[Sweetie Bot] Механика
В конце марта была премьера нашего проекта «Свитибот», где вы могли посмотреть видео со вторым прототипом робота-пони. Сегодняшний пост будет посвящен механической части третьего прототипа, работы над которым еще продолжаются.
Несмотря на то, что этот пост посвящен третьему прототипу, начинать его следует с первого.
И небольшого ликбеза про серводвигатели.Что такое серводвигатель.
Серводвигатель или сервопривод (следящий привод) представляет из себя привод с управлением через отрицательную обратную связь, позволяющую точно управлять параметрами движения. Проще говоря, такой двигатель может поворачиваться на заданный угол и поддерживать это положение благодаря встроенному редуктору и схеме управления с датчиком положения.
https://www.youtube.com/watch?v=zpR4OitF-oI
https://www.youtube.com/watch?v=bu3SPwzcocU
Тем не менее, в первом прототипе было реализовано много хороших конструкторских решений, некоторые из которых пригодились при создании второго прототипа.
Подробнее о ProtoPony1 возможно напишет mutronics , там есть что показать и рассказать, но это уже тема для отдельного поста.
В качестве серводвигателей были выбраны DRS-0101. Они мощнее и точнее, чем другие серводвигатели схожего уровня. А еще, что немаловажно, если вдруг не потянут, то их можно в любой момент заменить на DRS-0201. Это модель той же фирмы, в том же форм-факторе, но шестерни там металлические, а не пластмассовые, как в DRS-0101. Благодаря металлическим деталям и более мощному двигателю, DRS-0201 на 12% быстрее и в два раза сильнее, чем DRS-0101. И в три раза дороже
Вы могли видеть второй прототип в этом посте.
Параллельно с ProtoPony2 началось проектирование ProtoPony3.
1. Робот должен максимально быть похож на пони.
2. Нужно использовать двигатели DRS-0101.
3. Использовать либо стандартные детали, либо напечатанные на 3D принтере.
4. Робот должен быть как можно меньше, чтобы мощности двигателей хватило с запасом.
5. Робот должен уметь ложиться, вставать, ходить, наклонять голову до земли, поворачиваться и красиво так лапку переднюю поднимать.
Задача большая, сложная, с какой стороны к ней подступиться — непонятно. Решили сперва сделать для пони коленку. Совместить, так сказать, пункт 1, 2 и 3.
Вот, что получилось.
К сожалению, видео нет, но коленка с приятным жужжанием сгибалась, нигде ничего не задевало, не люфтило. Отличная коленка получилась.
Дальше была очередь копыта. Дизайнера тогда не было и приходилось делать много разных вариантов, чтобы выбрать самый красивый.
Разные копыта.
Ну, и сразу прикидывалось расположение двигателей в ноге.
До печати тогда не дошло, потому что в процессе выяснилось, что самое сложное и проблемное место робота вовсе не в копытах.
Дело в том, что внутреннее устройство копыта, количество и расположение двигателей определяется её длиной и толщиной. Длина и толщина копыта определяются понячьими пропорциями. А пропорции должны быть такими, чтобы в самом узком месте поместилось необходимое число серводвигателей. А самое узкое место у пони – это грудь. Да, в маленькую понячью грудь должно поместиться 5 движков. Два — чтобы вращать плечами, еще два – чтобы поднимать копыта и один — для шеи.
Вот, у собачек AIBO таких проблем нет.
Чтобы как-то облегчить задачу, Darth-Biomech сделал нам модельку с немного увеличенными плечами. Именно она и была взята за основу вот этого:
Совсем недавно эту конструкцию удалось напечатать и собрать:
сборка
1,2 — крепления правого и левого копыт, 3 — крепление шеи.
Несмотря на ужасное качество печати, эта штука собралась. И не только собралась. У нее крутится все, что должно крутиться. Есть там пара проблемных мест, но в целом идея доказала свою состоятельность.
Там у пони большая широкая грудь, что позволит сделать механику проще и надежнее. Не знаю, сколько времени это займет, но, наверное, много. Вот, если бы у нас были еще инженеры, то дело могло бы пойти быстрее. Именно поэтому мы продолжаем искать в команду инженеров-конструкторов, пишите в лс.
