Tensegrity veya Çift 5R Paralel Robot, 5 Eksen (DOF) Ucuz, Sağlam, Hareket Kontrol: 3 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

DrewrtArtInventing.com tarafındanYazarın daha fazlasını izleyin:

Hakkında: Son on yıldır, gezegenin öngörülebilir gelecekte yaşanabilir kalması konusunda çok endişeliyim. Ben sürdürülebilirlik konularına odaklanmış bir sanatçı, tasarımcı ve mucidim. Odaklandım … Drewrt Hakkında Daha Fazla »

Umarım bunun gününüz için BÜYÜK fikir olduğunu düşünürsünüz! Bu, 2 Aralık 2019'da sona eren Instructables Robotics yarışmasına bir giriştir

Proje, son değerlendirme turuna ulaştı ve benim istediğim güncellemeleri yapacak zamanım olmadı! İlişkili ama doğrudan olmayan bir teğete geçtim, daha fazlası için. Devam etmek için beni takip edin! ve lütfen yorum yapın, ben içe dönük bir teşhirciyim, bu yüzden düşüncelerinizi görmeyi seviyorum

Ayrıca, projemin 5R bağlantı versiyonunun elektroniği hakkında biraz yardım bekliyorum, hem Pi'leri hem de Arduino'ları ve bunun için bir sürücü kalkanım var, ancak programlama beni biraz aşıyor. Bu işin sonunda.

Bunun için hiç zaman harcamadım, ancak yazdırdığım birimi, üzerinde çalışmak için zamanı olan birine vermeyi çok isterim. İsterseniz, bir yorum bırakın ve nakliye ödemeye hazır olun. Monte edildiği tahta da dahil olmak üzere yaklaşık 2,5 kg'dır. Bir arduino ve motor kalkanı tedarik edeceğim ve 5 servo monte edilmiş. İsteyen herkes nakliye ücretini Nelson BC'den ödemek zorunda kalacak.

BÜYÜK Robotlar, HIZLI Robotlar ve Yeni Fikirler ile ilgileniyorsanız, okumaya devam edin!

Bu, Tensegrity veya 5R kinematiğinin Delta+Bipod versiyonu olarak 5 eksenli bir robot uzuv, kol, bacak veya segment yapmanın yeni yolları olduğunu düşündüğüm birkaç şeyi açıklıyor

Boston Dynamics Big Dog'da kullanılan gibi 3 eksenli uzuvlar, ayağın 3B alana yerleştirilmesine izin verir, ancak ayağın yüzeye göre açısını kontrol edemez, bu nedenle ayaklar her zaman yuvarlaktır ve kolayca yapamazsınız kazmak veya stabilize etmek için ayak parmakları veya pençeleri var. Vücut ileriye doğru hareket ettiğinde yuvarlak ayak doğal olarak yuvarlandığı için tırmanma zor olabilir

5 eksenli bir uzuv, gövdesi hareket ederken, çalışma aralığındaki herhangi bir noktada "ayağını" istenen herhangi bir açıda yerleştirebilir ve tutabilir, böylece 5 eksen daha fazla çekişe sahiptir ve daha fazla ayak veya alet yerleştirme seçeneği ile tırmanabilir veya manevra yapabilir

Bu fikirler, 3 eksenli uzayda (çok büyük olsa bile) 5 eksenli bir "bacağın" nasıl oluşturulacağını ve hareket ettirileceğini, bacağın kendisinin aktüatörlerin ağırlığını taşımadan nasıl oluşturulacağını ve manevra yapacağını umarız. Genel olarak düşündüğümüz gibi bir yapıya sahip olmayan, menteşeleri olmayan, eklemleri olmayan, sadece elektrikli vinçler olan bir tür güçlü gerginlik olarak bir bacak

Hafif "bacak", kendisine bağlı tahrik motorları ile ağır bir bacak ve tüm menteşelerinden daha düşük atalet reaksiyon kuvvetleri ile çok hızlı ve sorunsuz bir şekilde hareket ettirilebilir

Çalıştırma kuvvetleri geniş ölçüde dağıtılır, bu nedenle uzuv çok hafif, sert olabilir ve aşırı yük durumlarında esnek olabilir ve ayrıca montaj yapısına büyük nokta yükleri yüklemez. Üçgen yapı (bir tür paralel, motorlu menteşe), sistem üzerindeki tüm kuvvetleri aktüatörlerle aynı hizaya getirerek çok sert ve hafif 5 eksenli bir sisteme izin verir

