Tensegrity of dubbele 5R parallelle robot, 5 assen (DOF) Goedkoop, robuust, bewegingsbesturing - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Door DrewrtArtInventing.comVolg meer van de auteur:

Over: De afgelopen tien jaar ben ik erg bezorgd geweest over het feit dat de planeet in de nabije toekomst bewoonbaar zal blijven. Ik ben een kunstenaar, ontwerper, uitvinder, die gefocust is op duurzaamheidskwesties. Ik heb me gefocust … Meer over Drewrt »

Ik hoop dat je denkt dat dit het GROTE idee voor jouw dag is! Dit is een inzending voor de Instructables Robotics-competitie die op 2 december 2019 wordt afgesloten

Het project heeft de laatste beoordelingsronde gehaald en ik heb geen tijd gehad om de updates te doen die ik wilde! Ik ben uit op een raaklijn die gerelateerd is, maar niet direct, daarover later meer. Om bij te blijven Volg mij! en geef alsjeblieft commentaar, ik ben een introverte exhibitionist, dus ik vind het leuk om je gedachten te zien

Ik hoop ook op wat hulp bij de elektronica van de 5R-koppelingsversie van mijn project, ik heb zowel Pi's als Arduino's en een driver-shield ervoor, maar de programmering gaat mij een beetje te boven. Het is aan het einde hiervan.

Ik heb hier geen tijd aan besteed, maar ik zou graag de eenheid die ik heb afgedrukt in iemand krijgen die tijd heeft om aan zijn handen te werken. Als je het wilt, laat dan een reactie achter en wees klaar om de verzendkosten te betalen. Inclusief het bord is het ook gemonteerd, het is ongeveer 2,5 kg. Ik zal een Arduino en motor schild leveren, en het heeft de 5 servo's gemonteerd. Iedereen die het wil, moet de verzendkosten van Nelson BC betalen.

Als je geïnteresseerd bent in GROTE robots, SNELLE robots en nieuwe ideeën, lees dan verder

Dit beschrijft een paar van wat ik denk dat nieuwe manieren zijn om een 5-assige robot ledemaat, arm, been of segment te maken als een Tensegrity of als een Delta+Bipod-versie van 5R-kinematica

3-assige ledematen, zoals gebruikt op de Boston Dynamics Big Dog, zorgen ervoor dat een voet in de 3D-ruimte kan worden geplaatst, maar kunnen de hoek van de voet ten opzichte van het oppervlak niet regelen, dus de voeten zijn altijd rond en u kunt niet gemakkelijk tenen of klauwen hebben om in te graven of te stabiliseren. Klimmen kan lastig zijn, omdat de ronde voet van nature rolt wanneer het lichaam naar voren beweegt

Een ledemaat met 5 assen kan zijn "voet" in elke gewenste hoek plaatsen en houden, terwijl zijn lichaam beweegt, op elk punt binnen zijn werkbereik, dus de 5-assige heeft meer tractie en kan klimmen of manoeuvreren met meer voet- of gereedschapsplaatsingsopties

Met deze ideeën kunt u hopelijk zien hoe u een 5-assige "poot" in een ruimte met 3 assen kunt maken en manoeuvreren (zelfs als deze erg groot is), zonder dat de poot zelf het gewicht van de actuators draagt. Een poot als een soort aangedreven tensegrity, die misschien niet de structuur heeft zoals we er vaak over denken, geen scharnieren, geen gewrichten, alleen aangedreven lieren

Het lichtgewicht "been" kan zeer snel en soepel worden verplaatst, met lagere traagheidsreactiekrachten om te beheren dan een zwaar been en al zijn scharnieren, met zijn aandrijfmotoren eraan bevestigd

De bedieningskrachten zijn wijd verdeeld, zodat het ledemaat zeer licht en stijf kan zijn, veerkrachtig kan zijn in situaties van overbelasting en geen grote puntbelastingen op de montagestructuur kan uitoefenen. De driehoekige structuur (een soort parallelle, aangedreven scharnieren), brengt alle krachten op het systeem op één lijn met actuatoren, waardoor een zeer stijf en lichtgewicht 5-assig systeem mogelijk is

In de volgende fase van het vrijgeven van dit idee, een instructable of 2 vanaf hier, zal ik enkele manieren laten zien om een aangedreven 3-assige enkel toe te voegen, met de kracht en massa van de toegevoegde as ook op het lichaam, niet op de ledemaat. De "enkel" kan naar links en rechts draaien, een voet of klauw op en neer kantelen en de voet of 3-puntsklauw openen en sluiten. (8 assen of DOF)