Подробности и SolidWorks и о требованиях к желающим поучаствовать — в этом посте
Несмотря на то, что этот пост посвящен третьему прототипу, начинать его следует с первого.
И небольшого ликбеза про серводвигатели.Что такое серводвигатель.
Серводвигатель или сервопривод (следящий привод) представляет из себя привод с управлением через отрицательную обратную связь, позволяющую точно управлять параметрами движения. Проще говоря, такой двигатель может поворачиваться на заданный угол и поддерживать это положение благодаря встроенному редуктору и схеме управления с датчиком положения.
https://www.youtube.com/watch?v=zpR4OitF-oI
https://www.youtube.com/watch?v=bu3SPwzcocU
ProtoPony1
Ходовая первого прототипа была собрана из алюминиевых креплений и дешевых китайских серво MG90. Робот получился тяжелый. У серводвигателей не хватало крутящего момента, чтобы полноценно поднимать и двигать такую конструкцию.Тем не менее, в первом прототипе было реализовано много хороших конструкторских решений, некоторые из которых пригодились при создании второго прототипа.
Подробнее о ProtoPony1 возможно напишет mutronics , там есть что показать и рассказать, но это уже тема для отдельного поста.
ProtoPony2
Второй прототип, учитывая опыт первого, был собран из пластиковых креплений, копыта упрощены, изменена конфигурация движков в ноге.В качестве серводвигателей были выбраны DRS-0101. Они мощнее и точнее, чем другие серводвигатели схожего уровня. А еще, что немаловажно, если вдруг не потянут, то их можно в любой момент заменить на DRS-0201. Это модель той же фирмы, в том же форм-факторе, но шестерни там металлические, а не пластмассовые, как в DRS-0101. Благодаря металлическим деталям и более мощному двигателю, DRS-0201 на 12% быстрее и в два раза сильнее, чем DRS-0101. И в три раза дороже
Вы могли видеть второй прототип в этом посте.
Параллельно с ProtoPony2 началось проектирование ProtoPony3.
ProtoPony3
Ну, «началось проектирование» это, конечно, громко сказано. Проектирование начинается с ТЗ, а в самом начале никакого ТЗ особо-то и не было. Было просто представление, что:1. Робот должен максимально быть похож на пони.
2. Нужно использовать двигатели DRS-0101.
3. Использовать либо стандартные детали, либо напечатанные на 3D принтере.
4. Робот должен быть как можно меньше, чтобы мощности двигателей хватило с запасом.
5. Робот должен уметь ложиться, вставать, ходить, наклонять голову до земли, поворачиваться и красиво так лапку переднюю поднимать.
Задача большая, сложная, с какой стороны к ней подступиться — непонятно. Решили сперва сделать для пони коленку. Совместить, так сказать, пункт 1, 2 и 3.
Вот, что получилось.
К сожалению, видео нет, но коленка с приятным жужжанием сгибалась, нигде ничего не задевало, не люфтило. Отличная коленка получилась.
Дальше была очередь копыта. Дизайнера тогда не было и приходилось делать много разных вариантов, чтобы выбрать самый красивый.
Разные копыта.
Ну, и сразу прикидывалось расположение двигателей в ноге.
До печати тогда не дошло, потому что в процессе выяснилось, что самое сложное и проблемное место робота вовсе не в копытах.
Дело в том, что внутреннее устройство копыта, количество и расположение двигателей определяется её длиной и толщиной. Длина и толщина копыта определяются понячьими пропорциями. А пропорции должны быть такими, чтобы в самом узком месте поместилось необходимое число серводвигателей. А самое узкое место у пони – это грудь. Да, в маленькую понячью грудь должно поместиться 5 движков. Два — чтобы вращать плечами, еще два – чтобы поднимать копыта и один — для шеи.
Вот, у собачек AIBO таких проблем нет.
