مدل‌سازی سینماتیکی بازوی ربات پیوسته الهام گرفته از اوریگامی با المان‌های انحنا- ثابت

اوریگامی که هنر تاکردن کاغذ و همچنین فرهنگ ژاپن می باشد، به صورت گسترده در زمینه های مهندسی مورد بهره برداری قرار گرفته است. ویژگی منحصر به فرد اوریگامی از جمله ضریب پواسون منفی، وزن سبک، قابلیت گسترش یافتن و غیره، به منظور طراحی سازه های قابل گسترش، جان پناه ها، انتقال دارو و ربات ها نظر محققین را به خود جلب نموده است. در این پژوهش، رباتی پیوسته با شش ماژول از مکانیزم موازی اوریگامی، که به عنوان اسکلت و یک فنر در هر ماژول، به عنوان ستون فقرات مورد مطالعه قرار گرفت و سینماتیک انحنا ثابت به منظور ساده سازی و تقریب مدل سینماتیکی ربات پیاده سازی شد. بدین ترتیب ابتدا معادلات سینماتیک برای یک ماژول بدست آمدند و سپس مدل سینماتیکی کل ربات به صورت سری از ماژول های ذکر شده استخراج خواهد شد. به علاوه، ربات پیوسته ی مورد نظر به وسیله یک مکانیزم معادل مدل سازی شده است و مقایسه ای میان دو روش مذکور، برای بدست آوردن فضای کاری صورت پذیرفت. با توجه به نتایج بدست آمده، مدل سازی مکانیزم معادل از نظر حجم محاسبات نسبت به روش انحنا ثابت ارجحیت داشت و فضای کاری بدست آمده از هر دو روش یکسان بود. ماتریس ژاکوبین، از روش های تقریب انحنا ثابت برای تحلیل تکینگی در شرایط خاص بدست آمده است و تحلیل آن بیانگر بروز تکینگی در مکان هندسی نقاطی از فضا بود که شعاع انحنا با طول قوس یکسان شده و تقارن ایجاد می کرد، و حالت دیگر، ربات بدون انحنا باشد. در نهایت چشم انداز پژوهش فعلی که شکل گیری آینده ربات های الهام گرفته ازاوریگامی است ارائه شد.

Kinematic Modelling of Origami-Inspired Continuum Robotic Arm by Constant-Curvature Elements

Origami, as a paper folding art and Japanese culture, has been utilized broadly in engineering areas. The exclusive features of origami such as negative Poisson rsquo;s ration, lightweight, deployable and so forth, can be considered in the design of deployable space structures, expandable shelters, drug delivery, and robots. In this study, firstly, the continuum robot with six serial modules of origami parallel structure as its skeleton and the helical springs as the compliant backbone is studied, and constant curvature kinematics was implemented in order to simplify and approximate the kinematic model. Accordingly, the kinematic model of one module was derived. Then, the robot kinematics was obtained as a series of mentioned modules. Furthermore, the proposed continuum robot was modeled by an equivalent mechanism, and a comparison was conducted between the methods to obtain a workspace. Based on the results, the modeling of the equivalent mechanism has an advantage in terms of calculation's volume compared to the constant curvature method and the workspace obtained from both methods was the same. The Jacobian matrix was obtained through the constant curvature approximation methods, which can be considered for singularity analysis in specific conditions and the analysis reveals that the singularities occur when the curve and radius are equal and symmetry is created and the other is when the radius is equivalent to zero. The paper concludes a perspective on several of the themes of current research that are shaping the future of origamiinspired robotics.