ابداع بازوی رباتیک سبک برای سرعت دادن به اکتشافات فضایی

به گزارش نیوز کانسرنز، ربات‌ها در حال حاضر در فضا به کار گرفته می‌شوند. ربات‌های گوناگون از فرودگرهای روی ماه گرفته تا مریخ‌نوردهای روی مریخ و مواردی از این دست، گزینه‌هایی عالی برای اکتشافات فضایی هستند. آنها می‌توانند محیط‌های ناملایم را تحمل کنند و در عین حال، وظایف خود را به طور مداوم و دقیقا به روش مورد نظر، بدون خستگی تکرار کنند. این ربات‌ها مانند ربات‌های روی زمین می‌توانند کارهای خطرناک یا پیش پاافتاده‌، از پیاده‌روی فضایی گرفته تا صیقل دادن سطح فضاپیما را انجام دهند. با افزایش تعداد ماموریت‌های فضایی و گسترش دامنه علمی، نیاز به تجهیزات بیشتر، از جمله یک بازوی رباتیک سبک وزن احساس می‌شود که بتواند در محیط‌های ناملایم که کار کردن در آنها برای انسان دشوار است، کار کند.

با وجود این، طرح‌های کنترلی که می‌توانند چنین بازوهایی را روی زمین حرکت دهند، در فضا قابل اجرا نیستند زیرا محیط فضا غیرقابل پیش‌بینی و تغییرپذیر است. پژوهشگران دانشکده مهندسی مکانیک "موسسه فناوری هاربین" (Harbin Institute of Technology) چین، برای حل کردن این مشکل، یک بازوی رباتیک با وزن ۹/۲۳ کیلوگرم ساخته‌اند که می‌تواند تقریبا یک چهارم وزن خود را تحمل کند و همچنین، موقعیت و سرعت خود را براساس محیط تنظیم کند.

"ونفو زو"(Wenfu Xu)، استاد موسسه فناوری هاربین و از پژوهشگران این پروژه گفت: ما برای حل کردن مشکلات و محدودیت‌ها و همچنین افزایش اطمینان و ایمنی در عملیات فضایی، یک بازوی مکانیکی سبک وزن ابداع کردیم و روش جدیدی را برای کنترل ارائه دادیم.

این فناوری، به اعمال کنترل نیروی ثابت هنگام کار نیاز دارد. زو ادامه داد: برای کنترل نیروی ثابت یک هواپیما، جهت نیروی کنترل ثابت است اما برای یک سطح منحنی در یک محیط ناشناخته، بردار آن اغلب تغییر می‌کند. بنابراین، روش سنتی شکست می‌خورد. ما برای غلبه بر این مشکل، کنترل یکپارچه را پیشنهاد می‌کنیم که می‌تواند اصلاح فوری موقعیت مورد نظر را به‌گونه‌ای که تماس کامل و کنترل نیروی ثابت را حفظ کند، تحقق ببخشد.

این روش را با کشیدن خط روی یک تکه کاغذ مقایسه کنید. هنگامی که کاغذ روی یک میز صاف قرار دارد، حفظ کردن فشار یکنواخت در سراسر خط بسیار ساده‌تر است. کشیدن یک خط مشابه روی یک ورق کاغذ پیچیده‌ شده به دور یک توپ، بسیار دشوارتر است و برای درک حرکت توپ و میزان فشار براساس موقعیت قلم و توپ، محاسبات خاصی مورد نیاز است.

پژوهشگران برای ثابت نگه داشتن کنترل نیروی این ربات فضایی، یک روش کنترل را اعمال کردند که نیاز به اصلاح حالت پایدار را که مولفه کلیدی سیستم‌های کنترل در محیط‌های شناخته‌شده است، از بین می‌برد. اصلاح حالت پایدار در صورت قابل پیش‌بینی بودن محیط، مشکلات را کاهش می‌دهد. برای نمونه، اگر ربات بداند که سطح میز، ناهموار است و فشار قوی به پاره شدن کاغذ منجر می‌شود، می‌تواند فشار قلم را برای حفظ یک خط ثابت کاهش دهد اما زمانی که سطح تغییر می‌کند و قابل پیش‌بینی نیست، حفظ کردن یک حالت ثابت، به بروز خطاهای بیشتری منجر می‌شود زیرا همه اصلاحات برای همه خطاها اعمال نمی‌شوند.

پژوهشگران، روش کنترل خود را آزمایش کردند و دریافتند که بازوی مکانیکی حتی در یک سطح ناشناخته می‌تواند سریع‌تر از یک فناوری کنترل‌شده سنتی تنظیم شود. در نتیجه، اثر آن برای کاربردهای عملی، به اندازه کافی ثابت است.

زو گفت: استفاده از این بازوی مکانیکی و روش کنترل یکپارچه می‌تواند مشکلات عملی مربوط به سرویس‌دهی در مدار از جمله گرفتن هدف فضایی، مونتاژ در مدار، تعمیر در مدار و موضوعاتی از این دست را حل کند.

به گفته زو، این کار می‌تواند مرجعی برای طراحی بازوهای مکانیکی در آینده باشد.

این پژوهش، در مجله "Space: Science & Technology" به چاپ رسید.