Tensegrity ou Double Robot Parallèle 5R, 5 Axes (DOF) Peu coûteux, Robuste, Contrôle de Mouvement : 3 Étapes (avec Photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

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À propos: Au cours de la dernière décennie, j'ai été très préoccupé par le fait que la planète reste habitable dans un avenir prévisible. Je suis un artiste, designer, inventeur, qui se concentre sur les questions de durabilité. Je me suis concentré… En savoir plus sur Drewrt »

J'espère que vous penserez que c'est la GRANDE idée pour votre journée ! Ceci est une entrée dans le concours Instructables Robotics qui se termine le 2 décembre 2019

Le projet a atteint la phase finale d'évaluation, et je n'ai pas eu le temps de faire les mises à jour que je voulais ! Je suis parti sur une tangente qui est liée mais pas directement, plus à venir là-dessus. Pour suivre Suivez-moi ! et s'il vous plaît commentez, je suis un exhibitionniste introverti donc j'aime voir vos pensées

De plus, j'espère obtenir de l'aide sur l'électronique de la version de liaison 5R de mon projet, j'ai à la fois des Pi et des Arduino et un bouclier de pilote pour cela, mais la programmation me dépasse un peu. C'est à la fin de ça.

Je n'ai pas passé de temps là-dessus, mais j'adorerais faire imprimer l'unité que j'ai imprimée à quelqu'un qui a le temps de travailler dessus. Si vous le souhaitez, laissez un commentaire et soyez prêt à payer les frais de port. Avec la planche qu'il est monté aussi, il fait environ 2,5 kg. Je vais fournir un arduino et un blindage moteur, et les 5 servos sont montés. Quiconque le souhaite devra payer les frais d'expédition depuis Nelson BC.

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Cela décrit quelques-unes de ce que je pense être de nouvelles façons de créer un membre, un bras, une jambe ou un segment de robot à 5 axes en tant que tenségrité ou en tant que version Delta + Bipod de la cinématique 5R

Les membres à 3 axes, comme ceux utilisés sur le Boston Dynamics Big Dog, permettent de placer un pied dans l'espace 3D, mais ne peuvent pas contrôler l'angle du pied par rapport à la surface, de sorte que les pieds sont toujours ronds et vous ne pouvez pas facilement avoir des orteils ou des griffes pour s'enfoncer ou se stabiliser. L'escalade peut être délicate car le pied rond roule naturellement lorsque le corps avance

Un membre à 5 axes peut placer et garder son "pied" à n'importe quel angle souhaité, lorsque son corps bouge, sur n'importe quel point dans sa plage de travail, de sorte que 5 axes a plus de traction et peut grimper ou manœuvrer avec plus d'options de placement de pied ou d'outil

Ces idées vous permettront, espérons-le, de voir comment créer et manœuvrer une "jambe" à 5 axes dans un espace à 3 axes (même si elle est très grande), sans que la jambe elle-même porte le poids des actionneurs. Une jambe comme une sorte de tenségrité motorisée, qui n'a peut-être pas de structure comme on le pense généralement, pas de charnières, pas de joints, juste des treuils motorisés

La "jambe" légère peut être déplacée très rapidement et en douceur, avec des forces de réaction d'inertie plus faibles à gérer qu'une jambe lourde et toutes ses charnières, avec ses moteurs d'entraînement qui y sont attachés

Les forces d'actionnement sont largement réparties, de sorte que le membre peut être très léger, rigide et résilient dans des situations de surcharge ainsi que de ne pas imposer de charges ponctuelles importantes sur sa structure de montage. La structure triangulée (une sorte de charnières motorisées parallèles) met toutes les forces sur le système en alignement avec les actionneurs, permettant un système à 5 axes très rigide et léger

Dans la prochaine étape de la sortie de cette idée, une instructable ou 2 à partir d'ici, je vais montrer quelques façons d'ajouter une cheville à 3 axes motorisée, avec la puissance et la masse de l'axe ajouté également sur le corps, pas sur le membre. La "cheville" pourra pivoter à gauche et à droite, incliner un pied ou une griffe de haut en bas, et ouvrir et fermer le pied ou la griffe à 3 points. (8 axes ou DOF)

