Tensegrity eller Double 5R Parallel Robot, 5 Axis (DOF) Billig, Tøff, Bevegelseskontroll: 3 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Av DrewrtArtInventing.com Følg mer av forfatteren:

Omtrent: Det siste tiåret eller så har jeg vært veldig bekymret for at planeten skal forbli beboelig i overskuelig fremtid. Jeg er en kunstner, designer, oppfinner, som har fokus på bærekraftsspørsmål. Jeg har fokusert … Mer om Drewrt »

Jeg håper du vil synes dette er den STORE ideen for dagen din! Dette er et bidrag i Instructables Robotics -konkurransen som avsluttes 2. desember 2019

Prosjektet har kommet til den siste dommerunden, og jeg har ikke hatt tid til å gjøre oppdateringene jeg ønsket! Jeg har vært ute på en tangent som er relatert, men ikke direkte, mer kommer om det. Følg meg for å holde tritt! og vær så snill å kommentere, jeg er en innadvendt ekshibisjonist, så jeg elsker å se tankene dine

Jeg håper også på litt hjelp med elektronikken til 5R -koblingsversjonen av prosjektet mitt, jeg har både Pi og Arduino og et driverskjerm for det, men programmeringen er litt utenfor meg. Det er på slutten av dette.

Jeg har ikke brukt noe tid på dette, men jeg vil gjerne få enheten jeg har skrevet ut til noen som har tid til å jobbe med hendene. Hvis du vil ha det, legg igjen en kommentar, og vær klar til å betale frakt. Inkludert brettet det er montert også, er det omtrent 2,5 kg. Jeg skal levere et arduino- og motorskjerm, og den har 5 servoer montert. Alle som ønsker det, må betale frakten fra Nelson BC.

Hvis du er interessert i BIG Robots, FAST Robots og New Ideas, Les videre

Dette beskriver et par av det jeg tror er nye måter å lage en 5 -akset robot lem, arm, ben eller segment som en Tensegrity eller som en Delta+Bipod versjon av 5R kinematikk

Tre akse lemmer, som brukt på Boston Dynamics Big Dog, lar en fot plasseres i 3D -rom, men kan ikke kontrollere fotens vinkel i forhold til overflaten, så føttene er alltid runde, og du kan ikke lett ha tær, eller klør å grave i eller stabilisere. Klatring kan være vanskelig da den runde foten naturlig ruller når kroppen beveger seg fremover

Et 5 -akset lem kan plassere og beholde "foten" i hvilken som helst vinkel som ønsket, ettersom kroppen beveger seg, på et hvilket som helst punkt innenfor arbeidsområdet, så 5 -aksen har mer trekkraft og kan klatre eller manøvrere med flere fot- eller verktøyplasseringsalternativer

Disse ideene vil forhåpentligvis tillate deg å se hvordan du lager og manøvrerer et 5 -akset "bein" i 3 -akset mellomrom (selv om det er veldig stort), uten at selve beinet bærer vekten av aktuatorene. Et ben som en slags drevet tensegrity, som kanskje ikke har struktur som vi vanligvis tenker på det, ingen hengsler, ingen ledd, bare drevne vinsjer

Det lette "beinet" kan flyttes veldig raskt og jevnt, med lavere treghetskrefter å håndtere enn et tungt ben og alle hengslene, med drivmotorer festet til det

Aktiveringskreftene er vidt fordelt, så lemmen kan være veldig lett, stiv og være motstandsdyktig i overbelastningssituasjoner, så vel som ikke påføre store punktbelastninger på monteringsstrukturen. Den triangulerte strukturen (en slags parallelle, drevne hengsler) bringer alle krefter på systemet på linje med aktuatorer, noe som gir et veldig stivt og lett 5 -akset system

I neste trinn med å frigjøre denne ideen, en instruerbar eller 2 herfra, vil jeg vise noen måter å legge til en drevet 3 -akslet ankel, med kraften og massen til den ekstra aksen også på kroppen, ikke lemmen. "Anklen" vil kunne rotere til venstre og høyre, vippe en fot eller klo opp og ned, og åpne og lukke foten eller 3 -punkts klo. (8 akser eller DOF)

