Tensegrity o doppio robot parallelo 5R, 5 assi (DOF) economico, resistente, controllo del movimento: 3 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

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A proposito: negli ultimi dieci anni sono stato molto preoccupato che il pianeta rimanesse abitabile nel prossimo futuro. Sono un artista, designer, inventore, focalizzato sui temi della sostenibilità. Mi sono concentrato… Maggiori informazioni su Drewrt »

Spero che penserete che questa sia la GRANDE idea per la vostra giornata! Questa è una voce del concorso Instructables Robotics che si chiuderà il 2 dicembre 2019

Il progetto è arrivato alla fase finale di valutazione e non ho avuto il tempo di fare gli aggiornamenti che volevo! Sono andato su una tangente che è correlata ma non direttamente, ne seguiranno altre. Per tenere il passo Seguimi! e per favore commenta, sono un esibizionista introverso quindi amo vedere i tuoi pensieri

Inoltre, spero in un aiuto sull'elettronica della versione di collegamento 5R del mio progetto, ho sia Pi che Arduino e uno scudo del driver per questo, ma la programmazione è un po' oltre me. È alla fine di questo.

Non ho speso tempo su questo, ma mi piacerebbe avere l'unità che ho stampato in qualcuno che ha tempo per lavorarci sopra. Se lo desideri, lascia un commento e preparati a pagare la spedizione. Compreso anche il tabellone è montato, pesa circa 2,5 kg. Fornirò un arduino e lo scudo del motore, e ha i 5 servi montati. Chi lo desidera dovrà pagare la spedizione da Nelson BC.

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Questo descrive un paio di quelli che penso siano nuovi modi per creare un arto, braccio, gamba o segmento di un robot a 5 assi come Tensegrità o come versione Delta+Bipod della cinematica 5R

Gli arti a 3 assi, come quelli usati sul Boston Dynamics Big Dog, consentono di posizionare un piede nello spazio 3D, ma non possono controllare l'angolo del piede rispetto alla superficie, quindi i piedi sono sempre rotondi e non puoi facilmente avere dita dei piedi o artigli per scavare o stabilizzare. L'arrampicata può essere difficile poiché il piede rotondo rotola naturalmente quando il corpo si sposta in avanti

Un arto a 5 assi può posizionare e mantenere il suo "piede" a qualsiasi angolazione desiderata, mentre il suo corpo si muove, in qualsiasi punto all'interno del suo raggio di lavoro, quindi 5 assi ha più trazione e può arrampicarsi o manovrare con più opzioni di posizionamento del piede o dello strumento

Si spera che queste idee ti permettano di vedere come creare e manovrare una "gamba" a 5 assi in uno spazio a 3 assi (anche se è molto grande), senza che la gamba stessa sostenga il peso degli attuatori. Una gamba come una sorta di tensegrità motorizzata, che potrebbe non avere una struttura come generalmente la pensiamo, senza cerniere, senza giunture, solo argani motorizzati

La "gamba" leggera può essere spostata molto rapidamente e senza intoppi, con forze di reazione inerziale inferiori da gestire rispetto a una gamba pesante e tutte le sue cerniere, con i suoi motori di azionamento collegati ad essa

Le forze di attuazione sono ampiamente distribuite, quindi l'arto può essere molto leggero, rigido ed essere resistente in situazioni di sovraccarico, oltre a non imporre grandi carichi puntuali sulla sua struttura di montaggio. La struttura triangolare (una sorta di cerniere parallele e motorizzate), porta tutte le forze sul sistema in allineamento con gli attuatori, consentendo un sistema a 5 assi molto rigido e leggero

Nella fase successiva del rilascio di questa idea, un istruibile o 2 da qui, mostrerò alcuni modi per aggiungere una caviglia a 3 assi alimentata, con la potenza e la massa degli assi aggiunti anche sul corpo, non sull'arto. La "caviglia" sarà in grado di ruotare a sinistra e a destra, inclinare un piede o un artiglio su e giù e aprire e chiudere il piede o l'artiglio a 3 punte. (8 assi o DOF)

