Ελαφρύ διαστημικό ρομπότ με ακριβή έλεγχο
Σχεδίασαν Κινέζοι επιστήμονες
Θα λειτουργεί με φως
Επιμέλεια: Νίκος Μόσχοβος
19:03:56,12/05/2021
Οι ερευνητές σχεδίασαν έναν ελαφρύ χειριστή χώρου και η προτεινόμενη ενσωματωμένη προσαρμοστική μέθοδος ελέγχου εισόδου έχει καλύτερη απόδοση από την παραδοσιακή μέθοδο.Φωτογραφία: ©Space: Science & Technology
Τα ρομπότ βρίσκονται ήδη στο διάστημα. Από τα ρομπότ στο φεγγάρι μέχρι και τα ρομποτικά μηχανήματα στον Άρη ή βρισκόμενα σ’ άλλα ουράνια σώματα αποτελούν οι συγκεκριμένες μηχανές τους τέλειους εξερευνητές του διαστήματος. Ο λόγος;
Μπορούν να αντέξουν σ’ ακραία περιβάλλοντα, ενώ επαναλαμβάνουν συνεχώς τις ίδιες εργασίες με τον ίδιο ακριβώς τρόπο χωρίς να κουράζονται!
Η χρησιμότητα των ρομπότ
στις επικίνδυνες εργασίες
Όπως κάνουν τα ρομπότ στη Γη ,μπορούν τα αντίστοιχα μηχανήματα να επιτελέσουν, τόσο επικίνδυνες,όσο και εγκόσμιες εργασίες στο διάστημα.
Αυτές μπορεί να περιλαμβάνουν projects, που αφορούν στους διαστημικούς περιπάτους μέχρι και στο γυάλισμα ή στη συντήρηση της επιφάνειας ενός διαστημικού σκάφους.
Αύξηση των διαστημικών αποστολών
Την ίδια στιγμή οι διαστημικές αποστολές αυξάνονται ολοένα σε αριθμό και επεκτείνουν το επιστημονικό – επιχειρηματικό πεδίο τους. Οι ανάγκες των διαστημικών αποστολών απαιτούν περισσότερο εξοπλισμό. Μια από τις επείγουσες ανάγκες αποτελούσε η δημιουργία ενός ελαφρού ρομποτικού βραχίονα για το χειρισμό διάφορα εργασιών σε ακραία περιβάλλοντα, όπου δύσκολα δύναται να δουλέψει ένας άνθρωπος.
Η εφεύρεση
Ωστόσο, τα συστήματα ελέγχου που δύναται να μετακινήσουν τέτοιους βραχίονες στο επίπεδο της Γης, δεν ενδείκνυνται για το διάστημα, όπου το περιβάλλον είναι απρόβλεπτο και μεταβλητό. Το ζήτημα αυτό αντιμετώπισαν επιτυχώς οι ερευνητές της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών και Αυτοματισμών του Ινστιτούτου Τεχνολογίας του Χαρμπίν της Κίνας.
Αναλυτικότερα, ανέπτυξαν ένα ρομποτικό χέρι βάρους 9,23 κιλών – περίπου στο μέγεθος ενός μωρού ηλικίας ενός έτους -το οποίο είναι ικανό να φέρει σχεδόν το ένα τέταρτο του βάρους του, με τη δυνατότητα προσαρμογής της θέσης και της ταχύτητας σε πραγματικό χρόνο με βάση το περιβάλλον του!
Τα χαρακτηριστικά της εφεύρεσης δημοσιεύτηκαν στις 28 Σεπτεμβρίου 2021 στο περιοδικό «Space: Science & Technology» .
Δήλωση καθηγητή
«Για να λύσουμε τα προβλήματα των αυστηρών περιορισμών στη μάζα και το μέγεθος του χειριστή, καθώς και τις υψηλές απαιτήσεις για αξιοπιστία και ασφάλεια της μεθόδου ελέγχου στη λειτουργία του διαστήματος, αναπτύξαμε έναν ελαφρύ χειριστή χώρου και προτείναμε μια νέα μέθοδο ελέγχου, », είπε ο αντίστοιχος συγγραφέας και αναπληρωτής καθηγητής της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών και Αυτοματισμών του Ινστιτούτου Τεχνολογίας του Χαρμπίν, Wenfu Xu.
Με έλεγχο σταθερής δύναμης
Ένας τέτοιος ρομποτικός χειριστής θα πρέπει να ασκεί σταθερό έλεγχο δύναμη, όταν βρίσκεται σε λειτουργία.
«Για τον έλεγχο σταθερής δύναμης ενός επιπέδου, είναι σταθερή η κατεύθυνση της δύναμης ελέγχου, αλλά σε καμπύλη επιφάνεια σ’ ένα άγνωστο περιβάλλον, αλλάζει συχνά το κανονικό τ διάνυσμα σε πραγματικό χρόνο κι επομένως θα αποτύχει η παραδοσιακή μέθοδος.
Για να ξεπεραστεί αυτή η δυσκολία, προτείνουμε ένα ενσωματωμένο προσαρμοστικό έλεγχο εισόδου που μπορεί να πραγματοποιήσει τη διόρθωση σε πραγματικό χρόνο της επιθυμητής θέσης του άκρου του χειριστή, ώστε να βρίσκεται σε πλήρη επαφή , καθώς και να πραγματοποιεί σταθερό έλεγχο δύναμης», είπε ο κ. Xu.
