หุ่นยนต์คู่ขนาน Tensegrity หรือ Double 5R 5 แกน (DOF) ราคาไม่แพง ทนทาน ระบบควบคุมการเคลื่อนไหว: 3 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2025 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-23 15:12

โดย DrewrtArtInventing.comติดตามเพิ่มเติมโดยผู้เขียน:

เกี่ยวกับ: ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาหรือประมาณนั้น ฉันกังวลมากเกี่ยวกับโลกที่ยังคงอาศัยอยู่ได้ในอนาคตอันใกล้ ฉันเป็นศิลปิน นักออกแบบ นักประดิษฐ์ ที่มุ่งเน้นประเด็นด้านความยั่งยืน ฉันได้มุ่งเน้น … ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ Drewrt »

ฉันหวังว่าคุณจะคิดว่านี่เป็นแนวคิดที่ยิ่งใหญ่สำหรับวันของคุณ! นี่คือรายการในการแข่งขัน Instructables Robotics ปิดวันที่ 2 ธันวาคม 2019

โปรเจ็กต์เข้าสู่รอบสุดท้ายของการตัดสินแล้ว และฉันไม่มีเวลาทำการอัปเดตที่ฉันต้องการ! ฉันเคยชินกับการสัมผัสที่เกี่ยวข้องกันแต่ไม่โดยตรง ยังต้องมาพูดถึงอีก เพื่อให้ทัน ติดตามฉัน! และโปรดแสดงความคิดเห็น ฉันเป็นคนชอบแสดงออก ชอบเก็บตัว ฉันชอบที่จะเห็นความคิดของคุณ

นอกจากนี้ ฉันหวังว่าจะได้รับความช่วยเหลือเกี่ยวกับอิเล็กทรอนิกส์ของเวอร์ชันเชื่อมโยง 5R ของโปรเจ็กต์ของฉัน ฉันมีทั้ง Pi's และ Arduino และตัวป้องกันไดรเวอร์สำหรับมัน แต่การเขียนโปรแกรมนั้นเหนือกว่าฉันเล็กน้อย มันอยู่ที่จุดสิ้นสุดของสิ่งนี้

ฉันไม่ได้ใช้เวลากับสิ่งนี้ แต่ฉันชอบที่จะได้รับหน่วยที่ฉันพิมพ์ให้คนที่มีเวลาทำงานในมือ หากคุณต้องการมัน แสดงความคิดเห็น และพร้อมที่จะจ่ายค่าขนส่ง รวมกระดานที่ติดตั้งด้วยก็ประมาณ 2.5 กก. ฉันจะจัดหาอาร์ดิโนและมอเตอร์ชิลด์ และติดตั้งเซอร์โว 5 ตัว ใครต้องการจะต้องจ่ายค่าขนส่งจาก Nelson BC

หากคุณสนใจหุ่นยนต์ตัวใหญ่ หุ่นยนต์เร็ว และแนวคิดใหม่ อ่านต่อ!

สิ่งนี้อธิบายสองสามสิ่งที่ฉันคิดว่าเป็นวิธีใหม่ในการสร้างแขนขา แขน ขา หรือเซกเมนต์ของหุ่นยนต์ 5 แกนเป็น Tensegrity หรือเป็น 5R จลนศาสตร์รุ่น Delta+Bipod

แขนขา 3 แกน เหมือนใช้กับ Boston Dynamics Big Dog อนุญาตให้วางเท้าในพื้นที่ 3 มิติ แต่ไม่สามารถควบคุมมุมของเท้าที่สัมพันธ์กับพื้นผิวได้ ดังนั้นเท้าจึงกลมอยู่เสมอ และคุณไม่สามารถ มีนิ้วเท้าหรือกรงเล็บที่จะขุดหรือทำให้มั่นคง การปีนเขาอาจเป็นเรื่องยากเนื่องจากเท้ากลมจะหมุนตามธรรมชาติเมื่อร่างกายเคลื่อนไปข้างหน้า

