Tensegrity atau Robot Paralel 5R Ganda, 5 Sumbu (DOF) Murah, Tangguh, Kontrol Gerak: 3 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Oleh DrewrtArtInventing.comIkuti Lainnya oleh penulis:

Tentang: Selama dekade terakhir ini, saya sangat khawatir tentang planet yang tetap layak huni di masa mendatang. Saya seorang seniman, desainer, penemu, yang berfokus pada isu-isu keberlanjutan. Saya telah memfokuskan … Selengkapnya Tentang Drewrt »

Saya harap Anda akan berpikir ini adalah ide BESAR untuk hari Anda! Ini adalah entri dalam kompetisi Instructables Robotics yang ditutup pada 2 Desember 2019

Proyek ini telah mencapai babak final penjurian, dan saya tidak punya waktu untuk melakukan pembaruan yang saya inginkan! Saya telah menyimpang dari garis singgung yang terkait tetapi tidak secara langsung, lebih banyak lagi yang akan datang. Untuk mengikuti Ikuti saya! dan tolong beri komentar, saya seorang ekshibisionis introvert jadi saya suka melihat pikiran Anda

Juga, saya berharap bantuan pada elektronik versi tautan 5R dari proyek saya, saya memiliki Pi dan Arduino dan pelindung driver untuk itu, tetapi pemrogramannya sedikit di luar jangkauan saya. Ini di akhir ini.

Saya belum menghabiskan waktu untuk ini, tetapi saya ingin mendapatkan unit yang telah saya cetak menjadi seseorang yang punya waktu untuk mengerjakannya. Jika Anda menginginkannya, tinggalkan komentar, dan bersiaplah untuk membayar ongkos kirim. Termasuk papan yang dipasangnya juga sekitar 2,5 kg. Saya akan menyediakan pelindung arduino dan motor, dan sudah terpasang 5 servo. Siapa pun yang menginginkannya harus membayar ongkos kirim dari Nelson BC.

Jika Anda tertarik dengan Robot BESAR, Robot CEPAT, dan Ide Baru, Baca terus

Ini menjelaskan beberapa dari apa yang saya pikir adalah cara baru untuk membuat anggota badan, lengan, kaki, atau segmen robot 5 sumbu sebagai Tensegrity atau sebagai versi Delta+Bipod dari kinematika 5R

Anggota badan 3 sumbu, seperti yang digunakan pada Boston Dynamics Big Dog, memungkinkan kaki ditempatkan di ruang 3D, tetapi tidak dapat mengontrol sudut kaki relatif terhadap permukaan, sehingga kaki selalu bulat, dan Anda tidak dapat dengan mudah memiliki jari kaki, atau cakar untuk menggali atau menstabilkan. Mendaki bisa menjadi rumit karena kaki bundar secara alami berguling saat tubuh bergerak maju

Anggota badan 5 sumbu dapat menempatkan dan menjaga "kakinya" pada sudut mana pun yang diinginkan, saat tubuhnya bergerak, pada titik mana pun dalam jangkauan kerjanya, sehingga sumbu 5 memiliki traksi lebih banyak, dan dapat memanjat atau bermanuver dengan lebih banyak opsi penempatan kaki atau alat

Ide ini diharapkan akan memungkinkan Anda untuk melihat cara membuat dan manuver "kaki" 5 sumbu di ruang 3 sumbu (bahkan jika itu sangat besar), tanpa kaki itu sendiri membawa beban aktuator. Kaki sebagai semacam kekuatan bertenaga, yang mungkin tidak memiliki struktur seperti yang kita pikirkan pada umumnya, tanpa engsel, tanpa sambungan, hanya derek bertenaga

"Kaki" yang ringan dapat digerakkan dengan sangat cepat dan mulus, dengan gaya reaksi inersia yang lebih rendah untuk dikendalikan daripada kaki yang berat dan semua engselnya, dengan motor penggerak yang terpasang padanya

Kekuatan aktuasi didistribusikan secara luas, sehingga tungkai bisa sangat ringan, kaku, dan tahan dalam situasi kelebihan beban serta tidak memaksakan beban titik besar pada struktur pemasangannya. Struktur segitiga (semacam paralel, engsel bertenaga), membawa semua gaya pada sistem sejajar dengan aktuator, memungkinkan sistem 5 sumbu yang sangat kaku dan ringan

Pada tahap berikutnya melepaskan ide ini, instruksi atau 2 dari sini, saya akan menunjukkan beberapa cara untuk menambahkan pergelangan kaki 3 sumbu bertenaga, dengan kekuatan dan massa sumbu yang ditambahkan juga pada tubuh, bukan tungkai. The "pergelangan kaki" akan dapat memutar kiri dan kanan, memiringkan kaki atau cakar ke atas dan ke bawah, dan membuka dan menutup kaki atau cakar 3 titik. (8 Sumbu atau DOF)

