ٹیسلا بوٹ بمقابلہ انسانی لچک

بالآخر، ایک روبوٹ کو انسان جیسی لچک اور مہارت حاصل کرنے کے لیے درکار ایکچیوٹرز کی تعداد کا انحصار ان مخصوص اہداف اور کاموں پر ہوگا جو روبوٹ کو پورا کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔

انسان کی آزادی کے کتنے درجے ہیں؟

1. گردن: 3 DOF (پچ، یاؤ، رول)
2. کندھے: 3 DOF فی کندھے (کل 6)
3. کہنی: 1 DOF فی کہنی (کل 2)
4. کلائی: 2 DOF فی کلائی (کل 4)
5. انگلیاں: 14 DOF فی ہاتھ (مجموعی طور پر 28، انگوٹھے کے لیے 4 DOF اور باقی چار انگلیوں میں سے ہر ایک کے لیے 3 DOF فرض کرتے ہوئے)
6. ریڑھ کی ہڈی: 12 اور 24 DOF کے درمیان مختلف اندازے (دانے داریت کی سطح پر منحصر ہے)
7. کولہے: 3 DOF فی کولہے (کل 6)
8. گھٹنے: 1 DOF فی گھٹنا (کل 2)
9. ٹخنے: 2 DOF فی ٹخنے (کل 4)
10. انگلیاں: 9 DOF فی فٹ (مجموعی طور پر 18، بڑے پیر کے لیے 5 DOF اور باقی چار انگلیوں میں سے ہر ایک کے لیے 1 DOF فرض کرتے ہوئے)

ان DOF کو ایک ساتھ شامل کرنا نتیجہ 83 سے 95 DOF کی تخمینی حد میں ہوتا ہے۔. ذہن میں رکھیں کہ یہ ایک آسان نمائندگی ہے اور ہر ممکنہ مشترکہ حرکت یا اضافی DOF کا حساب نہیں رکھتی جو انسانی جسم میں موجود ہو سکتی ہے۔ اصل تعداد زیادہ ہو سکتی ہے، خاص طور پر جب باریک تفصیلات اور چھوٹے جوڑوں پر غور کیا جائے۔

تاہم، یہ نوٹ کرنا ضروری ہے کہ عملی طور پر، روبوٹک ڈیزائن انسانی اناٹومی سے نمایاں طور پر مختلف ہو سکتے ہیں۔ انجینئرز اختراعی حل تیار کر سکتے ہیں یا مختلف ٹیکنالوجیز کا فائدہ اٹھا سکتے ہیں، جیسے کہ غیر فعال یا موافق عناصر (جیسے چشمے یا لچکدار مواد) کے ساتھ کم، زیادہ ورسٹائل ایکچیوٹرز کا استعمال، یا انسان جیسی حرکت اور فعالیت کو حاصل کرنے کے لیے جدید کنٹرول الگورتھم کا استعمال۔ ایک روبوٹ کو ایک انسان کی طرح DOF کی اسی سطح تک پہنچنے کے لیے درکار ایکچیوٹرز کی مخصوص تعداد کا انحصار اہداف، کاموں اور منتخب کردہ ڈیزائن کے نقطہ نظر پر ہوگا۔ کچھ معاملات میں، کم ایکچیوٹرز والا روبوٹ اب بھی متاثر کن لچک اور مہارت حاصل کر سکتا ہے، اس کے مطلوبہ اطلاق پر منحصر ہے۔

ایک روبوٹ کو درکار ایکچیوٹرز کی مقدار کو کم کرنے کے لیے تفریق کے طریقہ کار کو کیسے استعمال کیا جا سکتا ہے۔

یہاں کچھ طریقے ہیں جن سے تفریق میکانزم روبوٹ میں ایکچیوٹرز کی تعداد کو کم کرنے میں مدد کر سکتے ہیں:

1. مشترکہ کارروائی: گیئرز، لنکیجز، یا بیلٹ کا استعمال کرتے ہوئے ایک سے زیادہ جوڑوں یا DOF کو ایک ایکچیویٹر سے جوڑ کر، ایک ہی ایکچیویٹر ایک سے زیادہ جوڑوں کی حرکت کو کنٹرول کر سکتا ہے۔ یہ حرکت کی مطلوبہ حد کو برقرار رکھتے ہوئے درکار ایکچیوٹرز کی تعداد کو کم کرتا ہے۔
2. فالتو پن کا خاتمہ: کچھ روبوٹک ڈیزائنوں میں، بے کار DOF ہو سکتا ہے جسے روبوٹ کی کارکردگی کو نمایاں طور پر متاثر کیے بغیر ایک ایکچیویٹر کے ذریعے کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔ ان بے کار DOF کو جوڑنے کے لیے مختلف میکانزم کا استعمال کیا جا سکتا ہے، جس سے ایکچیوٹرز کے زیادہ موثر استعمال کی اجازت دی جا سکتی ہے۔
3. غیر فعال تعمیل: ایک روبوٹ کو بیرونی قوتوں یا ماحول میں ہونے والی تبدیلیوں کے مطابق ڈھالنے کے قابل بنانے کے لیے غیر فعال تعمیل عناصر، جیسے اسپرنگس یا لچکدار مواد کے ساتھ مختلف میکانزم کو ملایا جا سکتا ہے۔ اس سے روبوٹ کو پیچیدہ کام انجام دینے کی صلاحیت فراہم کرتے ہوئے درکار فعال ایکچیوٹرز کی تعداد کو کم کرنے میں مدد مل سکتی ہے۔
4. آسان کنٹرول: مختلف میکانزم ایکچیوٹرز کی تعداد اور اس طرح متغیرات کی تعداد کو کم کر کے روبوٹ کے کنٹرول کو آسان بنا سکتے ہیں جن کو کنٹرول کرنے کی ضرورت ہے۔ یہ زیادہ موثر اور آسانی سے لاگو کرنے والے کنٹرول الگورتھم کا باعث بن سکتا ہے۔