แขนขาแบบ 5 แกนสามารถวางและให้ "เท้า" อยู่ในมุมใดก็ได้ตามต้องการ ในขณะที่ร่างกายเคลื่อนไหว ในทุกจุดภายในระยะการทำงาน ดังนั้นแกน 5 จึงมีแรงฉุดลากมากกว่า และสามารถปีนหรือเคลื่อนตัวด้วยตัวเลือกการวางเท้าหรือเครื่องมือที่มากขึ้น

หวังว่าแนวคิดเหล่านี้จะช่วยให้คุณเห็นวิธีการสร้างและเคลื่อน "ขา" 5 แกนในพื้นที่ 3 แกน (แม้ว่าจะมีขนาดใหญ่มาก) โดยไม่ต้องให้ขารับน้ำหนักของแอคทูเอเตอร์ ขาเปรียบเสมือนการยืดกล้ามเนื้อซึ่งอาจไม่มีโครงสร้างอย่างที่เราคิดโดยทั่วไป ไม่มีบานพับ ไม่มีข้อต่อ แค่กว้านขับเคลื่อน

"ขา" ที่มีน้ำหนักเบาสามารถเคลื่อนย้ายได้อย่างรวดเร็วและราบรื่น โดยมีแรงปฏิกิริยาเฉื่อยที่ต่ำกว่าในการจัดการมากกว่าขาหนักและบานพับทั้งหมด โดยมีมอเตอร์ขับเคลื่อนติดอยู่

แรงกระตุ้นมีการกระจายอย่างกว้างขวาง ดังนั้นแขนขาสามารถมีน้ำหนักเบามาก แข็ง และยืดหยุ่นในสถานการณ์ที่โอเวอร์โหลด และไม่ทำให้เกิดแรงกดจำนวนมากบนโครงสร้างการติดตั้ง โครงสร้างแบบสามเหลี่ยม (แบบบานพับขับเคลื่อนขนานกัน) นำแรงทั้งหมดบนระบบไปอยู่ในแนวเดียวกับแอคทูเอเตอร์ ทำให้ระบบ 5 แกนมีความแข็งและน้ำหนักเบามาก

ในขั้นต่อไปของการปล่อยความคิดนี้ เป็นคำสั่งสอนหรือ 2 จากที่นี่ ฉันจะแสดงวิธีเพิ่มข้อเท้า 3 แกนที่ขับเคลื่อนด้วยพลัง โดยพลังและมวลของแกนที่เพิ่มเข้าไปจะอยู่บนร่างกายด้วย ไม่ใช่แขนขา "ข้อเท้า" จะสามารถหมุนไปทางซ้ายและขวา เอียงเท้าหรือกรงเล็บขึ้นและลง และเปิดและปิดเท้าหรือกรงเล็บ 3 จุด (8 แกนหรือ DOF)

ฉันเรียนรู้ทั้งหมดนี้ผ่านการเรียนรู้และคิดเกี่ยวกับ Tensegrity ดังนั้นฉันจะใช้เวลาสักครู่ในการดำเนินการด้านล่าง

Tensegrity เป็นอีกวิธีหนึ่งในการมองโครงสร้าง

จากวิกิพีเดีย "Tensegrity ความสมบูรณ์ของแรงตึงหรือการบีบอัดแบบลอยตัวเป็นหลักการทางโครงสร้างที่ยึดตามการใช้ส่วนประกอบที่แยกออกมาในการบีบอัดภายในตาข่ายของแรงตึงแบบต่อเนื่อง ในลักษณะที่ส่วนประกอบที่ถูกบีบอัด (โดยปกติคือแท่งหรือเสา) ไม่สัมผัสกันและ สมาชิกที่มีความตึงอัดแรง (โดยปกติคือสายเคเบิลหรือเส้นเอ็น) กำหนดระบบในเชิงพื้นที่[1]"

