Robot memanjat dinding untuk tugas pengawasan, inspeksi, pemeliharaan
Memegang dua cakar, motor dan ekor yang berayun seperti pendulum jam kakek, robot kecil bernama ROCR (“rocker”) mengacak-acak dinding berkarpet setinggi 8 kaki hanya dalam waktu 15 detik – robot pertama yang dirancang untuk memanjat secara efisien dan bergerak seperti manusia pemanjat tebing atau kera yang berayun di pepohonan.
“Meskipun robot ini pada akhirnya dapat digunakan untuk inspeksi, pemeliharaan, dan pengawasan, mungkin potensi jangka pendek terbesar adalah sebagai alat pengajaran atau sebagai mainan yang sangat keren,” kata pengembang robot William Provancher, asisten profesor teknik mesin di Universitas Utah.
Studinya tentang pengembangan ROCR Oscillating Climbing Robot akan dipublikasikan secara online bulan ini oleh Transactions di Mekatronika, jurnal Institute of Electrical and Electronics Engineers dan American Society of Mechanical Engineers.
Provancher dan rekan-rekannya menulis bahwa kebanyakan robot pemanjat “dimaksudkan untuk pemeliharaan atau inspeksi di lingkungan seperti eksterior bangunan, jembatan atau bendungan, tangki penyimpanan, fasilitas nuklir, atau pengintaian di dalam bangunan.”
Namun hingga saat ini, sebagian besar robot pemanjat dirancang tidak dengan mempertimbangkan efisiensi, hanya dengan lebih tujuan dasar:tidak jatuh dari dinding yang mereka panjat.
“Sementara robot pemanjat sebelumnya berfokus pada masalah seperti kecepatan, berpegangan pada dinding, dan memutuskan bagaimana dan ke mana harus bergerak, ROCR adalah yang pertama untuk fokus memanjat secara efisien,” kata Provancher.
Satu robot panjat sebelumnya telah naik sekitar empat kali lebih cepat daripada ROCR, yang dapat memanjat dengan kecepatan 6,2 inci per detik, tetapi ROCR mencapai efisiensi 20 persen dalam uji panjat, “yang relatif mengesankan mengingat mesin mobil sekitar 25 persen efisien,” kata Provancher.
Efisiensi robot didefinisikan sebagai rasio kerja yang dilakukan dalam tindakan memanjat dengan energi listrik yang dikonsumsi oleh robot, katanya.
Pengembang Provancher kawin lari, pengujian dan studi robot mandiri ditulis bersama oleh Mark Fehlberg, seorang mahasiswa doktoral Universitas Utah di bidang teknik mesin, dan Samuel Jensen-Segal, mantan mahasiswa gelar master Utah yang sekarang bekerja sebagai insinyur untuk New Hampshire perusahaan.
National Science Foundation dan University of Utah mendanai penelitian tersebut.
ROCR adalah Swinger yang Menanjak Menuju Puncak
Peneliti lain telah mempelajari berbagai cara robot pemanjat untuk menempel ke dinding, termasuk perekat kering, microspines, yang disebut duri "dactyl" atau cakar besar seperti ROCR, cangkir hisap, magnet, dan bahkan campuran kering perekat dan cakar untuk meniru tokek pemanjat dinding.
Sekarang berbagai metode telah dicoba dan terbukti bagi robot untuk memanjat berbagai permukaan dinding, “jika Anda ingin memiliki robot dengan keserbagunaan dan misi -kehidupan, efisiensi naik ke puncak daftar hal-hal yang harus difokuskan,” kata Provancher.
Namun demikian, "masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan" sebelum robot pemanjat digunakan secara umum, katanya. menambahkan.
Beberapa robot pemanjat sebelumnya berukuran besar, dengan dua hingga delapan kaki. Sebaliknya, ROCR kecil dan ringan:lebarnya hanya 12,2 inci, panjangnya 18 inci dari atas ke bawah, dan beratnya hanya 1,2 pon.
Motor yang menggerakkan ekor robot dan melengkung, seperti gelagar stabilizer bar menempel pada tubuh bagian atas robot. Tubuh bagian atas juga memiliki dua cakar kecil, baja, seperti pengait untuk ditenggelamkan ke dinding berkarpet saat robot memanjat. Tanpa stabilizer, cakar ROCR cenderung menjauh dari dinding saat naik dan jatuh.