Ik ben tot dit alles gekomen door te leren en na te denken over Tensegrity, dus ik zal daar even over nadenken

Tensegrity is een andere manier van kijken naar structuur

Van Wikipedia "Tensegrity, spanningsintegriteit of zwevende compressie is een structureel principe gebaseerd op het gebruik van geïsoleerde componenten onder compressie in een net van continue spanning, op een zodanige manier dat de samengedrukte delen (meestal staven of stutten) elkaar niet raken en de voorgespannen spanelementen (meestal kabels of pezen) omlijnen het systeem ruimtelijk.[1]"

Tensegrity mag dan het fundamentele structurele systeem zijn voor onze geëvolueerde anatomie, van cellen tot wervels, de principes van tensegrity lijken een rol te spelen, vooral in systemen waar het beweging betreft. Tensegrity is de studie geworden van chirurgen, biomechanisisten en NASA-robotici, die zowel willen begrijpen hoe we werken als hoe machines een deel van onze veerkracht, efficiëntie en lichtgewicht robuuste structuur kunnen krijgen.

Een van Tom Flemon's vroege wervelkolommodellen

Ik heb het geluk dat ik op Salt Spring Island heb gewoond met een van 's werelds beste bronnen over Tensegrity, onderzoeker en uitvinder Tom Flemons.

Tom is bijna precies een jaar geleden overleden en zijn website wordt nog steeds ter ere van hem onderhouden. Het is een geweldige bron voor Tensegrity in het algemeen, en in het bijzonder voor Tensegrity en Anatomy.

intensiondesigns.ca

Tom hielp me in te zien dat er ruimte was voor meer mensen om te werken aan hoe we tensegrity in ons leven kunnen toepassen, en door de principes van het reduceren van structuur tot de minimale componenten te gebruiken, zouden we systemen kunnen hebben die lichter, veerkrachtiger en flexibeler zijn.

In 2005 kwam ik in gesprek met Tom op een idee voor een bestuurbare, op tensegrity gebaseerde robotarm. Ik was met andere dingen bezig, maar schreef er een korte briefing over, voornamelijk voor mijn aantekeningen. Ik heb het niet erg wijd verspreid, en het is sindsdien meestal gewoon doorgesijpeld, waarbij ik er af en toe met mensen over praat.

Ik heb besloten dat, aangezien een deel van mijn probleem bij het verder ontwikkelen ervan, is dat ik niet zo'n programmeur ben, en om het bruikbaar te maken, moet het worden geprogrammeerd. Dus heb ik besloten om het publiekelijk vrij te geven, in de hoop dat anderen aan boord zullen stappen en er gebruik van zullen maken.

In 2015 probeerde ik een Arduino-gestuurd tensegrity-systeem met lieren te bouwen, maar mijn programmeervaardigheden waren er niet toe in staat, onder andere het mechanische systeem dat ik gebruikte was ondermaats. Een groot probleem dat ik vond, is dat in een kabelaangedreven tensegrity-versie, het systeem spanning moet behouden, dus de servo's belasten elkaar constant en moeten zeer nauwkeurig zijn. Het was niet mogelijk met het systeem dat ik probeerde, deels omdat de onnauwkeurigheid van RC-servo's het moeilijk maakt om 6 consistent in overeenstemming te hebben. Dus ik heb het een paar jaar opzij gezet…. Vervolgens

Afgelopen januari, terwijl ik bezig was met het upgraden van mijn Autodesk 360 Fusion-tekenvaardigheden en op zoek was naar projecten om te bouwen met mijn 3D-printer, begon ik er weer serieus over na te denken. Ik had me ingelezen over kabelaangedreven robotbediening en het programmeren ervan leek me nog steeds iets ingewikkelder dan ik aankon. En toen ik deze zomer veel delta-robots en 5R parallelle bewegingssystemen had bekeken, realiseerde ik me dat ze konden worden gecombineerd, en dat het een andere, niet-tensegrale, manier zou zijn om de 5+-asbeweging te realiseren die ik me had voorgesteld in mijn tensegrity-robot. Het zou ook te doen zijn met RC-servo's, omdat geen van de servo's in tegenstelling tot een andere werkt, dus onnauwkeurigheid van de positie zou het niet uitschakelen.

