সোয়ার্ম ফেব্রিকেশন: সোয়ার্ম রোবট দ্বারা গঠিত পুনর্বিন্যাসযোগ্য ৩ডি প্রিন্টার এবং ড্রয়িং প্লটার

সূচিপত্র

1. ভূমিকা

বর্তমান ডিজিটাল ফেব্রিকেশন মেশিনগুলি নমনীয়তা, পরিবহনযোগ্যতা এবং পুনর্বিন্যাসযোগ্যতার ক্ষেত্রে উল্লেখযোগ্য সীমাবদ্ধতায় ভুগছে। ঐতিহ্যবাহী ৩ডি প্রিন্টার এবং সিএনসি মেশিনগুলির নির্দিষ্ট ফর্ম ফ্যাক্টর রয়েছে যা সহজেই পরিবর্তন বা পরিবহনকে বাধা দেয়। সোয়ার্ম ফেব্রিকেশন সোয়ার্ম রোবোটিক্সের সুবিধা নিয়ে গতিশীল, চাহিদাভিত্তিক ফেব্রিকেশন সিস্টেম তৈরি করে এই চ্যালেঞ্জগুলির সমাধান করে।

2. সম্পর্কিত কাজ

2.1 মডুলার ফেব্রিকেশন মেশিন

পূর্ববর্তী গবেষণায় পিক এট আল.-এর কার্ডবোর্ড মেশিন কিট [8] এবং ফেব্রিকেটেবল মেশিন [2] অন্তর্ভুক্ত রয়েছে, যা মডুলার উপাদান ব্যবহার করে ফেব্রিকেশন ডিভাইসের দ্রুত প্রোটোটাইপিং সক্ষম করে। এই পদ্ধতিগুলি পুনর্বিন্যাসযোগ্য সিস্টেমের ভিত্তি স্থাপন করেছিল কিন্তু সোয়ার্ম রোবোটিক্স দ্বারা প্রদত্ত গতিশীলতা এবং স্কেলযোগ্যতার অভাব ছিল।

2.2 ফেব্রিকেশন মেশিন হিসেবে ছোট রোবট

ফাইবারবটস [5] ছোট রোবট ব্যবহার করে স্থাপত্য-স্কেল নির্মাণ প্রদর্শন করেছে, যখন কোয়ালা৩ডি [14] এবং সোয়ার্ম৩ডি প্রিন্টার [1] উল্লম্ব নির্মাণ পদ্ধতি অন্বেষণ করেছে। টার্মাইট রোবট [3] সম্মিলিত নির্মাণ ক্ষমতা দেখিয়েছে, কিন্তু এই সিস্টেমগুলি সাধারণ-উদ্দেশ্য ফেব্রিকেশনের পরিবর্তে নির্দিষ্ট কাজের জন্য বিশেষায়িত ছিল।

3. প্রযুক্তিগত বাস্তবায়ন

3.1 সিস্টেম আর্কিটেকচার

সোয়ার্ম ফেব্রিকেশন সিস্টেমটি ৩ডি প্রিন্টেড সংযুক্তি সহ সজ্জিত toio রোবট ব্যবহার করে বিভিন্ন ফেব্রিকেশন মেশিন উপাদান নির্মাণ করে:

• মোটর: রোবটগুলি সুনির্দিষ্ট চলনের মাধ্যমে চালনা প্রদান করে
• এলিভেটর: সমন্বিত রোবট অবস্থানের মাধ্যমে উল্লম্ব গতি অর্জন
• এক্সট্রুডার: কাস্টম সংযুক্তি উপাদান জমা সক্ষম করে
• ফিডার: রোবট সমন্বয়ের মাধ্যমে উপাদান সরবরাহ পরিচালনা

3.2 গাণিতিক কাঠামো

ফেব্রিকেশন হেডের অবস্থান নিয়ন্ত্রণ সোয়ার্ম সমন্বয় অ্যালগরিদম অনুসরণ করে। অবস্থান $P(x,y,z)$ নিম্নরূপ গণনা করা হয়:

$P(x,y,z) = \sum_{i=1}^{n} R_i(x_i, y_i, z_i) + A_i(\theta_i, \phi_i)$

যেখানে $R_i$ রোবট $i$-এর অবস্থান প্রতিনিধিত্ব করে, এবং $A_i$ অভিযোজন কোণ $\theta_i$ এবং $\phi_i$ সহ সংযুক্তি কনফিগারেশন প্রতিনিধিত্ব করে।