مجموعی طور پر، روبوٹک ڈیزائن میں تفریق میکانزم کے استعمال کی تعداد کو کم کرنے میں مدد مل سکتی ہے۔ ایکچیوٹرز مطلوبہ، ممکنہ طور پر زیادہ سرمایہ کاری مؤثر، ہلکا پھلکا، اور توانائی سے موثر نظام کا نتیجہ۔ تاہم، امتیازی میکانزم کو لاگو کرنے سے اس کے اپنے چیلنجوں کا ایک مجموعہ بھی متعارف کرایا جاتا ہے، جیسے کہ میکانکی پیچیدگی میں اضافہ اور انفرادی جوڑوں یا DOF پر خود مختار کنٹرول کا ممکنہ نقصان۔

تفریق میکانزم کی ایک مثال

ایک امتیازی میکانزم کی ایک مثال جو روبوٹ میں استعمال کی جا سکتی ہے ہارمونک ڈرائیو ہے۔ ہارمونک ڈرائیو گیئر کی ترتیب کی ایک قسم ہے جو کم سے کم ردعمل اور اعلی درستگی کے ساتھ اعلی گیئر میں کمی کے تناسب کو حاصل کرنے کے لیے لچکدار اسپلائن کا استعمال کرتی ہے۔

ایک روبوٹک ایپلی کیشن میں، ہارمونک ڈرائیو کا استعمال ایک ہی ایکچیویٹر کے ساتھ متعدد جوڑوں یا آزادی کی ڈگری (DOF) کو کنٹرول کرنے کے لیے کیا جا سکتا ہے۔ ہارمونک ڈرائیو کا ان پٹ موٹر شافٹ سے منسلک ہوتا ہے، اور آؤٹ پٹ روبوٹ کے جوڑوں سے منسلک ہوتا ہے۔ لچکدار سپلائن عین موشن کنٹرول اور ٹارک کی ہموار ترسیل کی اجازت دیتا ہے۔

ایک روبوٹ میں ہارمونک ڈرائیو کا استعمال کرتے ہوئے، آپ اعلی درجے کی فعالیت اور لچک کو برقرار رکھتے ہوئے مطلوبہ ایکچیوٹرز کی تعداد کو کم کر سکتے ہیں۔ تفریق کا طریقہ کار روبوٹ کو پیچیدہ کام انجام دینے کے قابل بناتا ہے جس کے لیے کم ایکچیوٹرز کے ساتھ آزادی کی متعدد ڈگریوں کی ضرورت ہوتی ہے، جس سے روبوٹ کا مجموعی وزن اور پیچیدگی کم ہوتی ہے۔

مجموعی طور پر، ہارمونک ڈرائیوز اور دیگر قسم کے ڈیفرینشل میکانزم روبوٹک ڈیزائنز کے لیے اہم فوائد پیش کرتے ہیں، جس سے ایکچیوٹرز کے زیادہ موثر استعمال اور روبوٹ کی فعالیت اور لچک کو برقرار رکھنے یا اس سے بھی بہتر بنانے کے دوران میکانکی پیچیدگی کو کم کرنے کی اجازت ملتی ہے۔

ہارمونک ڈرائیو کیا ہے؟

ہارمونک ڈرائیو ہے۔ مکینیکل سسٹمز بشمول روبوٹ میں استعمال ہونے والے اعلیٰ درستگی والے گیئر کا ایک قسم. یہ تین اہم اجزاء پر مشتمل ہے: ایک سرکلر اسپلائن، ایک فلیکس اسپلائن، اور ایک لہر جنریٹر۔ فلیکس اسپلائن سرکلر اسپلائن اور ویو جنریٹر کے درمیان سینڈویچ کیا جاتا ہے اور گیئر سسٹم کے آؤٹ پٹ شافٹ سے جڑا ہوتا ہے۔

ویو جنریٹر موٹر یا دوسرے پاور سورس سے منسلک ہوتا ہے اور اسے فلیکس اسپلائن میں لہر موشن بنانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ جیسے ہی لہر پیدا کرنے والا گھومتا ہے، لہر کی حرکت فلیکس اسپلائن میں منتقل ہوتی ہے، جس کی وجہ سے یہ گردش کرتا ہے اور سرکلر اسپلائن کے ساتھ میش ہوجاتا ہے۔ فلیکس اسپلائن کے نتیجے میں آنے والی حرکت آؤٹ پٹ شافٹ میں منتقل ہوتی ہے۔