Jeg kom til alt dette gjennom å lære og tenke på Tensegrity, så jeg vil bruke et øyeblikk på å gå gjennom det nedenfor

Tensegrity er en annen måte å se på struktur

Fra Wikipedia "Tensegrity, tensional integritet eller flytende komprimering er et strukturelt prinsipp basert på bruk av isolerte komponenter i komprimering inne i et nett av kontinuerlig spenning, på en slik måte at de komprimerte medlemmene (vanligvis stenger eller stiver) ikke berører hverandre og de forspente spennede elementene (vanligvis kabler eller sener) avgrenser systemet romlig. [1]"

Tensegrity kan være det grunnleggende strukturelle systemet for vår utviklede anatomi, fra celler til vertebra, prinsippene for tensegrity ser ut til å være involvert, spesielt i systemer der det er bevegelse. Tensegrity har blitt studiet av kirurger, biomekanisister og NASA -roboter, som ønsker å forstå både hvordan vi jobber og hvordan maskiner kan få noe av vår motstandskraft, effektivitet og lette robuste struktur.

En av Tom Flemons tidlige ryggradsmodeller

Jeg er så heldig å ha bodd på Salt Spring Island med en av verdens store ressurser om Tensegrity, forsker og oppfinner Tom Flemons.

Tom passerte for nesten nøyaktig et år siden, og nettstedet hans er fortsatt vedlikeholdt til ære for ham. Det er en stor ressurs for Tensegrity generelt, og spesielt for Tensegrity and Anatomy.

intensiondesigns.ca

Tom hjalp meg med å se at det var rom for flere mennesker å jobbe med hvordan vi kan bruke tensegrity til våre liv, og ved å bruke prinsippene for å redusere strukturen til de minimale komponentene våre, kunne vi ha systemer som er lettere, mer spenstige og fleksible.

I 2005, da jeg snakket med Tom, kom jeg på en ide om et kontrollerbart tensegrity -basert robotelem. Jeg var opptatt med andre ting, men skrev en kort oppsummering om det, hovedsakelig for notatene mine. Jeg sirkulerte det ikke veldig mye, og det har stort sett bare gått gjennom siden da jeg av og til snakket det med folk.

Jeg har bestemt meg for at siden en del av problemet mitt med å utvikle det videre er at jeg ikke er så mye programmerer, og for at det skal være nyttig, må det programmeres. Så jeg har bestemt meg for å gi den ut offentlig, i håp om at andre vil komme om bord og bruke den.

I 2015 prøvde jeg å bygge et Arduino -kontrollert vinsjet tensegrity -system, men begge programmeringskunnskapene mine klarte ikke det, det mekaniske systemet jeg brukte var underdrevet, blant annet. Et stort problem jeg fant er at i en kabeldrevet tensegrity -versjon må systemet opprettholde spenning, så servoen laster hverandre kontinuerlig og må være veldig nøyaktige. Det var ikke mulig med systemet jeg prøvde, delvis fordi unøyaktigheten til RC -servoer gjør det vanskelig å ha 6 konsekvent enige. Så jeg la det til side i noen år …. Deretter

I januar i fjor mens jeg jobbet med å oppgradere mine Autodesk 360 Fusion -ferdigheter, og på jakt etter prosjekter for å bygge med 3D -skriveren, begynte jeg å tenke på det igjen, mer seriøst. Jeg hadde lest meg om kabeldrevet robotaktivering og programmerte dem fremdeles som noe mer komplekst enn jeg klarte. Og SÅ denne sommeren, etter å ha sett på mange delta-roboter og 5R parallelle bevegelsessystemer, innså jeg at de kunne kombineres, og det ville være en annen, ikke-tensegral måte å realisere 5+-aksen bevegelse jeg hadde sett for meg i min tensegrity-robot. Det ville også være mulig med RC -servoer, da ingen av servoens arbeider står i motsetning til en annen, så posisjonsnøyaktighet ville ikke stenge den.