Tensegrity อาจเป็นระบบโครงสร้างพื้นฐานสำหรับกายวิภาคศาสตร์ที่วิวัฒนาการของเรา ตั้งแต่เซลล์ไปจนถึงกระดูก หลักการของ tensegrity ดูเหมือนจะเกี่ยวข้อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหว Tensegrity ได้กลายเป็นการศึกษาของศัลยแพทย์ นักชีวกลศาสตร์ และนักหุ่นยนต์ของ NASA ที่ต้องการทำความเข้าใจทั้งวิธีการทำงานของเรา และวิธีที่เครื่องจักรได้รับความยืดหยุ่น ประสิทธิภาพ และโครงสร้างที่ทนทานน้ำหนักเบา

หนึ่งในโมเดลกระดูกสันหลังช่วงต้นของ Tom Flemon

ฉันโชคดีที่ได้อาศัยอยู่บนเกาะซอลท์สปริงพร้อมกับแหล่งข้อมูลที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับ Tensegrity นักวิจัย และนักประดิษฐ์ Tom Flemons

ทอมเสียชีวิตเกือบหนึ่งปีที่ผ่านมา และเว็บไซต์ของเขายังคงรักษาไว้เพื่อเป็นเกียรติแก่เขา เป็นแหล่งข้อมูลที่ยอดเยี่ยมสำหรับ Tensegrity โดยทั่วไป และโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ Tensegrity และ Anatomy

intensiondesigns.ca

ทอมช่วยให้ฉันเห็นว่ามีที่ว่างสำหรับผู้คนจำนวนมากขึ้นที่จะทำงานเกี่ยวกับการนำ tensegrity มาใช้กับชีวิตของเรา และด้วยการใช้หลักการของการลดโครงสร้างให้เหลือส่วนประกอบเพียงเล็กน้อย เราก็สามารถมีระบบที่เบากว่า ยืดหยุ่นกว่า และยืดหยุ่นกว่าได้

ในปี 2548 ในการพูดคุยกับทอม ฉันได้แนวคิดเกี่ยวกับแขนขาหุ่นยนต์ที่ควบคุมความตึงได้ ฉันยุ่งกับเรื่องอื่นๆ แต่เขียนสั้นๆ เกี่ยวกับเรื่องนั้นไว้เป็นส่วนใหญ่ ฉันไม่ได้แพร่ระบาดในวงกว้างนัก และส่วนใหญ่ก็แพร่กระจายไปทั่วตั้งแต่นั้นมา โดยที่ฉันพูดคุยกับผู้คนเป็นครั้งคราว

ฉันได้ตัดสินใจว่าเนื่องจากส่วนหนึ่งของปัญหาในการพัฒนาเพิ่มเติมคือฉันไม่ใช่โปรแกรมเมอร์มากนัก และเพื่อให้มีประโยชน์ จึงต้องมีการตั้งโปรแกรมไว้ ดังนั้นฉันจึงตัดสินใจเผยแพร่สู่สาธารณะ ด้วยความหวังว่าคนอื่นๆ จะได้เข้าร่วมและใช้ประโยชน์จากมัน

ในปี 2015 ฉันพยายามสร้างระบบ tensegrity winched winched ที่ควบคุมโดย Arduino แต่ทักษะการเขียนโปรแกรมของฉันทั้งคู่ยังไม่พอ ระบบกลไกที่ฉันใช้นั้นด้อยประสิทธิภาพ รวมถึงปัญหาอื่นๆ ปัญหาใหญ่อย่างหนึ่งที่ฉันพบคือในเวอร์ชัน tensegrity ที่ขับเคลื่อนด้วยสายเคเบิล ระบบจำเป็นต้องรักษาความตึงเครียด ดังนั้นเซอร์โวจึงโหลดกันและกันอย่างต่อเนื่องและต้องมีความแม่นยำมาก มันเป็นไปไม่ได้กับระบบที่ฉันลอง ส่วนหนึ่งเป็นเพราะความไม่ถูกต้องของเซอร์โว RC ทำให้ยากต่อการจับคู่ 6 อันอย่างสม่ำเสมอ เลยปล่อยทิ้งไว้หลายปี…. แล้ว