Bu fikri serbest bırakmanın bir sonraki aşamasında, bir talimat veya buradan 2, eklenen eksenin gücü ve kütlesi uzuvda değil vücutta da olacak şekilde güçlendirilmiş 3 eksenli bir ayak bileği eklemenin bazı yollarını göstereceğim. "Ayak bileği" sola ve sağa dönebilir, bir ayağı veya pençeyi yukarı ve aşağı eğebilir ve ayağı veya 3 noktalı pençeyi açıp kapatabilir. (8 Eksen veya DOF)

Tüm bunlara Tensegrity'yi öğrenerek ve düşünerek geldim, bu yüzden aşağıda bunun üzerinden biraz zaman ayıracağım

Tensegrity, yapıya bakmanın farklı bir yoludur

Wikipedia'dan "Gerginlik, gerilimsel bütünlük veya yüzer sıkıştırma, sıkıştırılmış elemanlar (genellikle çubuklar veya payandalar) birbirine değmeyecek şekilde, sürekli bir gerilim ağı içinde sıkıştırmada izole bileşenlerin kullanımına dayanan yapısal bir ilkedir. öngerilmeli gerilmiş elemanlar (genellikle kablolar veya tendonlar) sistemi uzamsal olarak tanımlar.[1]"

Tensegrity, hücrelerden vertebraya kadar evrimleşmiş anatomimiz için temel yapısal sistem olabilir, özellikle hareketin söz konusu olduğu sistemlerde, tensegrity ilkeleri söz konusu gibi görünmektedir. Tensegrity, hem nasıl çalıştığımızı hem de makinelerin esnekliğimizi, verimliliğimizi ve hafif, sağlam yapımızı nasıl elde edebileceğini anlamaya çalışan Cerrahların, biyomekanistlerin ve NASA robotistlerinin çalışması haline geldi.

Tom Flemon'un ilk omurga modellerinden biri

Tensegrity, Araştırmacı ve mucit Tom Flemons hakkında dünyanın en büyük kaynaklarından biriyle Salt Spring Adası'nda yaşadığım için şanslıyım.

Tom neredeyse tam bir yıl önce vefat etti ve web sitesi hala onun onuruna korunuyor. Genel olarak Tensegrity ve özellikle Tensegrity ve Anatomy için harika bir kaynaktır.

intensiondesigns.ca

Tom, gerginliği hayatlarımıza nasıl uygulayacağımız konusunda daha fazla insanın çalışabileceği bir yer olduğunu görmeme yardımcı oldu ve yapıyı minimal bileşenlerine indirgeme ilkelerini kullanarak, daha hafif, daha dayanıklı ve esnek sistemlere sahip olabilirdik.

2005'te Tom'la konuşurken, kontrol edilebilir bir gerilim tabanlı robotik uzuv için bir fikir buldum. Başka şeylerle meşguldüm, ama çoğunlukla notlarım için kısa bir özet yazdım. Çok geniş bir alana yaymadım ve o zamandan beri ara sıra insanlarla konuştuğum için çoğunlukla süzüldü.

Onu daha da geliştirmedeki sorunumun bir parçasının çok fazla programcı olmamam olduğuna karar verdim ve faydalı olması için programlanması gerekiyor. Bu yüzden, diğerlerinin de katılıp bundan faydalanması umuduyla onu herkese açık olarak yayınlamaya karar verdim.

2015 yılında Arduino kontrollü bir vinçli tensegrity sistemi kurmaya çalıştım, ancak diğer sorunların yanı sıra hem programlama becerilerim buna yetmedi, kullandığım mekanik sistem yetersizdi. Bulduğum en büyük sorunlardan biri, kablo tahrikli gerginlik versiyonunda sistemin gerilimi koruması gerektiği, bu nedenle servoların sürekli olarak birbirini yüklemesi ve çok hassas olması gerekiyor. Denediğim sistemle mümkün olmadı, çünkü kısmen RC servoların yanlışlığı, 6'nın tutarlı bir şekilde uyuşmasını zorlaştırıyor. Bu yüzden birkaç yıllığına bir kenara koydum…. Sonra

Geçen Ocak ayında Autodesk 360 Fusion çizim becerilerimi geliştirmek ve 3D yazıcımla inşa edeceğim projeler ararken, yeniden düşünmeye başladım, daha ciddi bir şekilde. Kablo tahrikli robotik çalıştırma hakkında bir şeyler okuyordum ve onları programlamak hala benim kaldırabileceğimden daha karmaşık bir şey gibi görünüyordu. SONRA bu yaz, birçok delta robotu ve 5R paralel hareket sistemine baktıktan sonra, bunların birleştirilebileceğini fark ettim ve bu, tensegrity robotumda öngördüğüm 5+ eksen hareketini gerçekleştirmenin tensegral olmayan başka bir yolu olurdu.. RC servolarla da yapılabilir, çünkü servoların hiçbiri diğerine karşı çalışmaz, bu nedenle konum yanlışlığı onu kapatmaz.