Чтобы как-то облегчить задачу, Darth-Biomech сделал нам модельку с немного увеличенными плечами. Именно она и была взята за основу вот этого:
Совсем недавно эту конструкцию удалось напечатать и собрать:
сборка
1,2 — крепления правого и левого копыт, 3 — крепление шеи.
Несмотря на ужасное качество печати, эта штука собралась. И не только собралась. У нее крутится все, что должно крутиться. Есть там пара проблемных мест, но в целом идея доказала свою состоятельность.
Что дальше.
В ближайших планах переделать дизайн ProtoPony3 по эскизам Cannibal :Там у пони большая широкая грудь, что позволит сделать механику проще и надежнее. Не знаю, сколько времени это займет, но, наверное, много. Вот, если бы у нас были еще инженеры, то дело могло бы пойти быстрее. Именно поэтому мы продолжаем искать в команду инженеров-конструкторов, пишите в лс.
Подробности и SolidWorks и о требованиях к желающим поучаствовать — в этом посте
280 комментариев
Разве монолиты из ABS не тяжелее алюминия той же прочности? Если честно, то я ожидал каркаса из второй модели прикрытого тонким кожухом.
В копыте оси не пересекаются. Математики возненавидят вас.
Скажи спасибо, что хоть перпендикулярны. :-)
Это и должен быть кожух, только без каркаса. Несущий корпус.
Мало того не пересекаются, они еще и под углом расположены. Так ноги будут более поворотливы.
Не хотите вести образовательные посты по робототехнике? Ваш опыт пригодился бы для начинающих)
Про линейные приводы не думал, расскажи поподробнее.
Основное преимущество линейных актуаторов для Свити — хорошая компоновка. Привод компактный, не требует «бугра» в месте размещения.
Печать деталей на принтере тоже хороший подход, мне он нравится. Учитывая возможность в наши дни печати очень прочных изделий из поликарбоната. Только я бы проектировал модель так, чтоб её можно было обтянуть мешком шерсти.
Я давно шерстю интернет на тему полимерных мышц. Электростатические силиконовые мышцы, представляющие из себя ёмкостную нагрузку и сокращающиеся под воздействием электрического поля — находка для нашего случая. Они эластичные, управляются электрическим током непосредственно, ведут себя как обычные мышцы, имеют КПД сопоставимый с электродвигателями и при статических нагрузках ничего не потребляют. Являются источниками ЭДС при принудительных деформациях — способны рекуперировать энергию (заряжать батарею при спуске по ступенькам, к примеру) и использоваться как очень чувствительные сенсоры нагрузки. У них есть только один недостаток — их никто не производит :)…
Скорее всего на это есть какая-то веская причина.
Я сам пневмомышцу делал, но столкнулся с неприодолимыми трудностями, из-за которых пришлось забросить проект.
Ну а веская причина — вот я искал искал и не нашел. Технологически такая мышца представляет из себя многослойный конденсатор, в котором в качестве диэлектрика используется полиэтилен или силикон. Обкладки должны быть эластичными и прочными, т.к. мышца сильно деформируется во время работы. Ну и толщина диэлектрика чем меньше, тем лучше. речь идёт о единицах микрон. Видимо из-за сложности изготовления и невостребованности (есть же для взрослых систем пневматика, гидравлика, серво и т.п.) это направление и не развивается…
Электроприводы хорошо изучены, удобны для управления и дешевы. Заводские серво будут обадать предсказуемыми характеристиками. Это перечеркивает все недостатки. Не следует считать, что с ними будет игрушка. Все зависит от алгоритмов управления. Можно сделать и compliant control и даже обратную связь по силе.
Главное у них это именно управление, а не механика. Здорово, что их системы сами идут по пересеченной местности.
В проекте свитибота, как я понял, цель изначально гораздо более скромная (что правильно) — сделать приятно выглядящую, более-менее натурально двигающуюся по ровной поверхности игрушку.
Ну всё, самомнение зашкалило и заставило с подозрением смотреть на всё остальное.
«Будь у меня» — так оправдываются неудачники.