Motor menggerakkan roda gigi di bagian atas ekor, menyebabkan ekor berayun maju mundur, yang mendorong robot ke atas. Sebuah baterai berada di ujung ekor dan menyediakan massa yang diperlukan untuk mengayunkan robot ke atas.
“ROCR alternatif mencengkeram dinding dengan satu tangan pada satu waktu dan mengayunkan ekornya, menyebabkan pusat pergeseran gravitasi yang mengangkat tangan bebasnya, yang kemudian mencengkeram permukaan panjat,” kata studi tersebut. “Tangan bertukar tugas mencengkeram dan ROCR mengayunkan ekornya ke arah yang berlawanan.”
ROCR mandiri dan otonom, dengan komputer mikro, sensor, dan elektronika daya untuk mengeksekusi gerakan ekor yang diinginkan untuk membuatnya memanjat .
Provancher mengatakan bahwa untuk mencapai efisiensi, ROCR meniru hewan dan mesin.
“Ini mengejar tujuan efisiensi dengan desain yang meniru sistem yang efisien baik di alam maupun buatan manusia, " dia berkata. “Ini meniru owa yang berayun di pepohonan dan pendulum jam kakek, keduanya sangat efisien.”
Studi tersebut mengatakan:“Inovasi inti ROCR – strategi pendakiannya yang hemat energi dan sederhana desain mekanis – muncul dari pengamatan perpindahan massa pada manusia pemanjat dan gerakan brakiatif [berayun] pada hewan.”
Mensimulasikan dan Menguji Robot Panjat
Sebelum menguji robot itu sendiri, Provancher dan rekannya menggunakan perangkat lunak komputer untuk mensimulasikan panjat ROCR, menggunakan simulasi tersebut untuk mengevaluasi strategi panjat yang paling efisien dan menyempurnakan fitur fisik robot.
Kemudian mereka melakukan eksperimen, memvariasikan seberapa cepat dan seberapa jauh ekor robot berayun, untuk menentukan cara membuat robot memanjat dengan paling efisien ke atas sepotong kayu lapis setinggi 8 kaki yang dilapisi karpet tidur pendek.
Robot beroperasi paling cepat dan paling efisien saat berlari mendekati resonansi – mendekati frekuensi alami robot – mirip dengan cara pendulum jam kakek berayun pada frekuensi alaminya. Dengan ekornya yang berayun lebih lambat, ia memanjat tetapi tidak secepat atau seefisien mungkin.
Para peneliti menemukan bahwa ia mencapai efisiensi terbesar – 20 persen – ketika ekornya berayun maju mundur 120 derajat (atau 60 derajat ke setiap sisi lurus ke bawah), ketika ekornya berayun maju mundur 1,125 kali per detik dan ketika cakarnya berjarak 4,9 inci.
Ketika ekornya berayun dua kali per detik, itu terlalu cepat dan ROCR melompat dari dinding, dan ditangkap oleh tali pengaman sehingga tidak rusak.
Provancher mengatakan penelitian ini adalah yang pertama untuk menetapkan tolok ukur efisiensi robot pemanjat yang dapat dibandingkan dengan model masa depan. Dia mengatakan pekerjaan di masa depan akan mencakup peningkatan desain robot, mengintegrasikan mekanisme yang lebih kompleks untuk mencengkeram dinding dari berbagai jenis, seperti batu bata dan batu pasir, dan menyelidiki cara yang lebih kompleks untuk mengendalikan robot – semua bertujuan untuk meningkatkan efisiensi.
“Efisiensi pendakian yang lebih tinggi akan memperpanjang masa pakai baterai robot mandiri yang mandiri dan memperluas berbagai tugas yang dapat dilakukan robot,” katanya.
William Provancher, Universitas Utah.
Robot Panjat Berosilasi ROCR yang dikembangkan oleh insinyur mekanik Universitas Utah William Provancher dan rekan-rekannya dapat memanjat dinding berkarpet secara efisien menggunakan dua cakar seperti kait, motor, dan ekor yang berayun seperti pendulum jam kakek. Dengan berat hanya 1,2 pon dan berukuran lebar 12,2 inci dengan panjang 18 inci, alat ini berpotensi digunakan untuk pengawasan, inspeksi, pemeliharaan, pengajaran teknik, dan bahkan sebagai mainan.
