Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu thực nghiệm về mối quan hệ giữa khả năng nâng đỡ và các tham số rung động đối với robot chân cho thăm dò hành tinh
Tóm tắt
Trong những năm gần đây, các robot có cơ chế chân đã nhận được nhiều sự quan tâm như là những chiếc rover thăm dò hành tinh với khả năng di chuyển vượt trội. Các rover tham gia thăm dò hành tinh cần có hiệu suất di chuyển xuất sắc để có thể di chuyển trên các bề mặt đất lỏng lẻo, nơi mà chúng thường trượt và khó có thể tiến lên. Sự di chuyển của rover dễ dàng làm biến dạng bề mặt đất lỏng lẻo. Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách tăng cường khả năng nâng đỡ. Khả năng nâng đỡ, tức là lực kháng cự tác động lên chân rover khi chúng tiếp xúc với mặt đất, cần phải đủ lớn để ngăn không cho các rover chân trượt trên bề mặt đất lỏng lẻo. Khả năng nâng đỡ có thể được tăng cường bằng cách nén mặt đất thông qua việc tạo ra rung động. Nghiên cứu này điều tra mối quan hệ giữa khả năng nâng đỡ theo hướng ngang và các tham số rung động do mối quan hệ này cung cấp thông tin quý giá để cải thiện hiệu suất di chuyển của các rover chân. Đầu tiên, chúng tôi đã điều tra tác động của việc thay đổi các tham số rung động lên khả năng nâng đỡ. Kết quả thí nghiệm của chúng tôi cho thấy khả năng nâng đỡ có liên quan đến gia tốc rung động. Những kết quả này gợi ý rằng khả năng nâng đỡ có thể được ước tính từ gia tốc rung động. Tiếp theo, tần số và biên độ được so sánh như là những tham số rung động để đề xuất một phương pháp hiệu quả nhằm tăng cường khả năng nâng đỡ. Kết quả của những thí nghiệm này cho thấy rung động có biên độ cao làm tăng khả năng nâng đỡ hơn đáng kể so với rung động có tần số cao. Nguyên nhân là do rung động có biên độ cao tạo ra những rung động bổ sung lớn hơn do sự va chạm giữa thanh và mặt đất hơn là rung động có tần số cao. Kiến thức này có giá trị để lựa chọn một rung động phù hợp có thể hiệu quả trong việc tăng cường khả năng nâng đỡ. Nghiên cứu này đề xuất một phương pháp để tạo điều kiện thuận lợi cho thăm dò hành tinh sâu hơn bằng cách sử dụng các rover chân.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
NASA, Artemis. https://www.nasa.gov/specials/artemis/. Accessed 5 Nov 2023
JAXA, International space exploration. https://www.exploration.jaxa.jp/e/program/#slim. Accessed 5 Nov 2023
NASA, Gateway. https://www.nasa.gov/gateway. Accessed 5 Nov 2023
Fairen AG, Schulze-Makuch D, Rodriguez AP, Fink W, Davila AF, Uceda ER, Furfaro R, Amils R, McKay CP (2009) Evidence for Amazonian acidic liquid water on Mars - A reinterpretation of MER mission results. Pla Spa Sci 57(3):276–287. https://doi.org/10.1016/j.pss.2008.11.008
Golombek MP, Cook RA, Economou T, Folkner WM, Haldemann AFC, Kallemeyn PH, Knudsen JM, Manning RM, Moore HJ, Parker TJ, Rieder R, Schofield JT, Smith PH, Vaughan RM (1997) Overview of the mars pathfinder mission and assessment of landing site predictions. Science 278(5344):1743–1748. https://doi.org/10.1126/science.278.5344.1743
Witze A (2013) Space rovers in record race. Nature 498:284–285. https://doi.org/10.1038/498284a
Kubota T (2001) Mobile explorer robot (Rover) for lunar or planetary exploration. J Jap Soc Mech Eng 104(987):71–74. https://doi.org/10.1299/jsmemag.104.987_71
Wilcox BH (2012) ATHLETE:A Limbed Vehicle for Solar System Exploration. In:2012 IEEE Aerospace Conference, IEEE, Big Sky, 3-10 March 2012. https://doi.org/10.1109/AERO.2012.6187269
Seidel D, Hermann M, Gumpert T, Loeffl FC, Albu-Schaffer A (2020) Using Elastically Actuated Legged Robots in Rough Terrain: Experiments with DLR Quadruped bert. In:2020 IEEE Aerospace Conference, IEEE, Big Sky, 7-14 March 2020. https://doi.org/10.1109/AERO47225.2020.9172301
Colombano S, Kirchner F, Spenneberg D, Hanratty J (2004) Exploration of Planetary Terrains with a Legged Robot as a Scout Adjunct to a Rover. In:Space 2004 Conference and Exhibit, AIAA, San Diego, 28-30 September 2004. https://doi.org/10.2514/6.2004-6095
Watanabe T, Iizuka K (2020) Proposal of walking to reduce slipping behavior using compaction effect of loose soil caused by a propagation of vibration for small light lunar planetary exploration rovers with legs. J Jap Soc Mech Eng 86(886):19–00263. https://doi.org/10.1299/transjsme.19-00263
Hashimoto T, Fujino K, Tateyama K (2014) Suggestion and application of the peformance index of small compactors in soil compaction. J Jap Soc Civ Eng 70(4):340–352. https://doi.org/10.2208/jscejge.70.340
