Tensegrity oder Double 5R Parallelroboter, 5 Achsen (DOF) Kostengünstig, robust, Bewegungssteuerung - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

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Ich hoffe, Sie werden denken, dass dies die GROSSE Idee für Ihren Tag ist! Dies ist ein Eintrag im Instructables Robotics-Wettbewerb, der am 2. Dezember 2019 endet

Das Projekt hat es in die letzte Juryrunde geschafft und ich hatte keine Zeit, die gewünschten Updates zu machen! Ich war auf einer Tangente, die zwar in Verbindung steht, aber nicht direkt, mehr dazu. Um auf dem Laufenden zu bleiben Folge mir! und bitte kommentieren Sie, ich bin ein introvertierter Exhibitionist, also liebe ich es, Ihre Gedanken zu sehen

Außerdem hoffe ich auf etwas Hilfe bei der Elektronik der 5R-Linkage-Version meines Projekts, ich habe sowohl Pis als auch Arduinos und ein Treiberschild dafür, aber die Programmierung ist ein bisschen überfordert. Es ist am Ende davon.

Ich habe noch keine Zeit damit verbracht, aber ich würde das Gerät, das ich gedruckt habe, gerne jemandem geben, der Zeit hat, an seinen Händen zu arbeiten. Wenn Sie es möchten, hinterlassen Sie einen Kommentar und seien Sie bereit, den Versand zu bezahlen. Inklusive der montierten Platine wiegt es ca. 2,5 kg. Ich werde ein Arduino- und Motorschild liefern, und es hat die 5 Servos montiert. Wer es will, muss den Versand von Nelson BC bezahlen.

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Dies beschreibt einige meiner Meinung nach neue Wege, um ein 5-Achsen-Roboterglied, -arm, -bein oder -segment als Tensegrity oder als Delta + Bipod-Version der 5R-Kinematik herzustellen

3-Achsen-Glieder, wie sie beim Boston Dynamics Big Dog verwendet werden, ermöglichen die Platzierung eines Fußes im 3D-Raum, können jedoch den Winkel des Fußes relativ zur Oberfläche nicht steuern, sodass die Füße immer rund sind und Sie dies nicht leicht können Zehen oder Krallen haben, um sich einzugraben oder zu stabilisieren. Das Klettern kann schwierig sein, da der runde Fuß natürlich rollt, wenn sich der Körper vorwärts bewegt

Ein 5-Achsen-Glied kann seinen "Fuß" in jedem gewünschten Winkel platzieren und halten, während sich sein Körper bewegt, an jedem Punkt innerhalb seines Arbeitsbereichs, so dass 5-Achsen mehr Traktion haben und mit mehr Fuß- oder Werkzeugplatzierungsoptionen klettern oder manövrieren können

Mit diesen Ideen können Sie hoffentlich sehen, wie Sie ein 5-Achsen-"Bein" im 3-Achsen-Raum erstellen und manövrieren (auch wenn es sehr groß ist), ohne dass das Bein selbst das Gewicht der Aktuatoren trägt. Ein Bein als eine Art von angetriebenem Tensegrity, das vielleicht keine Struktur hat, wie wir es normalerweise denken, keine Scharniere, keine Gelenke, nur angetriebene Winden

Das leichte "Bein" kann sehr schnell und sanft bewegt werden, mit geringeren Trägheitsreaktionskräften als ein schweres Bein mit all seinen Scharnieren, an denen die Antriebsmotoren befestigt sind

Die Betätigungskräfte sind breit verteilt, so dass das Glied sehr leicht, steif und in Überlastsituationen belastbar sein kann und keine großen Punktlasten auf seine Befestigungsstruktur ausübt. Die triangulierte Struktur (eine Art paralleler, angetriebener Scharniere) bringt alle Kräfte auf das System in Ausrichtung mit den Aktuatoren, was ein sehr steifes und leichtes 5-Achsen-System ermöglicht

In der nächsten Phase der Freigabe dieser Idee, ein anweisbares oder 2 von hier, zeige ich einige Möglichkeiten, einen angetriebenen 3-Achsen-Knöchel hinzuzufügen, wobei die Kraft und Masse der hinzugefügten Achse auch auf dem Körper, nicht auf der Extremität, liegt. Der "Knöchel" kann sich nach links und rechts drehen, einen Fuß oder eine Klaue nach oben und unten neigen und den Fuß oder die 3-Punkt-Klaue öffnen und schließen. (8 Achsen oder DOF)

Ich bin zu all dem gekommen, indem ich Tensegrity gelernt und darüber nachgedacht habe, also werde ich einen Moment damit verbringen, das unten durchzugehen

