Tensegrity eller Double 5R Parallel Robot, 5 Axis (DOF) Billigt, Tufft, rörelsekontroll: 3 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:42

Av DrewrtArtInventing.com Följ mer av författaren:

Om: Under det senaste decenniet eller så har jag varit mycket orolig för att planeten ska vara beboelig inom överskådlig framtid. Jag är en konstnär, designer, uppfinnare som fokuserar på hållbarhetsfrågor. Jag har fokuserat … Mer om Drewrt »

Jag hoppas att du kommer att tycka att detta är den STORA idén för din dag! Detta är ett bidrag i Instructables Robotics -tävlingen som avslutas 2 december 2019

Projektet har tagit sig till den sista omgången av bedömning, och jag har inte hunnit göra de uppdateringar jag ville! Jag har varit på en tangent som är relaterad men inte direkt, mer kommer att komma om det. För att hänga med Följ mig! och snälla kommentera, jag är en inåtvänd exhibitionist så jag älskar att se dina tankar

Jag hoppas också på lite hjälp med elektroniken i 5R -länkversionen av mitt projekt, jag har både Pi och Arduino och en drivrutinsskydd för det, men programmeringen är lite bortom mig. Det är i slutet av det här.

Jag har inte lagt ner någon tid på det här, men jag skulle gärna vilja få enheten jag har skrivit ut till någon som har tid att arbeta med sina händer. Om du vill ha det, lämna en kommentar och var redo att betala frakt. Inklusive brädan är den också monterad, den är cirka 2,5 kg. Jag levererar en arduino och motorsköld, och den har 5 servon monterade. Den som vill ha det måste betala frakten från Nelson BC.

Om du är intresserad av BIG Robots, FAST Robots och New Ideas, Läs vidare !

Detta beskriver ett par av vad jag tror är nya sätt att göra en 5 -axlig robot lem, arm, ben eller segment som en Tensegrity eller som en Delta+Bipod version av 5R kinematik

Tre axelben, som används på Boston Dynamics Big Dog, gör att en fot kan placeras i 3D -utrymme, men kan inte styra fotens vinkel i förhållande till ytan, så fötterna är alltid runda, och du kan inte enkelt har tår eller klor att gräva i eller stabilisera. Klättring kan vara knepigt eftersom den runda foten naturligt rullar när kroppen rör sig framåt

En 5 -axlig lem kan placera och hålla sin "fot" i vilken vinkel som helst, när kroppen rör sig, på vilken punkt som helst inom arbetsområdet, så 5 -axeln har mer dragkraft och kan klättra eller manövrera med fler fot- eller verktygsplaceringsalternativ

Dessa idéer kommer förhoppningsvis att tillåta dig att se hur man skapar och manövrerar ett 5 -axligt "ben" i 3 -axligt utrymme (även om det är mycket stort), utan att själva benet bär vikten av ställdonen. Ett ben som en slags kraftdriven tensegrity, som kanske inte har struktur som vi vanligtvis tänker på det, inga gångjärn, inga leder, bara drivna vinschar

Det lätta "benet" kan flyttas mycket snabbt och smidigt, med lägre tröghetsreaktionskrafter att hantera än ett tungt ben och alla dess gångjärn, med dess drivmotorer fästa vid det

Manöverkrafterna är brett fördelade, så lemmen kan vara mycket lätt, styv och vara motståndskraftig i överbelastningssituationer och inte påföra stora punktbelastningar på dess monteringsstruktur. Den triangulerade strukturen (ett slags parallella, drivna gångjärn) bringar alla krafter på systemet i linje med ställdon, vilket möjliggör ett mycket styvt och lätt 5 -axligt system

I nästa steg av att släppa denna idé, en instruerbar eller två härifrån, ska jag visa några sätt att lägga till en driven 3 -axlig fotled, med kraften och massan av den extra axeln också på kroppen, inte lemmen. "Fotleden" kommer att kunna rotera vänster och höger, luta en fot eller klo upp och ner och öppna och stänga foten eller trepunktsklo. (8 axlar eller DOF)

Jag kom till allt detta genom att lära mig och tänka på Tensegrity, så jag kommer att spendera en stund på att gå igenom det nedan

Tensegrity är ett annat sätt att se på struktur

Från Wikipedia "Tensegrity, spänningsintegritet eller flytande komprimering är en strukturprincip baserad på användning av isolerade komponenter i komprimering inuti ett nät av kontinuerlig spänning, på ett sådant sätt att de komprimerade elementen (vanligtvis stänger eller stag) inte vidrör varandra och de förspända spända elementen (vanligtvis kablar eller senor) avgränsar systemet rumsligt. [1]"

Tensegrity kan vara det grundläggande strukturella systemet för vår utvecklade anatomi, från celler till ryggkotor, principerna för tensegrity verkar vara inblandade, särskilt i system där rörelse berörs. Tensegrity har blivit studien av kirurger, biomekaniker och NASA -robotiker, som försöker förstå både hur vi arbetar och hur maskiner kan få en del av vår motståndskraft, effektivitet och robusta struktur.

En av Tom Flemons tidiga ryggradsmodeller

Jag har turen att ha bott på Salt Spring Island med en av världens stora resurser om Tensegrity, forskare och uppfinnare Tom Flemons.

Tom passerade för nästan exakt ett år sedan, och hans webbplats underhålls fortfarande till hans ära. Det är en stor resurs för Tensegrity i allmänhet, och särskilt för Tensegrity och Anatomy.

intensiondesigns.ca

Tom hjälpte mig att se att det fanns utrymme för fler människor att arbeta med att tillämpa tensegrity på våra liv, och genom att använda dess principer för att minska strukturen till dess minimala komponenter kan vi ha system som är lättare, mer motståndskraftiga och flexibla.

