Robot paralelo de tensegridad o doble 5R, 5 ejes (DOF) Económico, resistente, control de movimiento: 3 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

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Acerca de: Durante la última década más o menos, me ha preocupado mucho que el planeta siga siendo habitable en el futuro previsible. Soy un artista, diseñador, inventor, que se enfoca en temas de sustentabilidad. Me he centrado … Más sobre Drewrt »

¡Espero que pienses que esta es la GRAN idea para tu día! Esta es una entrada en la competencia Instructables Robotics que cierra el 2 de diciembre de 2019

El proyecto ha llegado a la ronda final de evaluación y no he tenido tiempo de hacer las actualizaciones que quería. Me he desviado por una tangente que está relacionada pero no directamente, más por venir. Para seguir el ritmo ¡Sígueme! y por favor comenta, soy un exhibicionista introvertido, así que me encanta ver tus pensamientos

Además, espero ayuda con la electrónica de la versión de enlace 5R de mi proyecto, tengo tanto el de Pi como el de Arduino y un escudo de controlador para él, pero la programación está un poco más allá de mí. Está al final de esto.

No he dedicado mucho tiempo a esto, pero me encantaría que la unidad que imprimí se le diera a alguien que tenga tiempo para trabajar en sus manos. Si lo desea, deje un comentario y esté listo para pagar el envío. Incluyendo la tabla en la que también está montada, pesa unos 2,5 kg. Suministraré un arduino y un protector de motor, y tiene los 5 servos montados. Cualquiera que lo desee tendrá que pagar el envío desde Nelson BC.

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Esto describe un par de lo que creo que son nuevas formas de hacer una extremidad, brazo, pierna o segmento de robot de 5 ejes como Tensegrity o como una versión Delta + Bipod de la cinemática 5R

Las extremidades de 3 ejes, como las que se utilizan en el Boston Dynamics Big Dog, permiten colocar un pie en el espacio 3D, pero no pueden controlar el ángulo del pie en relación con la superficie, por lo que los pies siempre son redondos y no se puede fácilmente tienen dedos de los pies o garras para clavarse o estabilizarse. Escalar puede ser complicado ya que el pie redondo rueda naturalmente cuando el cuerpo se mueve hacia adelante

Una extremidad de 5 ejes puede colocar y mantener su "pie" en cualquier ángulo deseado, a medida que su cuerpo se mueve, en cualquier punto dentro de su rango de trabajo, por lo que 5 ejes tiene más tracción y puede escalar o maniobrar con más opciones de colocación de pies o herramientas

Con suerte, estas ideas le permitirán ver cómo crear y maniobrar una "pata" de 5 ejes en un espacio de 3 ejes (incluso si es muy grande), sin que la pata lleve el peso de los actuadores. Una pierna como una especie de tensegridad motorizada, que puede no tener la estructura como la pensamos generalmente, sin bisagras, sin articulaciones, ¡solo cabrestantes motorizados

La "pierna" liviana se puede mover muy rápida y suavemente, con fuerzas de reacción de inercia más bajas que manejar que una pierna pesada y todas sus bisagras, con sus motores de accionamiento conectados a ella

Las fuerzas de actuación están ampliamente distribuidas, por lo que la extremidad puede ser muy liviana, rígida y resistente en situaciones de sobrecarga, además de no imponer grandes cargas puntuales en su estructura de montaje. La estructura triangulada (una especie de bisagras eléctricas paralelas) alinea todas las fuerzas del sistema con los actuadores, lo que permite un sistema de 5 ejes muy rígido y ligero

En la siguiente etapa de la liberación de esta idea, un instructable o 2 a partir de aquí, mostraré algunas formas de agregar un tobillo de 3 ejes motorizado, con la potencia y la masa de los ejes agregados también en el cuerpo, no en la extremidad. El "tobillo" podrá girar hacia la izquierda y hacia la derecha, inclinar un pie o una garra hacia arriba y hacia abajo, y abrir y cerrar el pie o la garra de 3 puntos. (8 ejes o DOF)

Llegué a todo esto aprendiendo y pensando en Tensegrity, así que pasaré un momento repasando eso a continuación

La tensegridad es una forma diferente de ver la estructura

De Wikipedia "La tensegridad, integridad tensional o compresión flotante es un principio estructural basado en el uso de componentes aislados en compresión dentro de una red de tensión continua, de tal forma que los miembros comprimidos (generalmente barras o puntales) no se toquen entre sí y los miembros tensados pretensados (generalmente cables o tendones) delimitan el sistema espacialmente. [1]"

La tensegridad puede ser el sistema estructural básico de nuestra anatomía evolucionada, desde las células hasta las vértebras, los principios de la tensegridad parecen estar involucrados, especialmente en los sistemas en los que el movimiento está involucrado. La tensegridad se ha convertido en el estudio de cirujanos, biomecanistas y roboticistas de la NASA, que buscan comprender cómo trabajamos y cómo las máquinas pueden obtener algo de nuestra resistencia, eficiencia y estructura resistente y liviana.

Uno de los primeros modelos de columna de Tom Flemon

Tengo la suerte de haber vivido en Salt Spring Island con uno de los mejores recursos del mundo sobre Tensegrity, el investigador e inventor Tom Flemons.

Tom falleció hace casi exactamente un año, y su sitio web todavía se mantiene en su honor. Es un gran recurso para Tensegrity en general, y especialmente para Tensegrity y Anatomy.

intensiondesigns.ca

Tom me ayudó a ver que había espacio para que más personas trabajaran en cómo aplicar la tensegridad a nuestras vidas y, al usar sus principios de reducir la estructura a sus componentes mínimos, podríamos tener sistemas más livianos, más resistentes y flexibles.

