Tensegrity eller Double 5R Parallel Robot, 5 Axis (DOF) Billig, hård, bevægelseskontrol: 3 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Af DrewrtArtInventing.com Følg mere af forfatteren:

Omkring: I det sidste årti eller deromkring har jeg været meget bekymret over, at planeten forbliver beboelig i en overskuelig fremtid. Jeg er en kunstner, designer, opfinder, der har fokus på bæredygtighedsspørgsmål. Jeg har fokuseret … Mere om Drewrt »

Jeg håber, du vil synes, at dette er den STORE idé til din dag! Dette er et bidrag til Instructables Robotics -konkurrencen, der lukker 2. december 2019

Projektet er nået til den sidste dommerunde, og jeg har ikke haft tid til at lave de opdateringer, jeg ønskede! Jeg har været ude på en tangent, der er relateret, men ikke direkte, mere kommer om det. For at følge med Følg mig! og kommenter venligst, jeg er en indadvendt ekshibitionist, så jeg elsker at se dine tanker

Jeg håber også på lidt hjælp til elektronikken i 5R -koblingsversionen af mit projekt, jeg har både Pi's og Arduino's og et driverskjold til det, men programmeringen er lidt ud over mig. Det er i slutningen af dette.

Jeg har ikke brugt nogen tid på dette, men jeg ville elske at få den enhed, jeg har printet, til nogen, der har tid til at arbejde på sine hænder. Hvis du vil have det, skal du efterlade en kommentar, og være klar til at betale forsendelse. Inklusive brættet er det også monteret, det er omkring 2,5 kg. Jeg leverer en arduino og et motorskærm, og den har de 5 servoer monteret. Enhver, der ønsker det, skal betale forsendelsen fra Nelson BC.

Hvis du er interesseret i STORE robotter, HURTIGE robotter og nye ideer, læs videre

Dette beskriver et par af, hvad jeg synes er nye måder at lave en 5 -akset robot lem, arm, ben eller segment som en Tensegrity eller som en Delta+Bipod version af 5R kinematik

3 akse lemmer, som brugt på Boston Dynamics Big Dog, gør det muligt at placere en fod i 3D -rum, men kan ikke styre fodens vinkel i forhold til overfladen, så fødderne er altid runde, og du kan ikke let have tæer eller kløer til at grave i eller stabilisere. Klatring kan være vanskelig, da den runde fod naturligt ruller, når kroppen bevæger sig fremad

Et 5 -akset lem kan placere og beholde sin "fod" i enhver ønsket vinkel, når kroppen bevæger sig, på ethvert punkt inden for dens arbejdsområde, så 5 -aksen har mere trækkraft og kan klatre eller manøvrere med flere muligheder for fod eller værktøj

Disse ideer vil forhåbentlig give dig mulighed for at se, hvordan du opretter og manøvrerer et 5 -akset "ben" i 3 -akset rum (selvom det er meget stort), uden at selve benet bærer aktuatorernes vægt. Et ben som en slags strømforsynet tensegrity, som måske ikke har struktur som vi generelt tænker på det, ingen hængsler, ingen samlinger, bare drevne spil

Det lette "ben" kan flyttes meget hurtigt og problemfrit med lavere inertial reaktionskræfter at styre end et tungt ben og alle dets hængsler, med dets drivmotorer fastgjort til det

Aktiveringskræfterne er vidt fordelt, så lemmen kan være meget let, stiv og være modstandsdygtig i overbelastningssituationer samt ikke påføre store punktbelastninger på dens monteringsstruktur. Den trekantede struktur (en slags parallelle, drevne hængsler) bringer alle kræfter på systemet i overensstemmelse med aktuatorer, hvilket muliggør et meget stift og let 5 -akset system

I den næste fase af frigivelsen af denne idé, en instruerbar eller 2 herfra, vil jeg vise nogle måder at tilføje en drevet 3 -akset ankel med kraften og massen af de tilføjede akser også på kroppen, ikke lemmen. "Anklen" vil kunne rotere til venstre og højre, vippe en fod eller klo op og ned, og åbne og lukke foden eller 3 -punkts klo. (8 akse eller DOF)

