العجلات اللينة القابلة للضغط بالهيدروليك الكهربائي: التصميم، النمذجة الديناميكية الهجينة، والتحكم التنبؤي للنموذج

تعتبر الحركة من خلال التدحرج جذابة مقارنة بأشكال الحركة الأخرى بفضل التصاميم الموحدة، ودرجة عالية من الحركة، والاستقرار الديناميكي، والقدرة على التعافي الذاتي من الاصطدام. على الرغم من الجهود السابقة لتصميم أنظمة التدحرج اللينة، فإن المحركات الهوائية وغيرها من المحركات اللينة غالبًا ما تكون محدودة من حيث الديناميات عالية السرعة، وتكامل النظام، و/أو الوظائف. علاوة على ذلك، فإن الوصف الرياضي للديناميات التدحرج لهذا النوع من الروبوتات وكيفية استخدام النماذج للتحكم في السرعة نادرًا ما يُذكر. يقدم هذا المقال عجلة لينة ذات شكل أسطواني وجوانب منتفخة تستخدم مجموعة من 16 محرك-HASEL مطوي كوسيلة لتحسين أداء التدحرج. تمثل المحركات المكونات اللينة بقوى منفصلة تدفع العجلة، في حين أن إطار العجلة صلب ولكنه يسمح بتغيير سلس ومستمر في الوضع والسرعة. نناقش التفاعل بين خيارات التصميم الكهربائية والميكانيكية، ونمذجة السلوك الديناميكي الهجين للعجلة (المستمر والمنفصل)، وتنفيذ وحدة تحكم تنبؤية للنموذج (MPC) لسرعة الروبوت. مع توازن عدة عوامل تصميم، نظهر قدرة العجلة على حمل الأجهزة المدمجة مع أقصى سرعة للتدحرج تصل إلى 0.7 م/ث (أو 2.2 طول جسم في الثانية)، على الرغم من وزنها الكلي البالغ 979 جرام، مما يسمح للعجلة بتجاوز العجلات اللينة القابلة للتدحرج الحالية ذات الأوزان والأحجام المقارنة. كما نظهر أن وحدة التحكم التنبؤية للنموذج تمكّن العجلة من التسارع واستغلال قدرتها المدمجة على الكبح للوصول إلى السرعات المرغوبة – وهي وظيفة حاسمة لم تكن موجودة في الأنظمة اللينة الحالية.