Gao C, Du G, Liu S, He H, Zhang D (2021) The microscopic mechanisms of treating collapsible loess with vibratory probe compaction method. Tra Geo 27:1–15. https://doi.org/10.1016/j.trgeo.2020.100492
Nagai H, Kikuchi Y, Noda S, Hyodo T, Tatsuoka F, Kogusuri H, Makabe J (2021) Rationalization of embankment compaction management by fast measurements the soil stiffness index. Geo Soc J 16(1):75–85. https://doi.org/10.3208/jgs.16.75
Watanabe T, Iizuka K (2022) Observation of movement of ground particles given vibration when rod is dragged. Int J Eng Tech 14(1):1–8. https://doi.org/10.7763/ijet.2022.v14.1193
Watanabe T, Iizuka K (2021) Proposal of walking to prevent a fall of a planetary exploration legged rover using effect of loose soil caused by a propagation of vibration. J Art Int Tech 1(3):153–165. https://doi.org/10.37965/jait.2021.0007
Watanabe T, Iizuka K (2020) Study on connection between kind of vibration and influence of ground for leg typed rovers. Int J Mech Eng Robo Res 9(7):979–986. https://doi.org/10.18178/ijmerr.9.7.979-986
Wada S, Kouda M, Enami A (1998) Experimental study on passive earth pressure Part 1 The experimental device and an example of the passive earth pressure tests by the device. J Str Con Eng AIJ 63(503):69–76. https://doi.org/10.3130/aijs.63.69_1
Terzaghi K, Peck RB (2010) Soil Mechanics in Engineering Practice. Read Books Ltd., United Kingdom
Kreslavsky MA, Head JW (2016) The steepest slopes on the Moon from Lunar Orbiter Laser Altimeter (LOLA) Data: Spatial Distribution and Correlation with Geologic Features. Icarus 273(15):329–336. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2016.02.036
Aharonson O, Zuber MT, Neumann GA, Head JW III (1998) Mars: Northern hemisphere slopes and slope distributions. Geo Res Let 25(24):4413–4416. https://doi.org/10.1029/1998GL900057
Yeomans B, Saaj CM, Winnendael MV (2013) Walking planetary rovers - Experimental analysis and modelling of leg thrust in loose granular soils. J Terramech 50(2):107–120. https://doi.org/10.1016/j.jterra.2013.01.006
King RH, Susante PV, Gefreh MA (2011) Analytical models and laboratory measurements of the soil-tool interaction force to push a narrow tool through JSC-1A lunar simulant and Ottawa sand at different cutting depths. J Terramech 48(1):85–95. https://doi.org/10.1016/j.jterra.2010.07.003
Mori D, Ishigami G (2015) Excavation model of soil sampling device based on particle image velocimetry. J Terramech 62:19–29. https://doi.org/10.1016/j.jterra.2015.02.001
Shirai T, Ishigami G (2015) Development of in-wheel sensor system for accurate measurement of wheel terrain interaction characteristics. J Terramech 62:51–61. https://doi.org/10.1016/j.jterra.2015.09.001
Sutoh M (2021) Traveling performance analysis of planetary rovers using a repeatable test system in vacuum. J Terramech 95:15–24. https://doi.org/10.1016/j.jterra.2021.02.003
Yeomans B, Saaj CM (2014) Towards terrain interaction prediction for bioinspired planetary exploration rovers. Bioi and Biom 9(1):1–15. https://doi.org/10.1088/1748-3182/9/1/016009
Fujiwara D, Tsujikawa N, Oshima T, Iizuka K (2021) Analysis of a resistance force for the locked-wheel of push-pull locomotion rovers using large subsidence. J Terramech 94:1–12. https://doi.org/10.1016/j.jterra.2020.11.004
Hara mining Corporation homepage. https://hara-kougyou.co.jp/non-tack/. Accessed 5 Nov 2023
Soleimanifar M, Mazaheri M, Schooten KSV, Asgari M, Mosallanezhad Z, Salavati M, Sedaghat-Nejad E, Parnianpour M (2020) Magnitude, symmetry and attenuation of upper body accelerations during walking in women: the role of age, fall history and walking surface. Maturitas 139:49–56. https://doi.org/10.1016/j.maturitas.2020.05.016
Spain L, Yang L, Wilkinson JM, McCloskey E (2021) Transmission of whole body vibration - comparison of three vibration platforms in healthy subjects. Bone 144:115802. https://doi.org/10.1016/j.bone.2020.115802
Fujiyama T, Tateyama K (2000) The evaluation of compacting ground stiffness by the acceleration of vibratory roller. Jap J JSCE 652:115–123. https://doi.org/10.2208/jscej.2000.652_115
Baumgartner W, Fidler F, Weth A, Habbecke M, Jakob P, Butenweg C, Bohme W (2008) Investigating the locomotion of the sandfish in desert sand using NMR-imaging. PLoS ONE 3(10):e3309. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0003309