Je suis arrivé à tout cela en apprenant et en pensant à la Tenségrité, je vais donc passer un moment à en parler ci-dessous

La tenségrité est une façon différente de voir la structure

De Wikipedia "La tenségrité, l'intégrité de tension ou la compression flottante est un principe structurel basé sur l'utilisation de composants isolés en compression à l'intérieur d'un filet de tension continue, de telle manière que les éléments comprimés (généralement des barres ou des entretoises) ne se touchent pas et les éléments tendus précontraints (généralement des câbles ou des tendons) délimitent le système dans l'espace.[1]"

La tenségrité peut être le système structurel de base de notre anatomie évoluée, des cellules aux vertèbres, les principes de la tenségrité semblent être impliqués, en particulier dans les systèmes où le mouvement est concerné. La tenségrité est devenue l'étude des chirurgiens, des biomécaniciens et des roboticiens de la NASA, cherchant à comprendre à la fois comment nous travaillons et comment les machines peuvent obtenir une partie de notre résilience, de notre efficacité et de notre structure légère et robuste.

L'un des premiers modèles de colonne vertébrale de Tom Flemon

J'ai la chance d'avoir vécu sur Salt Spring Island avec l'une des meilleures ressources au monde sur la Tenségrité, le chercheur et inventeur Tom Flemons.

Tom est décédé il y a presque exactement un an et son site Web est toujours maintenu en son honneur. C'est une excellente ressource pour la Tenségrité en général, et en particulier pour la Tenségrité et l'Anatomie.

intensiondesigns.ca

Tom m'a aidé à voir qu'il y avait de la place pour que plus de personnes travaillent sur la façon d'appliquer la tenségrité à nos vies, et en utilisant ses principes de réduction de la structure à ses composants minimaux, nous pourrions avoir des systèmes plus légers, plus résistants et flexibles.

En 2005, en discutant avec Tom, j'ai eu l'idée d'un membre robotique contrôlable basé sur la tenségrité. J'étais occupé avec d'autres choses, mais j'ai écrit un bref mémoire là-dessus, principalement pour mes notes. Je ne l'ai pas fait circuler très largement, et c'est surtout depuis lors que j'en parle de temps en temps avec les gens.

J'ai décidé qu'une partie de mon problème en le développant davantage est que je ne suis pas vraiment un programmeur, et pour que cela soit utile, il doit être programmé. J'ai donc décidé de le publier publiquement, dans l'espoir que d'autres s'y joindront et s'en serviront.

En 2015, j'ai essayé de construire un système de tenségrité à treuil contrôlé par Arduino, mais mes deux compétences en programmation n'étaient pas à la hauteur, le système mécanique que j'utilisais était sous-alimenté, entre autres problèmes. Un gros problème que j'ai trouvé est que dans une version à tenségrité entraînée par câble, le système doit maintenir la tension, de sorte que les servos se chargent constamment les uns les autres et doivent être très précis. Ce n'était pas possible avec le système que j'ai essayé, en partie parce que l'imprécision des servos RC rend difficile d'avoir 6 toujours en accord. Alors je l'ai mis de côté pendant quelques années…. Puis

En janvier dernier, alors que je travaillais sur la mise à niveau de mes compétences en dessin d'Autodesk 360 Fusion et que je cherchais des projets à construire avec mon imprimante 3D, j'ai recommencé à y penser, plus sérieusement. J'avais lu sur l'actionnement robotique entraîné par câble et les programmer semblait toujours être quelque chose de plus complexe que ce que je pouvais gérer. Et PUIS cet été, après avoir examiné de nombreux robots delta et systèmes de mouvement parallèle 5R, j'ai réalisé qu'ils pouvaient être combinés, et ce serait une autre façon, non tenségrale, de réaliser le mouvement à 5 axes + que j'avais envisagé dans mon robot de tenségrité. Cela serait également faisable avec les servos RC car aucun des servos ne fonctionne en opposition à un autre, donc l'imprécision de la position ne l'arrêterait pas.