Ένα παράδειγμα
για το τι πραγματικά συμβαίνει
Για να καταλάβετε, το τι πραγματικά αντιμετώπισαν οι επιστήμονες μπορείτε να το συγκρίνετε μ’ ένα σχέδιο μιας γραμμής σε ένα κομμάτι χαρτί. Όταν το χαρτί βρίσκεται στην επίπεδη επιφάνεια εργασίας, τότε είναι πολύ πιο εύκολο να διατηρήσετε μία ομοιόμορφη πίεση στη γραμμή.
Το να σχεδιάσετε την ίδια γραμμή σε ένα φύλλο χαρτιού τυλιγμένο γύρω από μια μπάλα που αναπηδά είναι κάτι το πολύ πιο δύσκολο κι απαιτεί συγκεκριμένους υπολογισμούς για να κατανοήσετε την κίνηση της μπάλας, καθώς και πόση πίεση θα πρέπει να ασκήσετε ακριβώς με βάση τη θέση, τόσο του στυλό, όσο και της μπάλας.
Η νέα μέθοδος ελέγχου
Για να διατηρήσουν σταθερό τον έλεγχο της δύναμης του χειριστή χώρου επέβαλαν οι ερευνητές μια νέα μέθοδο ελέγχου που αφαιρεί την ανάγκη για διόρθωση της σταθερής κατάστασης , που αποτελεί ένα βασικό στοιχείο των συστημάτων ελέγχου, που εργάζονται σε γνωστά περιβάλλοντα.
Η διόρθωση της σταθερής κατάστασης εφαρμόζει το πιθανό σφάλμα στην πλήρη κίνηση, η οποία διευκολύνει τα προβλήματα, όταν το περιβάλλον είναι προβλέψιμο.
Ένα ακόμη παράδειγμα
Παραδείγματος χάριν, εάν ο χειριστής γνωρίζει ότι η επιφάνεια του γραφείου είναι τραχιά και ξέρει πως η ισχυρή πίεση θα προκαλέσει το σκίσιμο του χαρτιού, τότε μπορεί να μειώσει την πίεση του στυλό για να διατηρήσει μια σταθερή γραμμή. Όταν, όμως, η επιφάνεια αλλάζει και είναι απρόβλεπτη, τότε η διατήρηση μιας σταθερής διορθωτικής κατάστασης έχει ως αποτέλεσμα περισσότερα σφάλματα, αφού δεν ισχύουν όλες οι διορθώσεις για όλα τα σφάλματα.
Η χρήση του προτεινόμενου χειριστή φωτός και της ενσωματωμένης προσαρμοστικής μεθόδου ελέγχου εισόδου μπορεί να λύσει πρακτικά προβλήματα σχετικά με την εξυπηρέτηση σε τροχιά, όπως είναι η σύλληψη ενός διαστημικού στόχου, η τροχιακή συναρμολόγηση, η επισκευή τροχιάς και ούτω καθεξής. Φωτογραφία από Josué González από το Pixabay
Η δοκιμή της νέας μεθόδου
Οι ερευνητές δοκίμασαν τη νέα μέθοδο ελέγχου για τον ελαφρύ χειριστή και διαπίστωσαν ότι, ακόμη και σε μια άγνωστη επιφάνεια, μπορούσε ο μηχανικός βραχίονας να ρυθμιστεί πιο γρήγορα από έναν αντίστοιχο παραδοσιακά ελεγχόμενο, με αποτέλεσμα ένα εφέ παρακολούθησης, που είναι αρκετά σταθερό για πρακτικές εφαρμογές!
Λειτουργεί με φως
«Η χρήση του προτεινόμενου χειριστή φωτός και της ενσωματωμένης προσαρμοστικής μεθόδου ελέγχου εισόδου μπορεί να λύσει πρακτικά προβλήματα σχετικά με την εξυπηρέτηση σε τροχιά, όπως είναι η σύλληψη ενός διαστημικού στόχου, η τροχιακή συναρμολόγηση, η επισκευή τροχιάς και ούτω καθεξής», εξήγησε ο κ.Xu.
Σύμφωνα με τον κ. Xu, αυτή η εργασία μπορεί να χρησιμεύσει ως αναφορά για το σχεδιασμό χειριστών φωτός στο μέλλον. Η συγκεκριμένη προσέγγιση ελέγχου μπορεί να εφαρμοστεί στη διαδικασία μηχανικής κατεργασίας ρομποτικών λειαντών και στιλβωτών επιφανειών.
Ποιοι συνείσφεραν
Στην έρευνα συνείσφεραν οι επιστήμονες της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών και Αυτοματισμών του Ινστιτούτου Τεχνολογίας του Χαρμπίν της Κίνας, Zhiwei Wu και Yongting Chen.
Αυτήν την εργασία υποστήριξαν και χρηματοδότησαν:
♦Το βασικό πρόγραμμα έρευνας και ανάπτυξης της επαρχίας Γκουανγκντόνγκ (2019B090915001).
♦Το Βασικό Ερευνητικό Πρόγραμμα του Shenzhen της Κίνας
—JSGG20200103103401723.
—JCYJ20190806142818365.
—JCYJ20180507183610564.
©Typologos.com 2021