Jeg kom til alt dette ved at lære og tænke på Tensegrity, så jeg vil bruge et øjeblik på at gennemgå det nedenfor

Tensegrity er en anden måde at se på struktur

Fra Wikipedia "Tensegrity, spændingsintegritet eller flydende komprimering er et strukturelt princip baseret på brugen af isolerede komponenter i komprimering inde i et net af kontinuerlig spænding, på en sådan måde, at de komprimerede medlemmer (normalt stænger eller stivere) ikke rører hinanden og de forspændte spændte elementer (normalt kabler eller sener) afgrænser systemet rumligt. [1]"

Tensegrity kan være det grundlæggende strukturelle system for vores udviklede anatomi, fra celler til hvirvler, tensegritetsprincipperne ser ud til at være involveret, især i systemer, hvor der er tale om bevægelse. Tensegrity er blevet til undersøgelsen af kirurger, biomekanisister og NASA -robotikere, der søger at forstå både, hvordan vi arbejder, og hvordan maskiner kan få noget af vores modstandsdygtighed, effektivitet og lette robuste struktur.

En af Tom Flemons tidlige rygmodeller

Jeg er så heldig at have boet på Salt Spring Island med en af verdens store ressourcer om Tensegrity, forsker og opfinder Tom Flemons.

Tom bestod for næsten præcis et år siden, og hans websted vedligeholdes stadig til hans ære. Det er en stor ressource for Tensegrity generelt, og især for Tensegrity og Anatomy.

intensiondesigns.ca

Tom hjalp mig med at se, at der var plads til flere mennesker til at arbejde med at anvende tensegrity på vores liv, og ved at bruge dets principper for at reducere strukturen til dets minimale komponenter, kunne vi have systemer, der er lettere, mere modstandsdygtige og fleksible.

I 2005, da jeg talte med Tom, fik jeg en idé til et kontrollerbart tensegritybaseret robotlim. Jeg havde travlt med andre ting, men skrev en kort brief om det, hovedsageligt til mine noter. Jeg har ikke cirkuleret det meget bredt, og det er for det meste bare perkoleret siden da jeg lejlighedsvis talte det over med mennesker.

Jeg har besluttet, at da en del af mit problem med at udvikle det yderligere er, at jeg ikke er meget programmerer, og for at det kan være nyttigt, skal det programmeres. Så jeg har besluttet at frigive det offentligt i håb om, at andre vil komme om bord og gøre brug af det.

I 2015 forsøgte jeg at bygge et Arduino -kontrolleret vinsch tensegrity -system, men begge mine programmeringsevner var ikke til det, det mekaniske system, jeg brugte, var underpowered, blandt andre spørgsmål. Et stort problem, jeg fandt ud af, er, at i en kabeldrevet tensegrity -version skal systemet opretholde spænding, så servoerne konstant indlæser hinanden og skal være meget præcise. Det var ikke muligt med det system, jeg prøvede, dels fordi unøjagtigheden af RC -servoer gør det svært at have 6 konsekvent enige. Så jeg lagde det til side i et par år…. Derefter

I januar sidste år, mens jeg arbejdede på at opgradere mine Autodesk 360 Fusion -udarbejdelsesfærdigheder og ledte efter projekter til at bygge med min 3D -printer, begyndte jeg at tænke på det igen, mere seriøst. Jeg havde læst op på kabeldrevet robotaktivering og programmering af dem virkede stadig som noget mere komplekst, end jeg kunne klare. Og SÅ denne sommer, efter at have set på mange delta-robotter og 5R parallelle bevægelsessystemer, indså jeg, at de kunne kombineres, og det ville være en anden, ikke-tensegral, måde at realisere den 5+ akse bevægelse, jeg havde forestillet mig i min tensegrity robot. Det ville også kunne lade sig gøre med RC -servoer, da ingen af servos arbejde i modsætning til en anden, så unøjagtighed i positionen ikke ville lukke den ned.