4. পরীক্ষামূলক ফলাফল

সিস্টেমটি একাধিক toio রোবট ব্যবহার করে একটি কার্যকরী X-Y-Z প্লটার নির্মাণ সফলভাবে প্রদর্শন করেছে। প্রধান কর্মক্ষমতা মেট্রিক্স:

• অবস্থান নির্ভুলতা: বর্তমান বাস্তবায়নে ±২মিমি
• সর্বোচ্চ নির্মাণ আয়তন: রোবট সংখ্যার সাথে স্কেলযোগ্য
• পুনর্বিন্যাস সময়: বিভিন্ন মেশিন প্রকারের জন্য ৫ মিনিটের নিচে

মূল গবেষণাপত্রের চিত্র ১ ধারণাগত সেটআপ দেখায় যেখানে রোবটগুলি ৩ডি স্পেসে একটি এক্সট্রুডার অবস্থান করতে সমন্বয় করে, যা ২ডি অঙ্কন এবং ৩ডি প্রিন্টিং অপারেশন উভয়ই সক্ষম করে।

5. কোড বাস্তবায়ন

সোয়ার্ম অবস্থানের জন্য মৌলিক সমন্বয় অ্যালগরিদম:

class SwarmFabrication:
    def __init__(self, robot_count):
        self.robots = [ToioRobot() for _ in range(robot_count)]
        self.attachments = {}
    
    def coordinate_position(self, target_x, target_y, target_z):
        # ভোরোনোই পার্টিশনিং ব্যবহার করে সর্বোত্তম রোবট অবস্থান গণনা করুন
        positions = self.calculate_voronoi_positions(target_x, target_y, target_z)
        
        for i, robot in enumerate(self.robots):
            target_pos = positions[i]
            robot.move_to(target_pos.x, target_pos.y)
            if hasattr(robot, 'elevator_attachment'):
                robot.elevator_attachment.set_height(target_pos.z)
    
    def execute_print_path(self, gcode_commands):
        for command in gcode_commands:
            self.coordinate_position(command.x, command.y, command.z)
            if command.extrude:
                self.extrude_material(command.amount)

6. ভবিষ্যতের প্রয়োগ

সোয়ার্ম ফেব্রিকেশন অসংখ্য উন্নত প্রয়োগ সক্ষম করে:

• দূরবর্তী স্থানে অন-সাইট নির্মাণ
• দুর্যোগ প্রতিক্রিয়া ফেব্রিকেশন ক্ষমতা
• ডিজিটাল ফেব্রিকেশনের জন্য শিক্ষামূলক প্ল্যাটফর্ম
• মাল্টি-ম্যাটেরিয়াল এবং মাল্টি-প্রসেস ফেব্রিকেশন সিস্টেম
• স্ব-মেরামত এবং স্ব-প্রতিলিপি ফেব্রিকেশন সিস্টেম

7. তথ্যসূত্র

1. সোয়ার্ম৩ডি প্রিন্টার প্রজেক্ট (২০২০)। ডিস্ট্রিবিউটেড ৩ডি প্রিন্টিং উইথ রোবট সোয়ার্মস।
2. মুয়েলার, এস. এট আল. (২০১৯)। ফেব্রিকেটেবল মেশিনস। ACM ট্রানজেকশনস অন গ্রাফিক্স।
3. ওয়ারফেল, জে. এট আল. (২০১৪)। ডিজাইনিং কালেক্টিভ বিহেভিয়র ইন আ টার্মাইট-ইন্সপায়ার্ড রোবট কনস্ট্রাকশন টিম। সায়েন্স।
4. সাইকেলজিএএন: ঝু, জে.ওয়াই. এট আল. (২০১৭)। আনপেয়ার্ড ইমেজ-টু-ইমেজ ট্রান্সলেশন ইউজিং সাইকেল-কনসিসটেন্ট অ্যাডভারসারিয়াল নেটওয়ার্কস। ICCV।
5. ফাইবারবটস: আর্কিটেকচার-স্কেল ফেব্রিকেশনের জন্য একটি স্বায়ত্তশাসিত রোবোটিক সিস্টেম। সায়েন্স রোবোটিক্স, ২০১৮।

8. সমালোচনামূলক বিশ্লেষণ