Saya sampai pada semua ini melalui pembelajaran dan pemikiran tentang Tensegrity jadi saya akan meluangkan waktu sejenak untuk membahasnya di bawah ini

Tensegrity adalah cara yang berbeda dalam melihat struktur

Dari Wikipedia "Ketegangan, integritas regangan atau kompresi mengambang adalah prinsip struktural yang didasarkan pada penggunaan komponen terisolasi dalam kompresi di dalam jaring tegangan kontinu, sedemikian rupa sehingga anggota yang dikompresi (biasanya batang atau struts) tidak saling menyentuh dan komponen struktur tarik prategang (biasanya kabel atau tendon) menggambarkan sistem secara spasial.[1]"

Tensegrity mungkin merupakan sistem struktural dasar untuk anatomi kita yang berkembang, dari sel hingga vertebra, prinsip-prinsip tensegrity tampaknya terlibat, terutama dalam sistem yang berkaitan dengan gerakan. Tensegrity telah menjadi studi para Ahli Bedah, ahli biomekanis, dan ahli robot NASA, yang ingin memahami baik cara kami bekerja, maupun bagaimana mesin bisa mendapatkan ketahanan, efisiensi, dan struktur kasar kami yang ringan.

Salah satu model tulang belakang awal Tom Flemon

Saya beruntung telah tinggal di Salt Spring Island dengan salah satu sumber daya hebat dunia tentang Tensegrity, Peneliti dan penemu Tom Flemons.

Tom lulus hampir tepat setahun yang lalu, dan situs webnya masih dipertahankan untuk menghormatinya. Ini adalah sumber yang bagus untuk Tensegrity secara umum, dan khususnya untuk Tensegrity dan Anatomy.

intensiondesigns.ca

Tom membantu saya untuk melihat bahwa ada ruang bagi lebih banyak orang untuk bekerja tentang bagaimana menerapkan tensegrity dalam kehidupan kita, dan dengan menggunakan prinsip-prinsipnya untuk mengurangi struktur hingga komponen minimalnya, kita dapat memiliki sistem yang lebih ringan, lebih tangguh, dan fleksibel.

Pada tahun 2005, saat berbicara dengan Tom, saya mendapatkan ide untuk anggota tubuh robot berbasis tensegrity yang dapat dikontrol. Saya sibuk dengan hal-hal lain, tetapi menulis ringkasan singkat tentang itu, sebagian besar untuk catatan saya. Saya tidak mengedarkannya secara luas, dan sebagian besar hanya menyebar sejak saat itu dengan saya kadang-kadang membicarakannya dengan orang-orang.

Saya telah memutuskan bahwa karena bagian dari masalah saya dalam mengembangkannya lebih lanjut adalah bahwa saya bukan seorang programmer, dan agar berguna, itu harus diprogram. Jadi saya memutuskan untuk merilisnya secara publik, dengan harapan orang lain akan bergabung dan memanfaatkannya.

Pada tahun 2015 saya mencoba membangun sistem winched tensegrity yang dikendalikan Arduino, tetapi kedua keterampilan pemrograman saya tidak sesuai, sistem mekanis yang saya gunakan kurang bertenaga, di antara masalah lainnya. Satu masalah besar yang saya temukan adalah bahwa dalam versi ketegangan yang digerakkan oleh kabel, sistem perlu mempertahankan ketegangan, sehingga servo terus-menerus memuat satu sama lain dan harus sangat akurat. Itu tidak mungkin dengan sistem yang saya coba, sebagian karena ketidakakuratan servo RC membuat sulit untuk memiliki 6 yang konsisten dalam kesepakatan. Jadi saya mengesampingkannya selama beberapa tahun …. Kemudian

Januari lalu ketika saya sedang bekerja untuk meningkatkan keterampilan penyusunan Autodesk 360 Fusion saya, dan mencari proyek untuk dibangun dengan printer 3D saya, saya mulai memikirkannya lagi, lebih serius. Saya telah membaca tentang aktuasi robot yang digerakkan oleh kabel dan memprogramnya masih tampak seperti sesuatu yang lebih kompleks daripada yang bisa saya tangani. Dan KEMUDIAN musim panas ini, setelah melihat banyak robot delta dan sistem gerak paralel 5R, saya menyadari bahwa mereka dapat digabungkan, dan itu akan menjadi cara lain, non-tensegral, untuk mewujudkan gerakan sumbu 5+ yang saya bayangkan di robot tensegrity saya. Ini juga dapat dilakukan dengan servo RC karena tidak ada servo yang bekerja berlawanan dengan yang lain, sehingga ketidakakuratan posisi tidak akan mematikannya.