เมื่อเดือนมกราคมที่แล้ว ขณะที่ฉันกำลังอัพเกรดทักษะการร่าง Autodesk 360 Fusion และมองหาโครงการที่จะสร้างด้วยเครื่องพิมพ์ 3D ของฉัน ฉันก็เริ่มคิดเรื่องนี้อีกครั้งอย่างจริงจังมากขึ้น ฉันได้อ่านเกี่ยวกับการกระตุ้นด้วยหุ่นยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยสายเคเบิลและการเขียนโปรแกรมเหล่านี้ยังคงดูเหมือนซับซ้อนกว่าที่ฉันจะรับมือได้ จากนั้นในฤดูร้อนนี้ หลังจากที่ได้ดูหุ่นยนต์เดลต้าหลายตัวและระบบการเคลื่อนที่แบบขนาน 5R ฉันก็รู้ว่าพวกมันสามารถรวมกันได้ และมันจะเป็นอีกวิธีหนึ่งที่ไม่ใช้ Tensegral ในการตระหนักถึงการเคลื่อนที่ของแกน 5+ ที่ฉันจินตนาการไว้ในหุ่นยนต์ tensegrity ของฉัน. นอกจากนี้ยังสามารถทำได้กับเซอร์โว RC เนื่องจากไม่มีเซอร์โวใดทำงานตรงข้ามกับเซอร์โวอื่น ดังนั้นตำแหน่งที่ไม่ถูกต้องจะไม่ปิดตัวลง

ในคำแนะนำนี้ฉันจะพูดถึงทั้งสองระบบ tenegral และคู่ขนาน 5R ในตอนท้าย เมื่อการแข่งขันเสร็จสิ้น ฉันจะมีไฟล์ที่พิมพ์ได้ทั้งหมดสำหรับแขนขาคู่ 5R ART รวมอยู่ที่นี่

ฉันจะรวมชิ้นส่วนที่พิมพ์ได้ 3 มิติสำหรับเครื่องจำลองแขนขา ART รุ่น Tensegral ของฉันด้วย ฉันชอบที่จะได้ยินจากคนที่คิดว่าพวกเขาสามารถออกกว้านและตัวควบคุมเพื่อสร้างหน่วยขับเคลื่อน ในขั้นตอนนี้ อาจอยู่เหนือฉัน แต่ระบบที่ขับเคลื่อนด้วยสายเคเบิลและ Tensegrity มีแนวโน้มที่จะเบากว่า เร็วขึ้น และมีจำนวนชิ้นส่วนที่ต่ำกว่า รวมทั้งมีความยืดหยุ่นมากขึ้นในระหว่างการโอเวอร์โหลดและการขัดข้อง ฉันคิดว่าพวกเขาต้องการกลยุทธ์การควบคุมแบบไดนามิกมากขึ้น โดยที่ระบบน่าจะทำงานได้ดีที่สุดกับทั้งตำแหน่งและข้อเสนอแนะโหลด

อีกทางเลือกหนึ่งคือ แขนขา ART เป็นเลเยอร์หรือคู่ขนาน 5R ที่ฉันอธิบายในตอนท้ายที่นี่ไม่ต้องการแอคชูเอเตอร์ใด ๆ เพื่อทำงานกับตัวอื่น ดังนั้นจะทนต่อข้อผิดพลาดของตำแหน่งได้มากขึ้น และลดจำนวนแอคทูเอเตอร์น้อยที่สุดจาก 6- 8 ถึง 5 ในที่สุดฉันจะสร้างทั้งสองเวอร์ชันหลายเวอร์ชันและใช้เพื่อสร้าง Mecha เดินของฉันเอง แต่สำหรับภายหลัง…. สำหรับตอนนี้…..

ขั้นตอนที่ 1: หุ่นยนต์ Tensegrity จากคู่จัตุรมุขสะท้อน?

ทำไมต้อง Tensegrity?