ہارمونک ڈرائیو کا اہم فائدہ اس کا اعلی گیئر میں کمی کا تناسب ہے، عام طور پر 50:1 سے 100:1 کی حد میں، کم سے کم ردعمل اور اعلی درستگی کے ساتھ۔ یہ عین مطابق موشن کنٹرول اور ٹارک ٹرانسمیشن کی اجازت دیتا ہے، جو اسے روبوٹک ایپلی کیشنز کے لیے مثالی بناتا ہے جس کے لیے متعدد جوڑوں یا آزادی کی ڈگریوں کے درست کنٹرول کی ضرورت ہوتی ہے۔

ہارمونک ڈرائیوز روبوٹک ڈیزائنز میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی ہیں، خاص طور پر چھوٹے پیمانے کے روبوٹس کے لیے، جہاں وہ اعلیٰ درجے کی فعالیت اور لچک کو برقرار رکھتے ہوئے مطلوبہ ایکچیوٹرز کی تعداد کو کم کر سکتے ہیں۔ وہ دیگر صحت سے متعلق مشینری ایپلی کیشنز میں بھی استعمال ہوتے ہیں، جیسے ایرو اسپیس، طبی سامان، اور فیکٹری آٹومیشن۔

روبوٹ میں تفریق میکانزم کا استعمال کرتے وقت ٹریڈ آف کیا ہوتے ہیں۔

1. مکینیکل پیچیدگی: مختلف میکانزم میں اکثر اضافی گیئرز، ربط یا بیلٹ شامل ہوتے ہیں، جو روبوٹ کے مکینیکل ڈیزائن کی پیچیدگی کو بڑھا سکتے ہیں۔ یہ من گھڑت، اسمبلی، اور دیکھ بھال میں چیلنجوں کا باعث بن سکتا ہے۔
2. آزادانہ کنٹرول میں کمی: ایک ایکچیویٹر کے ساتھ متعدد جوڑوں یا آزادی کی ڈگری (DOF) کو جوڑنے سے، آپ انفرادی جوڑوں یا DOF پر کچھ آزاد کنٹرول کھو سکتے ہیں۔ یہ کچھ کاموں کو انجام دینے یا مخصوص کنفیگریشنز کو حاصل کرنا زیادہ مشکل بنا سکتا ہے، کیونکہ ایک جوڑ کی حرکت دوسرے کی حرکت کو متاثر کر سکتی ہے۔
3. ممکنہ ردعمل اور رگڑ: تفریق میکانزم میں استعمال ہونے والے اضافی مکینیکل اجزاء ردعمل اور رگڑ کو متعارف کرا سکتے ہیں، جو روبوٹ کی درستگی، ردعمل کا وقت، اور کارکردگی کو متاثر کر سکتے ہیں۔ یہ خاص طور پر ان کاموں کے لیے اہم ہو سکتا ہے جن کے لیے اعلیٰ درستگی یا تیز، متحرک حرکات کی ضرورت ہوتی ہے۔
4. کنٹرول کی پیچیدگی: اگرچہ ایکچیوٹرز اور کنٹرول متغیرات کی مجموعی تعداد کم ہو سکتی ہے، لیکن متعدد جوڑوں یا DOF کا جوڑا سسٹم کے ان پٹ اور آؤٹ پٹ کے درمیان زیادہ پیچیدہ تعلقات کا باعث بن سکتا ہے۔ یہ مؤثر کنٹرول الگورتھم تیار کرنے اور لاگو کرنے کو مزید مشکل بنا سکتا ہے۔
5. لوڈ اور ٹارک کی تقسیم: مختلف میکانزم روبوٹ کی ساخت میں بوجھ اور ٹارک کی تقسیم کو متاثر کر سکتے ہیں، جو نظام کی مجموعی کارکردگی اور استحکام کو متاثر کر سکتے ہیں۔ ڈیزائن پر منحصر ہے، اس کے لیے اضافی کمک کی ضرورت ہو سکتی ہے یا استعمال کیے جانے والے مواد پر محتاط غور کیا جا سکتا ہے۔
6. سمجھوتہ شدہ فالتو پن: بعض صورتوں میں، فالتو پن کو ختم کرنے کے لیے تفریق کے طریقہ کار کا استعمال کم مضبوط نظام کا باعث بن سکتا ہے، کیونکہ ایک ایکچیویٹر کی ناکامی متعدد جوڑوں یا DOF کو متاثر کر سکتی ہے۔

یہ فیصلہ کرتے وقت کہ آیا روبوٹ میں تفریق کے طریقہ کار کو استعمال کرنا ہے، ان تجارتی معاہدوں کو ممکنہ فوائد کے مقابلے میں تولنا ضروری ہے، جیسے ایکچیویٹر کی تعداد میں کمی، کم قیمت، اور وزن میں کمی۔ انتخاب بالآخر ڈیزائن کیے جانے والے روبوٹک نظام کے مخصوص اہداف اور ضروریات پر منحصر ہوگا۔