А теперь возвращаясь к вопросу о перемещении по грунту с использование полноценного лидара — ты действительно считаешь, что это уникальное решение, к которому больше никто не может прийти? Зато вот собрать нормальный скелет с приводами — это тебе не библиотечки с тырнета надёргать, и тут я действительно пасую.
Цели переплюнуть бостон дайнамикс у нас действительно нет. Большинство сложных шагающих роботов можно описать одной фразой «впечатляющие, но бесполезно». Это уже прослеживается по их нелегкой судьбе — и военные от них отказались, и гугл только купил уже продает.
Можно например посмотреть в сторону AIBO и других подобных технологичных игрушек премиум класса.
Но и тут в плане коммерческого успеха я пока не вижу за что зацепиться. Sony прекратила выпускать AIBO 10 лет назад, по всей видимости посчитав проект экономически невыгодным для себя, количество продаж плавно снижалось от года к году. Устройство сложное, производство требует много технологических операций, большую маржу не заложить, а продажи будут все равно меньше чем у смартфонов или ноутбуков.
Третий, самый реалистичный сценарий развития проекта — ориентироваться на опенсорсных учебных роботов типа NimbRo-OP, Jimmy, REEM-C и др. Так что может быть это и игрушка, но это совсем не означает, что мы собираемся экономить на кинематике и алгоритмах управления, как некоторые тут пытаются нас убедить. Возможно со временем дойдем и до бега или ходьбы по пересеченной местности, но ничего обещать не будем. Основная задача сейчас — сделать пони.
Основная же цель проекта — создание команды, обмен опытом и фан!
А уж если поставить приводы с волновыми редукторами… Стоимость станет космической, но, думаю, вполне сравнимой с решениями на пневматике и мышщах.
*Представил себе прыжок или спрыгивание робота с высоты со смягчением удара заданным жестко*
*Поржал, пожалел бедные сервы и шестерни*
Не надо жестко. Надо с обратной связью по силе.
А это верно. Нужен прочный редуктор и coreless двигатель (как он по-русски то?). Если они выдержат первичный удар в отключенном состоянии, то скорость постепенно можно погасить. Иначе — сломается.
Впрочем, единственной работе, которуя я смотрел по это теме были эластичные ременные передачи. (Надо было написать как хотел с самого начала: «Но это не для прыжков и бега (галопа)»).
Обратная связь в любом случае нужна. Но кто нибудь из любителей таким заморачивается? =/
Датчики, степени свободы, гироскопы с акселерометрами. Я за последние 4 года, пока этим стал увлекаться стал, не видел ни одного любительского проекта шагалоксо сложными системами равновесия.
Все шаркалки, да танцующие пауки.
Я пытался сделать совместную СУ для группы приводов на базе протокола TTP/A и с возможностью измерения токов. Но в итоге у меня не хватило времени и возможностей сделать номальный контроллер. Сейчас есть несколько проектов типа openservo. Туда бы можно было попробовать залить мою прошивку. А у дешевых dinamixel и herkulex не хватает памяти программ… Всего жалких 2-3 кб.
Еще большая проблема такого любительского оборудования — это масса неидеальностей и непредсказуемое поведение. А чтобы сделать нормальную СУ нужны математические модели (параметры которых надо еще идентифицировать), которые на них хорошо не натягиваются.
И, вообще, колеса подходят почти везде, а где не подходят колеса, там можно импользовать гусеницы.
Я видел бегающего робота на этих серво.
Можно примеры адекватно и красиво бегающих квадропедов?
Это тупо ускоренный в несколько раз алгоритм перемещения, тупо быстрый шаг.
Тот же самый, что использовался при предолении закниженного участка. Вы такого же сможете добиться тупо грамотно расположив его центр тяжести, чтоб он не опрокидывался при быстрой ходьбе.
PS
Полноценного галопа добились пока только Бостоны. И то на, как ни странно, на пневмоприводе.
Но по сравнению с рысцой у какой нибудь живой лошади, выглядит честно говоря убого.
И сразу оговорюсь — не потому что сервы, а потому что алгоритм движения ног тот же самый, что и при шаге. Тупо ускорен.