Tensegrity ist eine andere Art, Struktur zu betrachten

Aus Wikipedia "Tensegrity, Zugintegrität oder schwimmende Kompression ist ein Konstruktionsprinzip, das auf der Verwendung isolierter Komponenten bei Druck innerhalb eines Netzes kontinuierlicher Spannung basiert, so dass sich die komprimierten Elemente (normalerweise Stäbe oder Streben) nicht berühren und die vorgespannten Zugglieder (meist Seile oder Spannglieder) grenzen das System räumlich ab.[1]"

Tensegrity kann das grundlegende strukturelle System unserer entwickelten Anatomie sein, von den Zellen bis zu den Wirbeln, die Prinzipien der Tensegrity scheinen beteiligt zu sein, insbesondere in Systemen, in denen es um Bewegung geht. Tensegrity ist zur Studie von Chirurgen, Biomechanikern und NASA-Robotern geworden, die versuchen zu verstehen, wie wir arbeiten und wie Maschinen einen Teil unserer Belastbarkeit, Effizienz und leichten, robusten Struktur erreichen können.

Eines der frühen Wirbelsäulenmodelle von Tom Flemon

Ich habe das Glück, auf Salt Spring Island mit einer der weltweit größten Ressourcen über Tensegrity, den Forscher und Erfinder Tom Flemons, gelebt zu haben.

Tom ist vor ziemlich genau einem Jahr gestorben, und seine Website wird ihm immer noch zu Ehren gepflegt. Es ist eine großartige Ressource für Tensegrity im Allgemeinen und insbesondere für Tensegrity und Anatomy.

intensiondesigns.ca

Tom half mir zu erkennen, dass es Raum für mehr Menschen gibt, an der Anwendung von Tensegrity in unserem Leben zu arbeiten, und indem wir die Prinzipien der Reduzierung der Struktur auf ihre minimalen Komponenten anwenden, könnten wir Systeme haben, die leichter, widerstandsfähiger und flexibler sind.

Im Jahr 2005 kam mir im Gespräch mit Tom die Idee für ein kontrollierbares Tensegrity-basiertes Roboterglied. Ich war mit anderen Dingen beschäftigt, schrieb aber eine kurze Zusammenfassung, hauptsächlich für meine Notizen. Ich habe es nicht sehr verbreitet, und es ist seitdem meistens nur durchgesickert, wobei ich gelegentlich mit den Leuten darüber gesprochen habe.

Ich habe beschlossen, dass ein Teil meines Problems bei der Weiterentwicklung darin besteht, dass ich kein großer Programmierer bin, und damit es nützlich ist, muss es programmiert werden. Also habe ich beschlossen, es öffentlich zu veröffentlichen, in der Hoffnung, dass andere mitmachen und es nutzen.

Im Jahr 2015 habe ich versucht, ein Arduino-gesteuertes Winden-Tensegrity-System zu bauen, aber meine Programmierkenntnisse waren nicht ausreichend, das von mir verwendete mechanische System war unter anderem zu schwach. Ein großes Problem, das ich gefunden habe, ist, dass das System bei einer kabelbetriebenen Tensegrity-Version die Spannung aufrechterhalten muss, sodass sich die Servos ständig gegenseitig belasten und sehr genau sein müssen. Es war mit dem von mir ausprobierten System nicht möglich, zum Teil, weil die Ungenauigkeit von RC-Servos es schwierig macht, 6 konsistent zu haben. Also habe ich es für ein paar Jahre beiseite gelegt…. Dann

Als ich im Januar letzten Jahres daran arbeitete, meine Zeichenfähigkeiten in Autodesk 360 Fusion zu verbessern und nach Projekten für meinen 3D-Drucker zu suchen, begann ich noch einmal ernsthaft darüber nachzudenken. Ich hatte mich über kabelbetriebene Roboterbetätigungen informiert und deren Programmierung schien immer noch komplexer zu sein, als ich bewältigen konnte. Und DANN diesen Sommer, nachdem ich mir viele Delta-Roboter und 5R-Parallelbewegungssysteme angeschaut hatte, wurde mir klar, dass sie kombiniert werden können und es eine andere, nicht-tensegrale Art sein würde, die 5+-Achsen-Bewegung zu realisieren, die ich mir in meinem Tensegrity-Roboter vorgestellt hatte. Es wäre auch mit RC-Servos machbar, da keine der Servos im Gegensatz zu einer anderen arbeitet, so dass eine Positionsungenauigkeit es nicht abschalten würde.