ข้อดีของการมีขาแขวนในตาข่ายตึงของรอกที่มีความแม่นยำสูงความเร็วสูงคืออะไร?

รวดเร็ว มีประสิทธิภาพ ต้นทุนต่ำ

ในการออกแบบเมื่อคุณต้องย้ายบางสิ่งจาก A ไป B คุณมักจะมีทางเลือก ผลักวัตถุ หรือดึงวัตถุ สิ่งที่ดีไซเนอร์อย่าง Buckminster Fuller ได้แสดงให้เห็นก็คือการดึงดันมีประโยชน์มหาศาล แม้ว่าบัคกี้จะขึ้นชื่อในเรื่องโดม แต่อาคารที่ต้านทานการสั่นไหวในเวลาต่อมาของเขามักเป็นเสาหลักที่เป็นคอนกรีต โดยพื้นจะจัดเรียงให้ห้อยลงมาจากยอดเห็ด

องค์ประกอบความตึงเครียดดึง เช่นเดียวกับสายเคเบิลหรือโซ่ พวกเขาไม่ต้องแบกรับภาระการโก่งงอที่องค์ประกอบผลัก (หรือการบีบอัด) เผชิญและด้วยเหตุนี้จึงเบากว่ามาก กระบอกไฮดรอลิกและอุปกรณ์สำหรับยกลิฟต์อาจมีน้ำหนัก 50 เสียง โดยที่ระบบสายเคเบิลอาจมีน้ำหนักเพียง 1

ดังนั้นขาหรือแขนขาแบบ Tensegral นั้นเร็ว เบาและแข็ง และยังมีความยืดหยุ่นในการรับน้ำหนักมากเกินไปในทุกแกน

ขั้นตอนที่ 2:

เรขาคณิตในอุดมคติคืออะไร? ทำไมสามเหลี่ยมทับซ้อนกัน?มีกี่สาย?

ด้วยเรขาคณิต tensegrity ที่ทับซ้อนกันนี้ สามารถสร้างช่วงการเคลื่อนไหวที่กว้างขึ้นได้ ในตัวอย่างสีส้มนี้ ฉันได้ใช้ปิรามิดสะท้อนแสง (เส้นควบคุม 4 เส้นต่อปลาย) เป็นโครงสร้าง แทนที่จะใช้จัตุรมุขที่สะท้อนแสง ในตัวอย่างสีชมพู ใช้สายเคเบิล 8 เส้นแทน 6 จุด เพิ่มจุดจอดเรือสี่จุดสำหรับแต่ละปลาย (ที่ตำแหน่ง 12, 3, 6, 9) ให้พื้นที่การเคลื่อนไหวที่ใหญ่ขึ้น ในเรขาคณิตสีชมพูจุดจอดเรือ 3 จุด มีภาวะเอกฐานที่เป็นไปได้มากกว่าที่บูมสามารถ "โผล่" ออกจากพื้นที่ควบคุมได้ การเพิ่มจำนวนจุดจอดเรืออาจสร้างความซ้ำซ้อนได้เช่นกัน

ขั้นตอนที่ 3: Delta Plus Bipod = ขา 5 แกน

หุ่นยนต์คู่ขนาน 5R หนึ่งคู่ + อีกหนึ่งตัว = การเคลื่อนที่แบบ 5 แกน

สิ่งที่ฉันได้เห็นคือสำหรับการควบคุม "ขา" 5 แกน กลไกง่ายๆ คือการใช้ตัวเชื่อม 5R ที่เป็นอิสระคู่หนึ่ง เช่นเดียวกับลิงก์เดี่ยวที่ 5 เพื่อควบคุมเอียงลิงก์ 5R คู่หนึ่งอย่างควบคุมได้

ฉันมีอีกหลายอย่างที่จะเพิ่ม แต่ต้องการนำสิ่งนี้ออกไปเพื่อที่ฉันจะได้รับความคิดเห็นเกี่ยวกับเรื่องนี้

รองชนะเลิศการประกวดหุ่นยนต์