Sono arrivato a tutto questo imparando e pensando a Tensegrità, quindi passerò un momento a esaminarlo di seguito

La tensegrità è un modo diverso di vedere la struttura

Da Wikipedia "Tensegrità, integrità tensionale o compressione flottante è un principio strutturale basato sull'utilizzo di componenti isolati in compressione all'interno di una rete di tensione continua, in modo tale che gli elementi compressi (solitamente barre o puntoni) non si tocchino e gli elementi tesi precompressi (di solito cavi o cavi) delineano spazialmente il sistema.[1]"

La tensegrità può essere il sistema strutturale di base per la nostra anatomia evoluta, dalle cellule alle vertebre, i principi della tensegrità sembrano essere coinvolti, specialmente nei sistemi in cui è coinvolto il movimento. Tensegrità è diventato lo studio di chirurghi, biomeccanici e robotici della NASA, cercando di capire sia come lavoriamo, sia come le macchine possono ottenere parte della nostra resilienza, efficienza e struttura leggera e robusta.

Uno dei primi modelli di colonna vertebrale di Tom Flemon

Sono fortunato ad aver vissuto a Salt Spring Island con una delle grandi risorse al mondo su Tensegrità, il ricercatore e inventore Tom Flemons.

Tom è morto quasi esattamente un anno fa e il suo sito web è ancora mantenuto in suo onore. È una grande risorsa per Tensegrità in generale, e specialmente per Tensegrità e Anatomia.

intensiondesigns.ca

Tom mi ha aiutato a capire che c'era spazio per più persone per lavorare su come applicare la tensegrità alle nostre vite e, usando i suoi principi di riduzione della struttura ai suoi componenti minimi, potremmo avere sistemi più leggeri, più resistenti e flessibili.

Nel 2005, parlando con Tom, mi è venuta l'idea di un arto robotico controllabile basato sulla tensegrità. Ero impegnato con altre cose, ma ho scritto un breve riassunto su di esso, principalmente per i miei appunti. Non l'ho fatto circolare molto ampiamente, e da allora è per lo più solo percolato con me che occasionalmente ne parlo con le persone.

Ho deciso che dal momento che una parte del mio problema nello sviluppo ulteriore è che non sono un gran programmatore, e affinché sia utile, deve essere programmato. Quindi ho deciso di rilasciarlo pubblicamente, nella speranza che altri ne saliranno a bordo e ne faranno uso.

Nel 2015 ho provato a costruire un sistema di tensegrità controllato da Arduino, ma entrambe le mie capacità di programmazione non erano all'altezza, il sistema meccanico che ho usato era sottodimensionato, tra le altre cose. Un grosso problema che ho riscontrato è che in una versione tensegrita con cavo, il sistema deve mantenere la tensione, quindi i servo si caricano costantemente l'un l'altro e devono essere molto precisi. Non è stato possibile con il sistema che ho provato, in parte perché l'imprecisione dei servo RC rende difficile avere 6 costantemente in accordo. Così l'ho messo da parte per qualche anno…. Quindi

Lo scorso gennaio, mentre stavo lavorando all'aggiornamento delle mie capacità di disegno di Autodesk 360 Fusion e alla ricerca di progetti da realizzare con la mia stampante 3D, ho iniziato a pensarci di nuovo, più seriamente. Stavo leggendo sull'attuazione robotica via cavo e la loro programmazione sembrava ancora qualcosa di più complesso di quanto potessi gestire. E POI quest'estate, dopo aver esaminato molti robot delta e sistemi di movimento parallelo 5R, mi sono reso conto che potevano essere combinati e sarebbe stato un altro modo, non tensegrale, di realizzare il movimento a 5+ assi che avevo immaginato nel mio robot tensegrile. Sarebbe anche fattibile con i servo RC poiché nessuno dei servo funziona in opposizione a un altro, quindi l'imprecisione di posizione non lo spegnerebbe.