In diesem anweisbaren werde ich über beide Systeme sprechen. Der Tensegral und der Zwilling 5R parallel. Am Ende, wenn der Wettbewerb abgeschlossen ist, habe ich alle druckbaren Dateien für das Twin 5R ART-Glied, das hier enthalten ist.

Ich werde auch die 3D-druckbaren Teile für die Tensegral-Version meines ART-Gliedmaßen-Robotersimulators hinzufügen. Ich würde gerne von Leuten hören, die denken, dass sie die Winden und Steuerungen ausarbeiten können, um eine angetriebene Einheit zu bauen. Zu diesem Zeitpunkt mag ich sie überfordern, aber die kabelbetriebenen, auf Tensegrity basierenden Systeme sind wahrscheinlich leichter, schneller und haben eine geringere Anzahl von Teilen sowie eine höhere Widerstandsfähigkeit bei Überlastungen und Stürzen. Ich denke, sie werden viel dynamischere Steuerungsstrategien erfordern, wobei das System wahrscheinlich sowohl mit Positions- als auch mit Lastrückmeldung am besten funktioniert.

Die Alternative, das ART-Glied als geschichtetes oder Zwillings-5R-Parallel, das ich hier am Ende beschreibe, erfordert keinen Aktuator, der gegen einen anderen arbeitet, ist also toleranter gegenüber Positionsfehlern und reduziert die minimale Anzahl von Aktuatoren von 6- 8 bis 5. Irgendwann werde ich mehrere Versionen von beiden bauen und sie verwenden, um meinen eigenen gehenden Mecha zu bauen, aber das ist für später…. Zur Zeit…..

Schritt 1: Ein Tensegrity-Roboter aus einem reflektierten Tetraeder-Paar?

Warum Tensegrity?

Welche Vorteile hat es, ein Bein in einem Spannnetz von Hochgeschwindigkeits-Präzisionswinden aufgehängt zu haben?

SCHNELL, EFFIZIENT, GERINGE KOSTEN,

Wenn Sie im Design etwas von A nach B bewegen müssen, haben Sie oft die Wahl, das Objekt zu schieben oder das Objekt zu ziehen. Etwas, das Designer wie Buckminster Fuller gezeigt haben, ist, dass das Ziehen über das Schieben einige große Vorteile hat. Obwohl Bucky für seine Kuppeln bekannt ist, waren seine späteren erdbebensicheren Gebäude meistens Betonkerntürme, deren Böden so angeordnet waren, dass sie an einer pilzähnlichen Spitze hingen.

Zugelemente ziehen, wie ein Seil oder eine Kette, sie entziehen sich den Knicklasten, denen Druck- (oder Druck-) Elemente ausgesetzt sind, und können daher viel leichter sein. Ein Hydraulikzylinder und eine Vorrichtung zum Heben eines Aufzugs könnten 50 Tonnen wiegen, während ein Kabelsystem nur 1 wiegen könnte.

So kann ein Tensegral-Bein oder -Glied schnell, leicht und steif sein und dennoch in allen Achsen gegen Überlastung widerstandsfähig sein.

Schritt 2:

Was ist die ideale Geometrie? Warum die überlappenden Dreiecke? Wie viele Kabel?

Mit dieser überlappenden Tensegrity-Geometrie kann ein breiterer Bewegungsbereich geschaffen werden. In diesem orangefarbenen Beispiel habe ich reflektierte Pyramiden (4 Kontrolllinien pro Ende) als Struktur verwendet, anstelle der reflektierten Tetraeder, die ich im rosafarbenen Beispiel verwendet habe, 8 Kabel anstelle von 6. Die Erhöhung auf vier Verankerungspunkte für jedes Ende (an den Positionen 12, 3, 6, 9) geben einen größeren Bewegungsbereich. In der rosa Geometrie mit 3 Anlegepunkten sind mehr Singularitäten möglich, bei denen der Baum aus dem kontrollierten Bereich "herausspringen" kann. Eine Erhöhung der Anzahl der Liegeplätze könnte auch zu Redundanzen führen.

Schritt 3: Delta Plus Zweibein = 5-Achsen-Bein

Ein Paar 5R Parallelroboter + Ein weiterer = 5-Achsen-Bewegung

Was ich gesehen habe, ist, dass zum Steuern eines 5-Achsen-"Beins" ein einfacher Mechanismus darin besteht, ein Paar unabhängiger 5R-Gestänge sowie ein fünftes einzelnes Glied zu verwenden, um das Paar 5R-Glieder kontrollierbar zu neigen.

Ich habe noch eine Menge mehr hinzuzufügen, wollte dies jedoch veröffentlichen, damit ich ein Feedback dazu bekommen kann.

Zweiter im Robotik-Wettbewerb