Tensegrity ou Double 5R Parallel Robot, 5 Axis (DOF) Barato, Resistente, Controle de Movimento: 3 Passos (com Imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

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Sobre: Durante a última década ou mais, estive muito preocupado com o fato de o planeta permanecer habitável em um futuro próximo. Sou um artista, designer, inventor, com foco em questões de sustentabilidade. Eu me concentrei… Mais sobre Drewrt »

Espero que você pense que esta é a GRANDE ideia para o seu dia! Esta é uma inscrição na competição Instructables Robotics encerrada em 2 de dezembro de 2019

O projeto chegou à rodada final de julgamento e não tive tempo de fazer as atualizações que queria! Eu estive fora de uma tangente que está relacionada, mas não diretamente, mais por vir. Para acompanhar Siga-me! e, por favor, comente, sou um exibicionista introvertido, então adoro ver seus pensamentos

Além disso, estou esperando por alguma ajuda na eletrônica da versão de ligação 5R do meu projeto, eu tenho Pi e Arduino e um escudo de driver para ele, mas a programação está um pouco além de mim. Está no final disso.

Não gastei muito tempo nisso, mas adoraria que a unidade que imprimi em alguém que tenha tempo de trabalhar em suas mãos. Se quiser, deixe um comentário e esteja pronto para pagar o frete. Incluindo a placa também está montada, tem cerca de 2,5 kg. Vou fornecer um arduino e blindagem do motor, e ele tem os 5 servos montados. Quem quiser terá que pagar o frete de Nelson BC.

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Isso descreve algumas das que eu acho que são novas maneiras de fazer um membro, braço, perna ou segmento de robô de 5 eixos como Tensegrity ou como uma versão Delta + Bipod da cinemática 5R

Membros de 3 eixos, como os usados no Big Dog Boston Dynamics, permitem que um pé seja colocado no espaço 3D, mas não podem controlar o ângulo do pé em relação à superfície, então os pés são sempre redondos e você não pode facilmente tem dedos do pé ou garras para cavar ou estabilizar. A escalada pode ser complicada, pois o pé redondo gira naturalmente quando o corpo se move para a frente

Um membro de 5 eixos pode colocar e manter seu "pé" em qualquer ângulo desejado, conforme seu corpo se move, em qualquer ponto dentro de sua faixa de trabalho, então 5 eixos tem mais tração e pode subir ou manobrar com mais opções de posicionamento de pés ou ferramentas

Esperançosamente, essas ideias permitirão que você veja como criar e manobrar uma "perna" de 5 eixos em um espaço de 3 eixos (mesmo que seja muito grande), sem que a própria perna carregue o peso dos atuadores. Uma perna como uma espécie de tensegridade motorizada, que pode não ter uma estrutura como geralmente pensamos nela, sem dobradiças, sem juntas, apenas guinchos motorizados

A "perna" leve pode ser movida muito rápida e suavemente, com forças de reação inerciais mais baixas para controlar do que uma perna pesada e todas as suas dobradiças, com seus motores de acionamento acoplados a ela

As forças de atuação são amplamente distribuídas, de modo que o membro pode ser muito leve, rígido e resistente em situações de sobrecarga, além de não impor grandes cargas pontuais em sua estrutura de montagem. A estrutura triangulada (uma espécie de dobradiças elétricas paralelas) alinha todas as forças do sistema com os atuadores, permitindo um sistema de 5 eixos muito rígido e leve

No próximo estágio de liberação desta ideia, um instrutível ou 2 a partir daqui, mostrarei algumas maneiras de adicionar um tornozelo motorizado de 3 eixos, com a força e a massa dos eixos adicionados também no corpo, não no membro. O "tornozelo" será capaz de girar para a esquerda e para a direita, inclinar um pé ou garra para cima e para baixo e abrir e fechar o pé ou garra de 3 pontos. (8 eixos ou DOF)

Cheguei a tudo isso aprendendo e pensando sobre Tensegridade, então vou passar um momento examinando isso a seguir

Tensegridade é uma maneira diferente de ver a estrutura

Da Wikipedia "Tensegridade, integridade tensional ou compressão flutuante é um princípio estrutural baseado no uso de componentes isolados em compressão dentro de uma rede de tensão contínua, de forma que os membros comprimidos (geralmente barras ou escoras) não se toquem e os membros pré-tensionados e tensionados (geralmente cabos ou tendões) delineiam o sistema espacialmente. [1]"

A tensegridade pode ser o sistema estrutural básico para nossa anatomia evoluída, das células às vértebras; os princípios da tensegridade parecem estar envolvidos, especialmente em sistemas que envolvem movimento. Tensegrity se tornou o estudo de cirurgiões, biomecanistas e roboticistas da NASA, procurando entender como trabalhamos e como as máquinas podem obter um pouco de nossa resiliência, eficiência e estrutura robusta leve.

Um dos primeiros modelos de coluna de Tom Flemon

Tenho a sorte de ter vivido na Ilha de Salt Spring com um dos maiores recursos do mundo sobre Tensegrity, o pesquisador e inventor Tom Flemons.

Tom faleceu há quase exatamente um ano, e seu site ainda é mantido em sua homenagem. É um ótimo recurso para Tensegridade em geral e, especialmente, para Tensegridade e Anatomia.

intensiondesigns.ca

Tom me ajudou a ver que havia espaço para mais pessoas trabalharem em como aplicar tensegridade a nossas vidas e, usando seus princípios de redução da estrutura a seus componentes mínimos, poderíamos ter sistemas mais leves, resilientes e flexíveis.