Bu talimatta her iki sistem hakkında da konuşacağım. Tensegral ve ikiz 5R paralel. Sonunda, yarışma bittiğinde, burada bulunan ikiz 5R ART uzuv için tüm yazdırılabilir dosyalara sahip olacağım.

Ayrıca ART uzuv robotik simülatörümün Tensegral versiyonu için 3D yazdırılabilir parçaları da ekleyeceğim. Elektrikli bir ünite yapmak için vinçleri ve kontrolleri çalıştırabileceklerini düşünen insanlardan haber almak isterim. Bu aşamada beni aşmış olabilirler, ancak kablo tahrikli Tensegrity tabanlı sistemler muhtemelen daha hafif, daha hızlı ve daha az parça sayısına sahip olacak ve ayrıca aşırı yüklenmeler ve çökmeler sırasında daha dayanıklı olacak. Sistemin hem konum hem de yük geri bildirimi ile muhtemelen en iyi şekilde çalışmasıyla çok daha dinamik kontrol stratejilerine ihtiyaç duyacaklarını düşünüyorum.

Alternatif, burada sonunda tarif ettiğim katmanlı veya ikiz 5R paralel olarak ART uzuvları, herhangi bir aktüatörün diğerine karşı çalışmasını gerektirmez, bu nedenle konum hatasına daha toleranslı olur ve minimum aktüatör sayısını 6'dan azaltır. 8'den 5'e. Sonunda her ikisinin birden çok versiyonunu oluşturacağım ve bunları kendi yürüyen Mecha'mı oluşturmak için kullanacağım, ama bu daha sonra için…. Şimdilik…..

Adım 1: Yansıtılmış Bir Tetrahedron Çiftinden Bir Tensegrity Robotu mu?

Neden Tensegrity?

Yüksek hızlı hassas vinçlerden oluşan bir germe ağına asılmış bir bacağın avantajları nelerdir?

HIZLI, VERİMLİ, DÜŞÜK MALİYET,

Tasarımda, bir şeyi A'dan B'ye taşımanız gerektiğinde, genellikle, nesneyi itme veya nesneyi çekme seçeneğiniz vardır. Buckminster Fuller gibi tasarımcıların gösterdiği bir şey, kenara çekmenin bazı büyük faydaları olduğudur. Bucky kubbeleriyle bilinmesine rağmen, daha sonraki depreme dayanıklı binaları çoğunlukla beton çekirdek kulelerdi ve zeminleri mantar gibi bir tepeden sarkacak şekilde düzenlenmişti.

Germe elemanları, bir kablo veya zincir gibi çekerler, iten (veya sıkıştırma) elemanların karşılaştığı burkulma yüklerini taşımak zorunda kalmaktan kurtulurlar ve bu nedenle çok daha hafif olabilirler. Bir asansörü kaldırmak için bir hidrolik silindir ve aparat 50 ton ağırlığında olabilirken, bir kablo sistemi sadece 1 ağırlığında olabilir.

Böylece bir Tensegral bacak veya uzuv hızlı, hafif ve sert olabilir ve yine de tüm eksenlerde aşırı yüklenmeye karşı dirençli olabilir.

Adım 2:

İdeal geometri nedir? Neden Örtüşen Üçgenler? Kaç Kablo?

Bu örtüşen gerginlik geometrisi ile daha geniş bir hareket aralığı oluşturulabilir. Bu turuncu renkli örnekte, pembe renkli örnekte kullandığım yansımalı tetrahedronlar yerine yapı olarak yansıyan piramitler (uç başına 4 kontrol hattı) kullandım, 6 yerine 8 kablo. Her uç için dört bağlama noktasına artış. (12, 3, 6, 9 konumlarında) daha geniş bir hareket alanı sağlar. 3 bağlama noktası pembe geometrisinde, bomun kontrollü alandan "dışarı çıkabileceği" olası daha fazla tekillik vardır. Bağlama noktalarının sayısını artırmak da fazlalık oluşturabilir.

Adım 3: Delta Plus Bipod = 5 Eksen Ayağı

Bir Çift 5R Paralel Robot + Bir tane daha = 5 eksen hareketi

Gördüğüm şey, 5 eksenli bir "bacağı" kontrol etmek için basit bir mekanizma, bir çift bağımsız 5R bağlantısının yanı sıra 5R bağlantı çiftini kontrol edilebilir şekilde eğmek için 5. tek bağlantı kullanmaktır.

Ekleyecek çok şeyim var ama geri bildirim alabilmek için bunu yayınlamak istedim.

Robotik Yarışmasında İkincilik