En 2005, al hablar con Tom, se me ocurrió una idea para una extremidad robótica controlable basada en tensegridad. Estaba ocupado con otras cosas, pero escribí un breve resumen al respecto, principalmente para mis notas. No lo circulé mucho, y en su mayoría se ha filtrado desde entonces y ocasionalmente lo hablo con la gente.

He decidido que, dado que parte de mi problema para desarrollarlo más, es que no soy muy programador y, para que sea útil, tiene que estar programado. Así que he decidido publicarlo públicamente, con la esperanza de que otros se sumen y lo utilicen.

En 2015 intenté construir un sistema de tensegridad con cabrestante controlado por Arduino, pero mis habilidades de programación no estaban a la altura, el sistema mecánico que usé no tenía suficiente potencia, entre otros problemas. Un gran problema que encontré es que en una versión de tensegridad impulsada por cable, el sistema necesita mantener la tensión, por lo que los servos se cargan constantemente entre sí y deben ser muy precisos. No fue posible con el sistema que probé, en parte porque la inexactitud de los servos RC hace que sea difícil tener 6 de acuerdo consistentemente. Así que lo dejé de lado por unos años…. Luego

En enero pasado, mientras trabajaba en la actualización de mis habilidades de dibujo de Autodesk 360 Fusion y buscaba proyectos para construir con mi impresora 3D, comencé a pensar en ello de nuevo, más en serio. Había estado leyendo sobre la actuación robótica accionada por cable y programarlos todavía me parecía algo más complejo de lo que podía manejar. Y ENTONCES este verano, después de ver muchos robots delta y sistemas de movimiento paralelo 5R, me di cuenta de que podían combinarse, y sería otra forma, no tensegral, de realizar el movimiento de más de 5 ejes que había imaginado en mi robot de tensegridad.. También sería factible con los servos RC, ya que ninguno de los servos funciona en oposición a otro, por lo que la inexactitud de la posición no lo apagaría.

En este instructable hablaré sobre ambos sistemas. El paralelo tensegral y el gemelo 5R. Al final, cuando termine el concurso, tendré todos los archivos imprimibles para la rama gemela 5R ART, incluidos aquí.

También incluiré las piezas imprimibles en 3D para la versión Tensegral de mi simulador robótico de extremidades ART. Me encantaría escuchar a personas que piensan que pueden manejar los cabrestantes y los controles para hacer una unidad motorizada. En esta etapa, pueden estar más allá de mí, pero es probable que los sistemas basados en Tensegrity accionados por cable sean más livianos, más rápidos y tengan un menor número de piezas, además de ser más resistentes durante las sobrecargas y los accidentes. Creo que requerirán estrategias de control mucho más dinámicas, y es probable que el sistema funcione mejor con retroalimentación de posición y carga.

La alternativa, la rama ART como un paralelo 5R en capas o gemelo, que describo al final aquí, no requiere que ningún actuador trabaje contra otro, por lo que será más tolerante al error de posición y reduce el número mínimo de actuadores de 6 8 a 5. Eventualmente construiré varias versiones de ambos y las usaré para construir mi propia Mecha andante, pero eso es para más adelante…. Por ahora…..

Paso 1: ¿Un robot de tensegridad de un par reflejado de tetraedros?

¿Por qué Tensegrity?

¿Cuáles son las ventajas de tener una pierna suspendida en una red de tensión de cabrestantes de precisión de alta velocidad?

RÁPIDO, EFICIENTE, BAJO COSTO,

En el diseño, cuando tienes que mover algo de A a B, a menudo tienes la opción de empujar el objeto o tirar del objeto. Algo que han demostrado diseñadores como Buckminster Fuller es que hay grandes beneficios en detenerse a empujar. Aunque Bucky es conocido por sus cúpulas, sus edificios posteriores resistentes a los terremotos eran, en la mayoría de los casos, torres de núcleo de hormigón, con los pisos dispuestos para colgar de una parte superior en forma de hongo.

Los elementos de tensión tiran, como un cable o una cadena, escapan de tener que llevar las cargas de pandeo que enfrentan los elementos de empuje (o compresión) y por eso pueden ser mucho más ligeros. Un cilindro hidráulico y un aparato para levantar un ascensor pueden pesar 50 toneladas, mientras que un sistema de cables puede pesar solo 1.

Por lo tanto, una pierna o extremidad Tensegral puede ser rápida, ligera y rígida, y aún así ser resistente a la sobrecarga en todos los ejes.

Paso 2:

¿Cuál es la geometría ideal? ¿Por qué los triángulos superpuestos? ¿Cuántos cables?

Con esta geometría de tensegridad superpuesta, se puede crear un rango de movimiento más amplio. En este ejemplo de color naranja, he usado pirámides reflejadas (4 líneas de control por extremo) como estructura, en lugar de los tetraedros reflejados que usé en el ejemplo de color rosa, 8 cables en lugar de 6. El aumento a cuatro puntos de amarre para cada extremo (en las posiciones 12, 3, 6, 9) dan un área de movimiento más grande. En la geometría rosa de 3 puntos de amarre, hay más singularidades posibles donde la botavara puede "saltar" fuera del área controlada. El aumento del número de puntos de amarre también podría generar redundancia.

Paso 3: Delta Plus Bipod = Pata de 5 ejes

Un par de robots paralelos 5R + uno más = movimiento de 5 ejes

Lo que he llegado a ver es que para controlar un "tramo" de 5 ejes, un mecanismo simple es usar un par de enlaces 5R independientes, así como un quinto enlace único para inclinar de forma controlable el par de enlaces 5R.

Tengo mucho más que agregar, pero quería publicar esto para poder obtener algunos comentarios al respecto.

Finalista en el Concurso de Robótica