In dit instructable zal ik praten over beide systemen. De tensegral en de dubbele 5R parallel. Aan het einde, tegen de tijd dat de wedstrijd is afgelopen, heb ik alle afdrukbare bestanden voor de dubbele 5R ART-ledemaat, hier opgenomen.

Ik zal ook de 3D-afdrukbare onderdelen voor de Tensegral-versie van mijn ART-ledemaatrobotsimulator toevoegen. Ik zou graag horen van mensen die denken dat ze de lieren en bedieningselementen kunnen uitwerken om een aangedreven eenheid te maken. In dit stadium kunnen ze mij te boven gaan, maar de kabelaangedreven, op Tensegrity gebaseerde systemen zijn waarschijnlijk lichter, sneller en hebben een lager aantal onderdelen, en zijn ook veerkrachtiger tijdens overbelasting en crashes. Ik denk dat ze veel meer dynamische regelstrategieën nodig hebben, waarbij het systeem waarschijnlijk het beste functioneert met zowel positie- als belastingsfeedback.

Het alternatief, het ART-lidmaat als een gelaagde of dubbele 5R-parallel, dat ik hier aan het einde beschrijf, vereist geen enkele actuator om tegen een andere te werken, dus zal meer tolerant zijn voor positiefouten, en het vermindert het minimale aantal actuatoren van 6- 8 t/m 5. Uiteindelijk zal ik van beide meerdere versies bouwen, en die gebruiken om mijn eigen lopende Mecha te bouwen, maar dat is voor later…. Voor nu…..

Stap 1: Een Tensegrity-robot van een gereflecteerd paar tetraëders?

Waarom Tensegrity?

Wat zijn de voordelen van het ophangen van een poot in een spannet van precisielieren met hoge snelheid?

SNEL, EFFICINT, LAGE KOSTEN,

Als je in het ontwerp iets van A naar B moet verplaatsen, heb je vaak de keuze, het object duwen of trekken. Iets dat ontwerpers zoals Buckminster Fuller hebben laten zien, is dat er een aantal grote voordelen zijn aan het stoppen met duwen. Hoewel Bucky bekend staat om zijn koepels, waren zijn latere aardbevingsbestendige gebouwen meestal torens met een betonnen kern, waarvan de vloeren waren gerangschikt om aan een paddenstoelachtige bovenkant te hangen.

Spanelementen trekken, zoals een kabel of ketting, ze ontsnappen aan het moeten dragen van de knikbelastingen waarmee duwende (of druk) elementen worden geconfronteerd en daardoor kunnen ze veel lichter zijn. Een hydraulische cilinder en apparatuur om een lift op te tillen kan 50 ton wegen, waar een kabelsysteem slechts 1 kan wegen.

Dus een Tensegral-been of ledemaat kan snel, licht en stijf zijn en toch veerkrachtig zijn tegen overbelasting in alle assen.

Stap 2:

Wat is de ideale geometrie? Waarom de overlappende driehoeken? Hoeveel kabels?

Met deze overlappende tensegrity-geometrie kan een groter bewegingsbereik worden gecreëerd. In dit oranjekleurige voorbeeld heb ik gereflecteerde piramides (4 controlelijnen per uiteinde) als structuur gebruikt, in plaats van de gereflecteerde tetraëders die ik in het roze gekleurde voorbeeld gebruikte, 8 kabels in plaats van 6. De toename naar vier aanlegpunten voor elk uiteinde (op de 12, 3, 6, 9 posities) geven een groter bewegingsgebied. In de roze geometrie met 3 afmeerpunten zijn er meer singulariteiten mogelijk waarbij de giek uit het gecontroleerde gebied kan "ploffen". Het vergroten van het aantal aanlegplaatsen kan ook leiden tot redundantie.

Stap 3: Delta Plus Bipod = 5-assige poot

Een paar 5R parallelle robots + nog een = beweging over 5 assen

Wat ik ben gaan zien, is dat voor het besturen van een 5-assige "poot", een eenvoudig mechanisme is om een paar onafhankelijke 5R-koppelingen te gebruiken, evenals een 5e enkele schakel om het paar 5R-schakels controleerbaar te kantelen.

Ik heb nog een heleboel meer toe te voegen, maar wilde dit naar buiten brengen zodat ik er wat feedback over kon krijgen.

Tweede plaats in de robotica-wedstrijd