Смотри 1:14.
Один из их квадропедов. Причем судя по звуку при ходябе, юзается там явно ЭД.
Я просто удивился тому, что кто то кроме них сумел добиться рыси. Именно рыси подразумевающей подброс тела вверх при каждом шаге, а не просто ускоренный шаг с диагонально расположенными рабочими ногами.
А рысь это: тыгыдым-тыгыдым-тыгыдым
При рыси каждый шаг — толчок.
Как то умудрились все таки эластичный привод сделать. =/
Хотя их бегающий 30км/ч WildCat собран на пневматике и двухтактном двс.
Если очень хотетть, то можно сделать. Вопрос, каких средств это потребует…
Что то мне подсказывает, что такая рысь даже на немного наклонной поверхности уже завалится набок.
Интересно, почему этим роботам не делают еще один сустав — стопу или копыто, как у животных. Наверно становится слишком сложно.
Если цель, сделать, как уже выражались в прошлом посте, «шагающую табуретку», то зачем вообще делать так много сервух, степени свободы какие то и тд.
На рычагах и тягах, на двух дешевых сделать кинематику рыси для четырех ног, всунуть ее в плюшку и успокоиться.
Вот тот квадропод с ускоренным шагом «аля рысь» был чем то из той же оперы.
На самом деле, думаю, хотелось не просто шагающую поняху, а чего-то большего. Ну там чтоб она еще могла по нажатию кнопки ложиться-вставать, подавать лапу и мало ли что еще в голову взбредет. Свобода!
Сервоприводы с редукторами столько недостатков имеют, что робот получится скучным жужащим эстонцем, не способным даже прыгать, и который при падении сломает себе конечность из-за невозможности амортизации ударной нагрузки…
Это один из самых дешевых клапанов. К тому же, когда возникает вопрос управления и обратной связи, то сразу появляется мысль оснащать каждый цилиндр линейным датчиком. А для измерения усилия и датчиком давления.
Это реализуемо, но не на нашем уровне разработки. И не на нашем уровне финансирования.
В автомобилестроении применяют газовые форсунки, в которых я о допусках ничего не слышал, и по конструкции они топорные. Ещё можно ведь дозировать шарнирными вентилями с миниатюрными сервоприводами, тут тоже допуски не требуются и распределять один шарнир газ может по нескольким каналам. В качестве уплотнителя — фторопласт.
Но как-бы оно не повернулось, пони на пневмоприводе останется моей мечтой навсегда.
Думаю, нам стоит подобное обсуждать в привате, если так уж интересно. Тут это просто флуд с моей стороны…
Ребятам сейчас нужен работающий прототип. Такой, чтоб пошёл. Все эти мудрствования о том как можно было бы хорошо сделать в идеале, но нереально на практике — они делу не помогают. Хотя дельного было сказано много.
Я бы лично пока посоветовал сосредоточиться на скелете модели. Причём игнорируя обшивку, на моделирование и изготовление обшивки уходит лишнее время ибо сложная форма, а прототипов ещё предстоит сделать много. Время тоже ресурс, им не стоит пренебрегать. И рассчитывайте скелет всё-таки на сервоприводы пока, с пневмо и гидравликой вы в массы не выйдете, а на всё остальное у вас не хватит денег.
Прототипа обычно достаточно одного, когда люди с самого начала знают что делают. И отличается он только материалами и ресурсом, но не компоновкой.
P.S. Пообщался со SviMik'ом в аське (у него соответствующее образование по всем этим системам) — говорит пневматика тормозная, долго перекачивать требуемые объёмы газа. Плюс я подумал и решил что проблемы с термодинамикой не стоят этой поддатливости кинематики внешним воздействиям. Возможно, в гидравлической системе эту податливость проще будет реализовать активными методами — электронной ОС и т.п. Если предположить, что компрессор и сами приводы у нас есть, то остаётся система управления всеми этими «мышцами». Её делать уместнее самому, в виде монолитного нафрезерованного куска метала, в котором куча стержней с каналами нужной формы, приводящихся матрицей мелких сервоприводолв. Один такой стержень может, к примеру, управлять двумя трубочками подобно мостовому переключателю, регулируя ещё и скорость (серво может поворачивать вентиль на произвольный угол). Изготовить подобную хрень можно на каком-нибудь фрезерном станке, но проектировать такое я не возьмусь — не спец по гидравлическим системам…
Но, наверное, первая проблема, с которой ты столкнёшься — это всё же расход воздуха. Пневмосистема на свитиботе будет потреблять столько, что ей потребуется стационарный компрессор на колёсиках.
