PuzzleFlex:Beregning af kinematisk bevægelse af systemer med løse led

Små bevægelser mellem individuelle dele i puslespil, LEGO bygninger, menneskelige rygrad og systemer med modulære robotter, der kan tilsluttes, kan bøje hele deres strukturer. Et team af forskere ved Dartmouth College har for nylig gennemført en undersøgelse, der undersøgte kinematikken (dvs. bevægelsens egenskaber eller egenskaber) i samlinger af stive kroppe, der bliver fleksible, når de kombineres som et system. Deres papir, forududgivet på arXiv, introducerer PuzzleFlex, en ny metode til beregning af frie bevægelser for en plan samling af stive legemer forbundet med løse led.

"Vi er interesserede i robotkonstruktion af bygninger ud af sammenlåsende mursten, "Devin Balkcom, en af ​​forskerne, der gennemførte undersøgelsen, fortalte TechXplore. "Hovedtræk ved sammenlåsende mursten er, at de forbinder uden brug af cement, muliggør enklere konstruktion og genbrug, meget gerne LEGO legetøj. I modsætning til LEGOS, vores mursten er ikke afhængige af friktion, og kan forbinde løst, gør det lettere at sammensætte dem. Hovedformålet med det nuværende arbejde er at analysere fleksibiliteten og styrken af ​​de resulterende puslespillignende strukturer. "

Værktøjet udviklet af Balkcom og hans kolleger modellerer led ved hjælp af lokale afstandsbegrænsninger. Det lineariserer derefter disse begrænsninger i henhold til konfigurationsrumshastigheder, opnåelse af en lineær programmeringsformulering, der kan bruges til at analysere systemer, der består af tusinder af stive organer, også omtalt som gåder.

"Vi skrev matematiske ligninger, der udtrykker, hvordan afstanden mellem punkter på tilstødende puslespilsbrikker ændres, når brikkerne laver små bevægelser, "Samuel Lensgraf, den vigtigste kandidatstuderende, der driver forskningen, fortalte TechXplore. "Vi bruger derefter dette sæt ligninger til at analysere, hvordan store bevægelser af fjerne stykker kan sammensættes fra små lokale bevægelser. En vigtig fordel ved den foreslåede metode er, at den indeholder visse tilnærmelser, der tillader meget hurtig beregning, muliggør analyse af gåder med tusinder af brikker. "

Forskerne har testet deres metode på flere systemer sammensat af stive kroppe i forskellige størrelser. De observerede, at PuzzleFlex stødte på større vanskeligheder ved analyse af nogle systemer, typisk tættere strukturer, mens det løste andre gåder ret hurtigt.

"Vores mest meningsfulde opdagelse er, at nogle arrangementer med sammenkoblede murstenspuslespil er mere robuste end andre, og at beregningsmetoder kan være hurtige nok til hurtigt at overveje mange forskellige mulige arrangementer, giver indsigt i gode og dårlige bygningsdesign, "Sagde Balkcom.

I fremtiden, metoden udviklet af Balkcom, Lensgraf og deres kolleger kunne have mange interessante applikationer. For eksempel, Det kunne bruges til at analysere samlinger af modulære robotter, at udføre strukturelle stabilitetsforstyrrelsesanalyser eller studere tolerancen for mekaniske systemer.

Ud over, det kunne hjælpe med at undersøge dannelseskontrollen af ​​en række forskellige mobile robotter. Forskerne planlægger nu at forbedre deres tilgang yderligere og sammenligne den med andre state-of-the-art dynamiske simuleringsmetoder.

"Den publicerede matematiske tilgang gælder for plane gåder; vi udvider i øjeblikket metoden til at arbejde med tredimensionelle sammenlåsende gåder, "Tilføjede Lensgraf.

© 2019 Science X Network