År 2005, när jag pratade med Tom, kom jag på en idé för en kontrollerbar tensegritybaserad robotdel. Jag var upptagen med andra saker, men skrev en kort sammanfattning om det, mest för mina anteckningar. Jag har inte spridit det så mycket, och det har för det mesta bara gått igenom sedan dess, då jag ibland pratade om det med människor.

Jag har bestämt att eftersom en del av mitt problem med att utveckla det vidare är att jag inte är mycket programmerare, och för att det ska vara användbart måste det programmeras. Så jag har bestämt mig för att släppa det offentligt, i hopp om att andra kommer ombord och använder det.

År 2015 försökte jag bygga ett Arduino -styrt vinschad tensegrity -system, men båda mina programmeringskunskaper höll inte det, det mekaniska systemet jag använde var underpowered, bland annat. En stor fråga jag hittade är att i en kabeldriven tensegrity -version måste systemet bibehålla spänning, så servon laddar varandra hela tiden och måste vara mycket exakta. Det var inte möjligt med det system jag försökte, delvis eftersom felaktigheten i RC -servon gör det svårt att ha 6 konsekvent överens. Så jag lade det åt sidan i några år …. Sedan

I januari förra året medan jag arbetade med att uppgradera mina Autodesk 360 Fusion -färdigheter och letade efter projekt att bygga med min 3D -skrivare började jag tänka på det igen, mer seriöst. Jag hade läst om kabeldriven robotaktivering och programmerat dem verkade fortfarande som något mer komplext än jag kunde hantera. Och DAN i somras, efter att ha tittat på många deltarobotar och 5R parallella rörelsessystem, insåg jag att de kunde kombineras, och det skulle vara ett annat, icke-tensegralt sätt att förverkliga den 5+ axelrörelse jag hade tänkt mig i min tensegrity-robot. Det skulle också kunna göras med RC -servon eftersom inget av servos arbete står i motsats till en annan, så felaktighet i positionen skulle inte stänga av den.

I denna instruerbara kommer jag att prata om båda systemen. Tensegral och tvilling 5R parallell. I slutet, när tävlingen är klar, kommer jag att ha alla utskrivbara filer för dubbla 5R ART -lemmen inkluderade här.

Jag kommer också att inkludera 3D -utskrivbara delar för Tensegral -versionen av min ART -lemsrobotsimulator. Jag vill gärna höra från människor som tror att de kan räkna ut vinschar och kontroller för att göra en driven enhet. I detta skede kan de vara bortom mig, men de kabeldrivna, Tensegrity -baserade systemen kommer sannolikt att vara lättare, snabbare och ha lägre delantal, samt vara mer motståndskraftiga vid överbelastning och kraschar. Jag tror att de kommer att kräva mycket mer dynamiska kontrollstrategier, där systemet sannolikt fungerar bäst med både position och laståterkoppling.

Alternativet, ART-lemmen som en skiktad eller dubbel 5R-parallell, som jag beskriver i slutet här, kräver inte att någon ställdon arbetar mot en annan, så det blir mer tolerant mot positionsfel och det minskar det minimala antalet ställdon från 6- 8 till 5. Så småningom kommer jag att bygga flera versioner av båda, och använda dem för att bygga min egen walking Mecha, men det är för senare…. Tills vidare…..

Steg 1: En Tensegrity -robot från ett reflekterat par Tetrahedrons?

Varför Tensegrity?

Vilka är fördelarna med att ha ett ben upphängt i ett spänningsnät med precisionsvinscher med hög hastighet?

SNABB, EFFEKTIV, LÅG KOSTNAD,

I design när du måste flytta något från A till B har du ofta valet, trycker på objektet eller drar föremålet. Något som designers som Buckminster Fuller har visat är att det finns några stora fördelar med att dra över att trycka på. Även om Bucky är känd för sina kupoler, var hans senare skalvbeständiga byggnader oftast betongtorn, med golven arrangerade att hänga från en svamp som toppen.

Spänningselement drar, som en kabel eller kedja, de flyr från att behöva bära de böjande laster som tryckande (eller kompression) element möter och på grund av det kan de vara mycket lättare. En hydraulcylinder och apparat för att lyfta en hiss kan väga 50 ton, där ett kabelsystem kan väga endast 1.

Så ett Tensegral ben eller lem kan vara snabbt, lätt och styvt och ändå vara motståndskraftigt mot överbelastning i alla axlar.

Steg 2:

Vad är den ideala geometrin? Varför de överlappande trianglarna? Hur många kablar?

Med denna överlappande tensegritetsgeometri kan ett större rörelseomfång skapas. I det här orangefärgade exemplet har jag använt reflekterade pyramider (4 kontrolllinjer per ände) som strukturen, i stället för de reflekterade tetraederna som jag använde i det rosa färgade exemplet, 8 kablar istället för 6. Ökningen till fyra förtöjningspunkter för varje ände (vid 12, 3, 6, 9 positioner) ger ett större rörelseområde. I den 3 förtöjningspunktens rosa geometri finns det fler singulariteter där bommen kan "dyka ut" från det kontrollerade området. Att öka antalet förtöjningspunkter kan också bygga upp redundans.

Steg 3: Delta Plus Bipod = 5 Axis Leg

Ett par 5R parallella robotar + En till = 5 axels rörelse

Vad jag har kommit att se är att för att styra ett 5 -axligt "ben" är en enkel mekanism att använda ett par oberoende 5R -länkar, samt en femte enkel länk för att styra paret med 5R -länkar kontrollerbart.

Jag har mer att lägga till, men ville få ut det här så att jag kunde få lite feedback på det.

Tvåa i Robotics Contest