In questo tutorial parlerò di entrambi i sistemi. Il tensegrale e il parallelo 5R gemello. Alla fine, al termine del concorso, avrò tutti i file stampabili per l'arto gemello 5R ART, inclusi qui.

Includerò anche le parti stampabili in 3D per la versione Tensegral del mio simulatore robotico per arti ART. Mi piacerebbe sentire da persone che pensano di poter lavorare sugli argani e sui controlli per creare un'unità motorizzata. In questa fase, potrebbero essere al di là di me, ma è probabile che i sistemi basati su Tensegrity basati su cavi siano più leggeri, più veloci e abbiano un numero di parti inferiore, oltre ad essere più resilienti durante i sovraccarichi e gli arresti anomali. Penso che richiederanno strategie di controllo molto più dinamiche, con il sistema che probabilmente funzionerà meglio sia con la posizione che con il feedback di carico.

L'alternativa, l'arto ART come parallelo 5R stratificato o gemello, che descrivo alla fine qui non richiede alcun attuatore per lavorare contro un altro, quindi sarà più tollerante all'errore di posizione e riduce il numero minimo di attuatori da 6- 8 a 5. Alla fine costruirò più versioni di entrambi e le userò per costruire il mio Mecha ambulante, ma questo è per dopo… Per adesso…..

Passaggio 1: un robot tensegrile da una coppia riflessa di tetraedri?

Perché Tensegrità?

Quali sono i vantaggi di avere una gamba sospesa in una rete di tensione di argani di precisione ad alta velocità?

VELOCE, EFFICIENTE, BASSO COSTO,

Nel design, quando devi spostare qualcosa da A a B, spesso hai la possibilità di scegliere, spingere l'oggetto o tirare l'oggetto. Qualcosa che designer come Buckminster Fuller hanno dimostrato è che ci sono alcuni grandi vantaggi nel tirare avanti. Sebbene Bucky sia noto per le sue cupole, i suoi successivi edifici resistenti ai terremoti erano spesso torri con nucleo di cemento, con i pavimenti disposti per essere appesi a una cima simile a un fungo.

Gli elementi di trazione tirano, come un cavo o una catena, sfuggono al dovere di sopportare i carichi di instabilità che gli elementi di spinta (o compressione) affrontano e per questo possono essere molto più leggeri. Un cilindro idraulico e un apparato per sollevare un ascensore potrebbero pesare 50 tonnellate, mentre un sistema di cavi potrebbe pesare solo 1.

Quindi una gamba o un arto Tensegral può essere veloce, leggero e rigido, ed essere comunque resistente al sovraccarico in tutti gli assi.

Passo 2:

Qual è la geometria ideale? Perché i triangoli sovrapposti? Quanti cavi?

Con questa geometria tensegrile sovrapposta è possibile creare una gamma più ampia di movimento. In questo esempio di colore arancione ho usato piramidi riflesse (4 linee di controllo per estremità) come struttura, invece dei tetraedri riflessi che ho usato nell'esempio di colore rosa, 8 cavi invece di 6. L'aumento a quattro punti di ormeggio per ciascuna estremità (nelle posizioni 12, 3, 6, 9) danno un'area di movimento più ampia. Nella geometria rosa a 3 punti di ormeggio, ci sono più singolarità possibili in cui il boma può "sbucare" fuori dall'area controllata. L'aumento del numero di punti di ormeggio potrebbe anche creare ridondanza.

Passaggio 3: bipiede Delta Plus = gamba a 5 assi

Una coppia di robot paralleli 5R + uno in più = movimento a 5 assi

Quello che sono arrivato a vedere è che per controllare una "gamba" a 5 assi, un meccanismo semplice consiste nell'utilizzare una coppia di collegamenti 5R indipendenti, nonché un quinto collegamento singolo per inclinare in modo controllabile la coppia di collegamenti 5R.

Ho ancora un sacco di cose da aggiungere, ma volevo pubblicarlo in modo da poter avere un feedback su di esso.

Secondo classificato al concorso di robotica