Em 2005, conversando com Tom, tive a ideia de um membro robótico baseado em tensegridade controlável. Eu estava ocupado com outras coisas, mas escrevi um breve resumo sobre isso, principalmente para minhas anotações. Eu não o circulei muito amplamente e, desde então, é apenas difundido comigo ocasionalmente conversando sobre isso com as pessoas.

Decidi que, uma vez que parte do meu problema em desenvolvê-lo ainda mais, é que não sou muito de um programador e, para ser útil, ele precisa ser programado. Portanto, decidi lançá-lo publicamente, na esperança de que outros embarquem e façam uso dele.

Em 2015, tentei construir um sistema de tensegridade guincho controlado por Arduino, mas minhas habilidades de programação não estavam à altura, o sistema mecânico que usei era de baixa potência, entre outros problemas. Um grande problema que descobri é que em uma versão de tensegridade acionada por cabo, o sistema precisa manter a tensão, então os servos estão constantemente carregando uns aos outros e precisam ser muito precisos. Não foi possível com o sistema que experimentei, em parte porque a imprecisão dos servos RC torna difícil ter 6 consistentemente em concordância. Então, eu o deixei de lado por alguns anos…. Então

Em janeiro passado, enquanto estava trabalhando na atualização de minhas habilidades de desenho no Autodesk 360 Fusion e procurando projetos para construir com minha impressora 3D, comecei a pensar sobre isso de novo, mais seriamente. Eu estava lendo sobre a atuação robótica por cabo e programá-los ainda parecia algo mais complexo do que eu poderia lidar. E ENTÃO neste verão, depois de olhar para muitos robôs delta e sistemas de movimento paralelo 5R, percebi que eles poderiam ser combinados, e seria outra forma, não tensegral, de realizar o movimento de 5+ eixos que imaginei em meu robô de tensegridade. Também seria possível com servo RC, já que nenhum servo funciona em oposição a outro, então a imprecisão da posição não o desligaria.

Neste instrutível, falarei sobre os dois sistemas. O tensegral e o paralelo 5R gêmeo. No final, quando o concurso terminar, terei todos os arquivos para impressão do membro gêmeo 5R ART, incluídos aqui.

Também incluirei as peças para impressão em 3D da versão Tensegral do meu simulador robótico de membro ART. Eu adoraria ouvir de pessoas que pensam que podem trabalhar com guinchos e controles para fazer uma unidade motorizada. Nesse estágio, eles podem estar além de mim, mas os sistemas baseados em Tensegridade acionados por cabo provavelmente serão mais leves, rápidos e terão contagens de peças menores, além de serem mais resistentes durante sobrecargas e travamentos. Acho que eles exigirão estratégias de controle muito mais dinâmicas, com o sistema provavelmente funcionando melhor com feedback de posição e carga.

A alternativa, o membro ART como um paralelo 5R em camadas ou gêmeos, que descrevo no final aqui, não requer nenhum atuador para trabalhar contra outro, portanto, será mais tolerante a erros de posição e reduz o número mínimo de atuadores de 6 8 a 5. Eventualmente, vou construir várias versões de ambos e usá-los para construir meu próprio Mecha ambulante, mas isso é para mais tarde…. Por enquanto…..

Etapa 1: Um robô de tensegridade de um par refletido de tetraedros?

Por que Tensegridade?

Quais são as vantagens de ter uma perna suspensa em uma rede de tensão de guinchos de precisão de alta velocidade?

RÁPIDO, EFICIENTE, CUSTO BAIXO,

No design, quando você precisa mover algo de A para B, geralmente tem a opção de empurrar ou puxar o objeto. Algo que designers como Buckminster Fuller mostraram é que existem alguns grandes benefícios em puxar e empurrar. Embora Bucky seja conhecido por seus domos, seus últimos edifícios resistentes a terremotos eram na maioria torres centrais de concreto, com os pisos dispostos para serem pendurados em um topo em forma de cogumelo.

Os elementos de tensão puxam, como um cabo ou corrente, eles escapam de ter que carregar as cargas de flambagem que os elementos de empurrar (ou compressão) enfrentam e por isso eles podem ser muito mais leves. Um cilindro hidráulico e um aparelho para levantar um elevador podem pesar 50 tons, enquanto um sistema de cabo pode pesar apenas 1.

Portanto, uma perna ou membro Tensegral pode ser rápido, leve e rígido e ainda ser resistente à sobrecarga em todos os eixos.

Passo 2:

Qual é a geometria ideal? Por que os triângulos sobrepostos? Quantos cabos?

Com essa geometria de tensegridade sobreposta, uma gama mais ampla de movimento pode ser criada. Neste exemplo de cor laranja, usei pirâmides refletidas (4 linhas de controle por extremidade) como a estrutura, em vez dos tetraedros refletidos que usei no exemplo de cor rosa, 8 cabos em vez de 6. O aumento para quatro pontos de amarração para cada extremidade (nas posições 12, 3, 6, 9) fornecem uma área maior de movimento. Na geometria rosa de 3 pontos de amarração, há mais singularidades possíveis onde a lança pode "saltar" para fora da área controlada. Aumentar o número de pontos de amarração também pode gerar redundância.

Etapa 3: Bipé Delta Plus = Perna de 5 eixos

Um par de robôs paralelos 5R + mais um = movimento de 5 eixos

O que descobri é que, para controlar uma "perna" de 5 eixos, um mecanismo simples é usar um par de ligações 5R independentes, bem como um 5º link único para inclinar controladamente o par de ligações 5R.

Eu tenho muito mais a acrescentar, mas gostaria de divulgar isso para que eu pudesse obter algum feedback sobre ele.

Vice-campeão no concurso de robótica