Тенсегрити или робот с двойной параллелью 5R, 5 осей (DOF) Недорогой, жесткий, управление движением: 3 шага (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Читать дальше автора:

О себе: В течение последнего десятилетия или около того я очень беспокоился о том, что планета останется обитаемой в обозримом будущем. Я художник, дизайнер, изобретатель, занимающийся вопросами устойчивого развития. Я сосредоточился… Подробнее о Drewrt »

Я надеюсь, вы подумаете, что это БОЛЬШАЯ идея для вашего дня! Это запись конкурса Instructables Robotics, завершающегося 2 декабря 2019 года

Проект дошел до финального раунда судейства, и у меня не было времени сделать необходимые обновления! Я пошел по касательной, которая связана, но не напрямую, подробнее об этом. Чтобы не отставать, следуй за мной! и прокомментируйте, пожалуйста, я интроверт-эксгибиционист, поэтому мне нравится видеть ваши мысли

Кроме того, я надеюсь на некоторую помощь в электронике версии 5R linkage моего проекта, у меня есть и Pi, и Arduino, и драйвер для него, но программирование немного выше меня. Это конец.

Я не тратил на это время, но мне бы очень хотелось передать распечатанный мною блок кому-нибудь, у кого есть время поработать над ним. Если хотите, оставьте комментарий и будьте готовы оплатить доставку. С учетом платы она тоже установлена, это около 2,5 кг. Я поставлю Arduino и моторный щит, и на нем установлены 5 сервоприводов. Тот, кто захочет, должен будет оплатить доставку от Nelson BC.

Если вас интересуют БОЛЬШИЕ роботы, БЫСТРЫЕ роботы и новые идеи, читайте дальше

Здесь описывается несколько новых способов сделать конечность, руку, ногу или сегмент 5-осевого робота как Tensegrity или как версию кинематики 5R Delta + Bipod

Трехосевые конечности, аналогичные тем, которые используются на Boston Dynamics Big Dog, позволяют помещать ступню в трехмерное пространство, но не могут контролировать угол ступни относительно поверхности, поэтому ступни всегда круглые, и вы не можете легко есть пальцы ног или когти, чтобы вонзиться или стабилизировать. Подниматься может быть сложно, так как круглая ступня естественным образом перекатывается, когда тело движется вперед

5-осевая конечность может размещать и удерживать свою «ногу» под любым желаемым углом, когда ее тело движется, в любой точке в пределах своего рабочего диапазона, поэтому 5-осевая конечность имеет большее сцепление и может подниматься или маневрировать с большим количеством вариантов размещения ступни или инструмента

Мы надеемся, что эти идеи позволят вам увидеть, как создать и маневрировать 5-осевой «опорой» в 3-осевом пространстве (даже если она очень большая), не допуская, чтобы сама опора несла вес исполнительных механизмов. Нога как разновидность силового тенсегрити, которая может не иметь такой структуры, как мы обычно думаем, ни шарниров, ни суставов, а только приводные лебедки

Легкая «нога» может перемещаться очень быстро и плавно, с меньшими силами инерционной реакции, чем тяжелая нога и все ее шарниры с прикрепленными к ней приводными двигателями

Силы срабатывания широко распределены, поэтому конечность может быть очень легкой, жесткой и устойчивой в ситуациях перегрузки, а также не подвергать свою монтажную конструкцию значительным точечным нагрузкам. Триангулированная структура (своего рода параллельные шарниры с приводом) выравнивает все силы, действующие на систему, с приводами, что позволяет создать очень жесткую и легкую 5-осевую систему

На следующем этапе реализации этой идеи, инструктируемого или двух отсюда, я покажу несколько способов добавить 3-осевую лодыжку с приводом, при этом мощность и масса добавленной оси также будут воздействовать на тело, а не на конечность. «Лодыжка» сможет вращаться влево и вправо, наклонять ступню или коготь вверх и вниз, а также открывать и закрывать ступню или трехточечный коготь. (8 осей или глубина резкости)

Я пришел ко всему этому, изучая и размышляя о Тенсегрити, поэтому я потрачу немного времени на то, чтобы остановиться на этом ниже

Тенсегрити - это другой взгляд на структуру

Из Википедии «Тенсегрити, целостность при растяжении или плавающее сжатие - это структурный принцип, основанный на использовании изолированных компонентов при сжатии внутри сети постоянного растяжения таким образом, чтобы сжатые элементы (обычно стержни или стойки) не касались друг друга и предварительно напряженные напряженные элементы (обычно тросы или тросы) очерчивают систему в пространстве. [1]"

Тенсегрити может быть базовой структурной системой для нашей развитой анатомии, от клеток до позвонка, принципы тенсегрити, кажется, задействованы, особенно в системах, где речь идет о движении. Тенсегрити стал предметом изучения хирургов, биомехаников и робототехников НАСА, стремящихся понять, как мы работаем, и как машины могут получить часть нашей устойчивости, эффективности и легкой прочной конструкции.

Одна из первых моделей позвоночника Тома Флемона

Мне повезло, что я жил на острове Солт-Спринг с одним из величайших в мире ресурсов о Тенсегрити, исследователе и изобретателе Томе Флемонсе.

Том скончался почти год назад, и его веб-сайт все еще поддерживается в его честь. Это отличный ресурс по тенсегрити в целом и особенно по тенсегрити и анатомии.

intensiondesigns.ca

Том помог мне увидеть, что есть место для большего числа людей, которые могут поработать над тем, как применить тенсегрити в нашей жизни, и, используя его принципы сокращения структуры до минимальных компонентов, мы могли бы иметь системы, которые легче, устойчивее и гибче.