Dalam instruksi ini saya akan berbicara tentang kedua sistem. The tensegral, dan paralel kembar 5R. Pada akhirnya, pada saat kontes selesai, saya akan memiliki semua file yang dapat dicetak untuk anggota tubuh kembar 5R ART, termasuk di sini.

Saya juga akan menyertakan bagian yang dapat dicetak 3D untuk versi Tensegral dari simulator robot ekstremitas ART saya. Saya ingin mendengar dari orang-orang yang berpikir bahwa mereka dapat mengerjakan winch dan kontrol untuk membuat unit bertenaga. Pada tahap ini, mereka mungkin berada di luar jangkauan saya, tetapi sistem berbasis Tensegrity yang digerakkan oleh kabel cenderung lebih ringan, lebih cepat dan memiliki jumlah suku cadang yang lebih rendah, serta lebih tangguh selama kelebihan beban dan crash. Saya pikir mereka akan membutuhkan strategi kontrol yang jauh lebih dinamis, dengan sistem yang kemungkinan berfungsi paling baik dengan umpan balik posisi dan beban.

Alternatifnya, ekstremitas ART sebagai paralel 5R berlapis atau kembar, yang saya jelaskan di akhir di sini tidak memerlukan aktuator apa pun untuk bekerja melawan yang lain sehingga akan lebih toleran terhadap kesalahan posisi, dan mengurangi jumlah aktuator minimal dari 6- 8 hingga 5. Akhirnya saya akan membuat beberapa versi dari keduanya, dan menggunakannya untuk membangun Mecha berjalan saya sendiri, tapi itu untuk nanti…. Untuk sekarang…..

Langkah 1: Robot Tensegrity Dari Sepasang Tetrahedron Tercermin?

Mengapa Tensegrity?

Apa keuntungan memiliki kaki yang digantung di jaring tegangan derek presisi kecepatan tinggi?

CEPAT, EFISIEN, BIAYA RENDAH,

Dalam desain ketika Anda harus memindahkan sesuatu dari A ke B, Anda sering memiliki pilihan, mendorong objek, atau menarik objek. Sesuatu yang telah ditunjukkan oleh desainer seperti Buckminster Fuller adalah bahwa ada beberapa manfaat besar dari menepi. Meskipun Bucky dikenal dengan kubahnya, bangunan tahan gempanya kemudian paling sering berupa menara inti beton, dengan lantai yang diatur untuk menggantung dari atas seperti jamur.

Elemen tegangan menarik, seperti kabel atau rantai, elemen tersebut lepas dari keharusan memikul beban tekuk yang dihadapi elemen dorong (atau kompresi) dan karena itu elemen tersebut dapat menjadi jauh lebih ringan. Sebuah silinder hidrolik dan peralatan untuk mengangkat lift mungkin memiliki berat 50 ton, di mana sistem kabel mungkin hanya berbobot 1.

Jadi kaki atau tungkai Tensegral bisa cepat, ringan dan kaku, dan tetap tahan terhadap beban berlebih di semua sumbu.

Langkah 2:

Apa geometri yang ideal? Mengapa Segitiga Tumpang Tindih? Berapa Banyak Kabel?

Dengan geometri tensegrity yang tumpang tindih ini, rentang gerak yang lebih luas dapat dibuat. Dalam contoh berwarna oranye ini saya telah menggunakan piramida yang dipantulkan (4 garis kontrol per ujung) sebagai struktur, alih-alih tetrahedron yang dipantulkan yang saya gunakan dalam contoh berwarna merah muda, 8 kabel, bukan 6. Peningkatan menjadi empat titik tambat untuk setiap ujung (pada posisi 12, 3, 6, 9) memberikan area gerak yang lebih besar. Dalam geometri pink 3 titik tambat, ada lebih banyak kemungkinan singularitas di mana boom dapat "muncul" keluar dari area yang dikendalikan. Meningkatkan jumlah titik tambat juga bisa membangun redundansi.

Langkah 3: Delta Plus Bipod = Kaki 5 Sumbu

Sepasang Robot Paralel 5R + Satu lagi = Gerakan 5 sumbu

Apa yang saya lihat adalah bahwa untuk mengendalikan "kaki" 5 sumbu, mekanisme sederhana adalah dengan menggunakan sepasang tautan 5R independen, serta tautan tunggal ke-5 untuk memiringkan pasangan tautan 5R secara terkontrol.

Saya punya banyak lagi untuk ditambahkan, tetapi ingin mengeluarkan ini di luar sana sehingga saya bisa mendapatkan umpan balik tentangnya.

Runner Up dalam Kontes Robotika