korurken ve hatta geliştirirken aktüatörlerin daha verimli kullanılmasına ve mekanik karmaşıklığın azaltılmasına olanak tanır.

Harmonik sürücü nedir

Harmonik Sürücü robotlar da dahil olmak üzere mekanik sistemlerde kullanılan bir tür yüksek hassasiyetli dişli düzeni. Üç ana bileşenden oluşur: dairesel bir spline, esnek bir spline ve bir dalga üreteci. Esnek spline, dairesel spline ile dalga üreteci arasına sıkıştırılmıştır ve dişli sisteminin çıkış miline bağlanmıştır.

Dalga üreteci bir motora veya başka bir güç kaynağına bağlanır ve esnek spline'da bir dalga hareketi oluşturmak için kullanılır. Dalga üreteci döndükçe, dalga hareketi esnek spline'a iletilir ve bu da onun dönmesine ve dairesel spline ile iç içe geçmesine neden olur. Esnek spline'ın ortaya çıkan hareketi çıkış miline iletilir.

Harmonik Tahrikin en önemli avantajı, minimum boşluk ve yüksek hassasiyetle, tipik olarak 50:1 ile 100:1 aralığındaki yüksek dişli redüksiyon oranıdır. Bu, hassas hareket kontrolüne ve tork aktarımına olanak tanır ve bu da onu birden fazla eklemin veya serbestlik derecesinin doğru kontrolünü gerektiren robotik uygulamalar için ideal kılar.

Harmonik Sürücüler, özellikle küçük ölçekli robotlar için robotik tasarımlarda yaygın olarak kullanılır; burada yüksek düzeyde işlevsellik ve esnekliği korurken gerekli aktüatör sayısını azaltabilirler. Ayrıca havacılık, tıbbi ekipman ve fabrika otomasyonu gibi diğer hassas makine uygulamalarında da kullanılırlar.

Bir robotta diferansiyel mekanizmaları kullanırken yapılması gerekenler nelerdir?

1. Mekanik karmaşıklık: Diferansiyel mekanizmalar genellikle robotun mekanik tasarımının karmaşıklığını artırabilecek ek dişliler, bağlantılar veya kayışlar içerir. Bu durum imalat, montaj ve bakımda zorluklara yol açabilir.
2. Bağımsız kontrolün azalması: Birden fazla eklemi veya serbestlik derecesini (DOF) tek bir aktüatöre bağlayarak, bireysel eklemler veya DOF üzerindeki bağımsız kontrolün bir kısmını kaybedebilirsiniz. Bu, bir eklemin hareketi diğerinin hareketini etkileyebileceğinden, belirli görevleri yerine getirmeyi veya belirli konfigürasyonlara ulaşmayı daha zor hale getirebilir.
3. Potansiyel boşluk ve sürtünme: Diferansiyel mekanizmalarda kullanılan ek mekanik bileşenler, robotun hassasiyetini, tepki süresini ve verimliliğini etkileyebilecek boşluk ve sürtünmeye neden olabilir. Bu, özellikle yüksek doğruluk veya hızlı, dinamik hareketler gerektiren görevler için önemli olabilir.
4. Kontrol karmaşıklığı: Aktüatörlerin ve kontrol değişkenlerinin genel sayısı azaltılabilse de, birden fazla eklemin veya DOF'un bağlanması sistemin girdileri ve çıktıları arasında daha karmaşık ilişkilere yol açabilir. Bu, etkili kontrol algoritmalarının geliştirilmesini ve uygulanmasını daha zor hale getirebilir.
5. Yük ve tork dağıtımı: Diferansiyel mekanizmalar, robotun yapısı boyunca yüklerin ve torkların dağıtımını etkileyebilir ve bu da sistemin genel performansını ve dayanıklılığını etkileyebilir. Tasarıma bağlı olarak bu, ek takviyeler veya kullanılan malzemelerin dikkatli bir şekilde değerlendirilmesini gerektirebilir.
6. Tehlikeli yedeklilik: Bazı durumlarda, yedekliliği ortadan kaldırmak için diferansiyel mekanizmaların kullanılması, tek bir aktüatörün arızalanması birden fazla eklemi veya DOF'u etkileyebileceğinden daha az sağlam bir sistemle sonuçlanabilir.

Bir robotta diferansiyel mekanizmaların kullanılıp kullanılmayacağına karar verirken, bu ödünleşimleri azaltılmış aktüatör sayısı, daha düşük maliyet ve daha düşük ağırlık gibi potansiyel faydalarla karşılaştırmak önemlidir. Seçim sonuçta tasarlanmakta olan robotik sistemin spesifik hedeflerine ve gereksinimlerine bağlı olacaktır.