I denne instruktive vil jeg tale om begge systemer. Tensegral og tvilling 5R parallel. I slutningen, når konkurrencen er gennemført, har jeg alle de udskrivbare filer til det dobbelte 5R ART -lem inkluderet her.

Jeg vil også inkludere 3D -printbare dele til Tensegral -versionen af min ART -lem -robotsimulator. Jeg ville elske at høre fra folk, der tror, at de kan træne vinsjerne og betjeningselementerne for at lave en drevet enhed. På dette stadium er de muligvis uden for mig, men de kabeldrevne, Tensegrity -baserede systemer vil sandsynligvis være lettere, hurtigere og have lavere deltællinger samt være mere modstandsdygtige under overbelastninger og nedbrud. Jeg tror, at de vil kræve meget mere dynamiske kontrolstrategier, idet systemet sandsynligvis fungerer bedst med både position og belastningsfeedback.

Alternativet, ART-lemmen som en lagdelt eller dobbelt 5R-parallel, som jeg beskriver i slutningen her, kræver ikke, at nogen aktuator arbejder mod en anden, så det vil være mere tolerant over for positionsfejl, og det reducerer det minimale antal aktuatorer fra 6- 8 til 5. Til sidst bygger jeg flere versioner af begge, og bruger dem til at bygge min egen walking Mecha, men det er til senere…. For nu…..

Trin 1: En Tensegrity -robot fra et reflekteret par Tetrahedrons?

Hvorfor Tensegrity?

Hvad er fordelene ved at have et ben ophængt i et spændingsnet med højhastigheds -præcisionsspil?

HURTIGT, EFFEKTIVT, Lave omkostninger,

I design, når du skal flytte noget fra A til B, har du ofte valget, skubber objektet eller trækker objektet. Noget, som designere som Buckminster Fuller har vist, er, at der er nogle store fordele ved at trække over at skubbe. Selvom Bucky er kendt for sine kupler, var hans senere skælvssikre bygninger oftest betonkerne med tårn, hvor gulvene var arrangeret til at hænge fra en svampeagtig top.

Spændingselementer trækker, ligesom et kabel eller en kæde, de slipper for at skulle bære de spændende belastninger, som skubbende (eller kompressions) elementer vender mod, og på grund af det kan de være meget lettere. En hydraulisk cylinder og apparat til at løfte en elevator kan veje 50 toner, hvor et kabelsystem kun vejer 1.

Så et Tensegral ben eller lem kan være hurtigt, let og stift og stadig være modstandsdygtigt over for overbelastning i alle akser.

Trin 2:

Hvad er den ideelle geometri? Hvorfor de overlappende trekanter? Hvor mange kabler?

Med denne overlappende spændingsgeometri kan der skabes et bredere bevægelsesområde. I dette orange farvede eksempel har jeg brugt reflekterede pyramider (4 kontrollinjer pr. Ende) som strukturen, i stedet for de reflekterede tetraeder, jeg brugte i det lyserøde eksempel, 8 kabler i stedet for 6. Forøgelsen til fire fortøjningspunkter for hver ende (ved 12, 3, 6, 9 positioner) giver et større bevægelsesområde. I den 3 fortøjningspunkts lyserøde geometri er der flere singulariteter, hvor bommen kan "springe" ud af det kontrollerede område. Forøgelse af antallet af fortøjningspunkter kan også opbygge redundans.

Trin 3: Delta Plus Bipod = 5 -akset ben

Et par 5R parallelle robotter + En mere = 5 akses bevægelse

Det, jeg er kommet til at se, er, at til styring af et 5 -akset "ben" er en simpel mekanisme at bruge et par uafhængige 5R -forbindelser samt et femte enkelt led til kontrolbart at vippe parret af 5R -led.

Jeg har en masse mere at tilføje, men ville gerne få det herude, så jeg kunne få lidt feedback på det.

Runner Up i Robotics -konkurrencen