I denne instruksen vil jeg snakke om begge systemene. Tensegralen og tvillingen 5R parallell. På slutten, når konkurransen er gjennomført, vil jeg ha alle de utskrivbare filene for tvilling 5R ART lem, inkludert her.

Jeg vil også inkludere 3D -utskrivbare deler for Tensegral -versjonen av min ART lem -robotsimulator. Jeg vil gjerne høre fra folk som tror de kan trene vinsjer og kontroller for å lage en drevet enhet. På dette stadiet kan de være utenfor meg, men de kabeldrevne, Tensegrity -baserte systemene er sannsynligvis lettere, raskere og har lavere deltall, i tillegg til å være mer motstandsdyktige under overbelastning og krasjer. Jeg tror de vil kreve mye mer dynamiske kontrollstrategier, og systemet vil sannsynligvis fungere best med både posisjons- og lastfeedback.

Alternativet, ART-lemmen som en lagdelt eller tvilling 5R-parallell, som jeg beskriver på slutten her, krever ikke at noen aktuator jobber mot en annen, så det vil være mer tolerant for posisjonsfeil, og det reduserer det minimale antallet aktuatorer fra 6- 8 til 5. Etter hvert vil jeg bygge flere versjoner av begge, og bruke dem til å bygge min egen walking Mecha, men det er for senere …. For nå…..

Trinn 1: En Tensegrity -robot fra et reflektert par Tetrahedrons?

Hvorfor Tensegrity?

Hva er fordelene med å ha et ben suspendert i et spenningsnett med høyhastighets presisjonsvinsjer?

RASK, EFFEKTIV, LAV KOSTNAD,

I design når du må flytte noe fra A til B, har du ofte valget, skyver objektet eller trekker objektet. Noe som designere som Buckminster Fuller har vist er at det er noen store fordeler med å trekke over skyve. Selv om Bucky er kjent for sine kupler, var hans senere skjelvbestandige bygninger oftest betongkjernetårn, med gulvene arrangert for å henge fra en sopp som topp.

Spenningselementer trekker, som en kabel eller kjede, de slipper fra å måtte bære spennene som skyver (eller kompresjons) elementer mot, og på grunn av det kan de være mye lettere. En hydraulisk sylinder og apparat for å løfte en heis kan veie 50 toner, der et kabelsystem kan veie bare 1.

Så et Tensegral -ben eller lem kan være raskt, lett og stivt, og fortsatt være motstandsdyktig mot overbelastning i alle akser.

Steg 2:

Hva er den ideelle geometrien? Hvorfor de overlappende trekanter? Hvor mange kabler?

Med denne overlappende tensegrity geometri kan et bredere spekter av bevegelser opprettes. I dette oransje eksemplet har jeg brukt reflekterte pyramider (4 kontrollinjer per ende) som strukturen, i stedet for de reflekterte tetraederne jeg brukte i det rosa fargede eksemplet, 8 kabler i stedet for 6. Økningen til fire fortøyningspunkter for hver ende (ved posisjonene 12, 3, 6, 9) gir et større bevegelsesområde. I den tre fortøyningspunktets rosa geometri er det flere særegenheter der bommen kan "sprette" ut av det kontrollerte området. Å øke antall fortøyningspunkter kan også bygge redundans.

Trinn 3: Delta Plus Bipod = 5 Axis Leg

Et par 5R parallelle roboter + En til = 5 aksers bevegelse

Det jeg har sett er at for å kontrollere et 5 -akset "ben" er en enkel mekanisme å bruke et par uavhengige 5R -koblinger, samt en femte enkeltlenke for kontrollerbart å vippe paret med 5R -lenker.

Jeg har en mengde mer å legge til, men ønsket å få dette ut der, slik at jeg kunne få noen tilbakemeldinger på det.

Runner Up i Robotics Contest