Dans ce instructable je vais parler des deux systèmes. Le tenségral et le parallèle jumeau 5R. À la fin, au moment où le concours sera terminé, j'aurai tous les fichiers imprimables pour le membre jumeau 5R ART, inclus ici.

J'inclurai également les pièces imprimables en 3D pour la version Tensegral de mon simulateur robotique de membre ART. J'aimerais entendre des gens qui pensent qu'ils peuvent travailler sur les treuils et les commandes pour faire une unité motorisée. À ce stade, ils me dépassent peut-être, mais les systèmes à câble et basés sur la tenségrité sont susceptibles d'être plus légers, plus rapides et d'avoir un nombre de pièces inférieur, tout en étant plus résistants lors des surcharges et des accidents. Je pense qu'ils nécessiteront des stratégies de contrôle beaucoup plus dynamiques, le système fonctionnant probablement mieux avec le retour de position et de charge.

L'alternative, le membre ART en tant que parallèle 5R en couches ou jumeau, que je décris à la fin ici ne nécessite aucun actionneur pour fonctionner contre un autre, il sera donc plus tolérant aux erreurs de position, et il réduit le nombre minimal d'actionneurs de 6- 8 à 5. Finalement, je vais construire plusieurs versions des deux et les utiliser pour construire mon propre Mecha ambulant, mais c'est pour plus tard…. Pour l'instant…..

Étape 1: Un robot de tenségrité à partir d'une paire réfléchie de tétraèdres ?

Pourquoi la Tenségrité ?

Quels sont les avantages d'avoir une jambe suspendue dans un filet de tension de treuils de précision à grande vitesse ?

RAPIDE, EFFICACE, FAIBLE COT,

En design, lorsque vous devez déplacer quelque chose de A à B, vous avez souvent le choix, pousser l'objet ou tirer l'objet. Quelque chose que des concepteurs comme Buckminster Fuller ont montré, c'est qu'il y a de gros avantages à s'arrêter en poussant. Bien que Bucky soit connu pour ses dômes, ses derniers bâtiments résistants aux séismes étaient le plus souvent des tours à noyau de béton, les étages étant disposés pour être suspendus à un sommet en forme de champignon.

Les éléments de tension tirent, comme un câble ou une chaîne, ils échappent aux charges de flambement auxquelles sont confrontés les éléments de poussée (ou de compression) et de ce fait, ils peuvent être beaucoup plus légers. Un vérin hydraulique et un appareil pour soulever un ascenseur peuvent peser 50 tonnes, alors qu'un système de câble peut peser seulement 1.

Ainsi, une jambe ou un membre Tensegral peut être rapide, léger et rigide, tout en résistant à la surcharge dans tous les axes.

Étape 2:

Quelle est la géométrie idéale ? Pourquoi les triangles qui se chevauchent ? Combien de câbles ?

Avec cette géométrie de tenségrité superposée, une plus grande plage de mouvement peut être créée. Dans cet exemple de couleur orange, j'ai utilisé des pyramides réfléchies (4 lignes de contrôle par extrémité) comme structure, au lieu des tétraèdres réfléchis que j'ai utilisés dans l'exemple de couleur rose, 8 câbles au lieu de 6. L'augmentation à quatre points d'amarrage pour chaque extrémité (aux positions 12, 3, 6, 9) donnent une plus grande zone de mouvement. Dans la géométrie rose à 3 points d'amarrage, il y a plus de singularités possibles où la bôme peut "sortir" de la zone contrôlée. L'augmentation du nombre de points d'amarrage pourrait également créer une redondance.

Étape 3: Delta Plus Bipied = Jambe à 5 axes

Une paire de robots parallèles 5R + un de plus = mouvement sur 5 axes

Ce que j'en suis venu à voir, c'est que pour contrôler une "jambe" à 5 axes, un mécanisme simple consiste à utiliser une paire de liaisons 5R indépendantes, ainsi qu'une 5e liaison unique pour incliner de manière contrôlable la paire de liaisons 5R.

J'ai beaucoup d'autres choses à ajouter, mais je voulais le faire sortir afin d'avoir des commentaires à ce sujet.

Finaliste du concours de robotique