В 2005 году, разговаривая с Томом, я пришел к идее создания управляемой роботизированной конечности на основе тенсегрити. Я был занят другими делами, но написал по ним краткую записку, в основном для своих заметок. Я не распространял его очень широко, и с тех пор он в основном просто просачивался, и я время от времени обсуждал его с людьми.

Я решил, что, поскольку часть моей проблемы в его дальнейшей разработке заключается в том, что я не особо разбираюсь в программировании, и чтобы он был полезен, его нужно запрограммировать. Поэтому я решил опубликовать его публично в надежде, что другие присоединятся к нему и воспользуются им.

В 2015 году я попытался создать систему тенсегрити с лебедкой, управляемую Arduino, но оба моих навыка программирования были не для этого, механическая система, которую я использовал, была недостаточно мощной, среди прочего. Одна большая проблема, которую я обнаружил, заключается в том, что в версии тенсегрити с тросовым приводом система должна поддерживать натяжение, поэтому сервоприводы постоянно нагружают друг друга и должны быть очень точными. Это было невозможно с системой, которую я пробовал, отчасти потому, что неточность сервоприводов RC затрудняет согласование 6 последовательно. Так что я отложил это на несколько лет… потом

В январе прошлого года, когда я работал над улучшением своих навыков рисования в Autodesk 360 Fusion и искал проекты для создания на моем 3D-принтере, я снова начал думать об этом, более серьезно. Я читал о срабатывании роботов с кабельным приводом, и программирование их все еще казалось чем-то более сложным, чем я мог бы справиться. И ЗАТЕМ этим летом, посмотрев на множество дельта-роботов и системы параллельного движения 5R, я понял, что их можно комбинировать, и это будет другой, не тенсегральный способ реализовать движение по 5+ осям, которое я вообразил в своем тенсегрити-роботе.. Это также можно было бы сделать с сервоприводами RC, поскольку ни один из сервоприводов не работает против другого, поэтому неточность положения не отключит его.

В этом руководстве я расскажу об обеих системах. Тенсеграль и твин 5R параллельны. В конце концов, к моменту завершения конкурса у меня будут все файлы для печати для двойной конечности 5R ART, включенные здесь.

Я также добавлю детали для 3D-печати для версии Tensegral моего роботизированного симулятора конечностей ART. Я хотел бы услышать мнение людей, которые думают, что могут разработать лебедки и органы управления, чтобы создать силовой агрегат. На данном этапе они могут быть вне меня, но системы на основе Tensegrity, управляемые кабелем, вероятно, будут легче, быстрее и будут иметь меньшее количество деталей, а также будут более устойчивыми при перегрузках и сбоях. Я думаю, что для них потребуется гораздо больше стратегий динамического управления, при этом система, вероятно, лучше всего будет работать с обратной связью как по положению, так и по нагрузке.

Альтернатива, ветвь ART в виде многослойной или двойной параллели 5R, которую я описываю в конце, не требует, чтобы какой-либо привод работал против другого, поэтому он будет более терпимым к ошибкам положения и сокращает минимальное количество приводов с 6 до 8–5. В конце концов я сделаю несколько версий обоих и буду использовать их для создания своего собственного ходячего меха, но это на потом…. Теперь…..

Шаг 1. Робот Тенсегрити из отраженной пары тетраэдров?

Почему Тенсегрити?

Каковы преимущества подвешивания ноги в натяжной сети высокоскоростных прецизионных лебедок?

БЫСТРЫЙ, ЭФФЕКТИВНЫЙ, НИЗКАЯ СТОИМОСТЬ,

В дизайне, когда вам нужно переместить что-то из A в B, у вас часто есть выбор: толкнуть объект или потянуть за него. Такие дизайнеры, как Бакминстер Фуллер, показали, что тяга к толчку дает большие преимущества. Хотя Баки известен своими куполами, его более поздние устойчивые к землетрясениям здания чаще всего были башнями с бетонным ядром, а полы были устроены так, что они свисали с вершины гриба.

Элементы натяжения тянут, как трос или цепь, им не приходится нести изгибающие нагрузки, с которыми сталкиваются толкающие (или сжимающие) элементы, и поэтому они могут быть намного легче. Гидравлический цилиндр и устройство для подъема лифта могут весить 50 тонн, тогда как тросовая система может весить всего 1 тонну.

Таким образом, нога или конечность Tensegral могут быть быстрыми, легкими и жесткими и при этом быть устойчивыми к перегрузкам по всем осям.

Шаг 2:

Какая идеальная геометрия? Почему треугольники пересекаются? Сколько кабелей?

С помощью этой перекрывающейся геометрии тенсегрити можно создать более широкий диапазон движений. В этом оранжевом примере я использовал отраженные пирамиды (4 контрольные линии на каждом конце) в качестве структуры вместо отраженных тетраэдров, которые я использовал в розовом примере, 8 кабелей вместо 6. Увеличение до четырех точек швартовки для каждого конца (в положениях 12, 3, 6, 9) дают большую площадь движения. В розовой геометрии с тремя точками швартовки возможно больше особенностей, когда гик может «выскочить» из контролируемой зоны. Увеличение количества точек швартовки также может обеспечить резервирование.

Шаг 3: сошки Delta Plus = 5-осевая ножка

Пара параллельных роботов 5R + еще один = движение по 5 осям

Я пришел к выводу, что для управления 5-осевой «опорой» простым механизмом является использование пары независимых звеньев 5R, а также 5-го одиночного звена для контролируемого наклона пары звеньев 5R.

Мне нужно еще кое-что добавить, но я хотел опубликовать это, чтобы получить обратную связь по этому поводу.

Финалист конкурса робототехники