Импульс заранее — это не наш метод. Наш метод — фазовые ВЧ фильтры, компенсирующие такие же фазовые НЧ фильтры, в роли которых наша тормозная пневматика, таким образом, чтоб суммарная импульсная характеристика была прямоугольной… Короче, это не проблема, Слава. Вот механика — проблема…
Что касается расхода воздуха — система то замкнутая, нет смысла прокачивать свежий влажный воздух. А с ростом давления и расход падает (по объёму, не по массе). Если сделать систему эффективной, то потреблять энергии она не должна больше за сервоприводы. Механическая работа то выполняется одинаковая…
(Бородатые инженеры серьёзно обсуждают реализацию пони из детского мультика на сайте, посвящённом этому детскому мультику — со стороны выглядит забавно)
Радикально повышать давление думаю не обязательно. У нас кинематика близкая к пневматике низкого давления, и мозг всё старается компенсировать. а когда ошибается — мы спотыкаемся, падаем и т.п. Это нормально и робот будет выглядеть естественнее…
И даже из тефлона это соорудить проблематично: там тонкие острые элементы детали, и они под рабочими давлениями ползут. ИЗ тефлона можно сделать только тупой монолитный поршень с маслосгонными канавками, как на компрессоре высокого давления, например. Но не более того.
Пневматика проблемна тем, что при низких рабочих давлениях у нее запаздывания на развитие усилия привода. Грубо говоря, нужно полости исполнительной части привода надуть до нужного давления, а это жуть как долго. Так что придется выбирать — или порядка сотни атмосфер, или мы получим отзывчивость как у двери на автобусе ))) Главное же, эти запаздывания принципиально не позволяют делать поддержание равновесия за счет «спинальных рефлексов» у робота. Придется все время держать проекцию ЦТ в пределах опоры. Поняшка не сможет бегать, только ходить.
Ах, да, примеры типичной конструкции распределителя! Гуглится по «гидрораспределитель экскаватор», например. Без «экскаватора» вылезают крановые всякие, а там не те характеристики, какие нужно.
— «Двойных гидроударов» в пневматике можно не бояться.
— Запаздывание развития усилия в приводе есть и у нас, мешков с бактериями, и ничего. Программная компенсация и бот будет выглядеть ещё естественнее.
— А поняшка может бегать с текущими сервоприводами? А прыгать? Разве нельзя при низких давлениях добиться такой пропускной способности, чтоб пневматика работала достаточно быстро? Запаздывания очень легко компенсируются программными фильтрами, так что я бы их не рассматривал всерьёз.
Всё что решается программно — нужно решать программно. В наши дни кусок песка дешевле, компактнее и потребляет меньше энергии за металлолом…
За гидрораспределитель сейчас почитаю, но если там клапаны и всякие редукторы — это слишком сложно для системы, в которой роль всех этих вещей выполняет микроконтроллер.
С пневматикой высокая пропускная способность достигается большими сечениями всего тракта. А это большие расходы рабочего тела, да еще и газовые законы начинают сказываться на больших объемах и на низких давлениях. На высоких-то этими всеми бойлемариоттами можно хоть как-то пренебречь, а когда давления относительно низкие — придется постоянно считать плавание давления из-за нагрева/остывания газа непосредственно в приводах.
А уж и помечтать нельзя теперь! ;)
Гидравлика тоже нерационально занимает пространство. Слишком много этапов преобразования энергии, лучше бы это всё место занимала батарея.
категорически не согласен, это только если технология уже отработана, и наш свитибот десятый-двадцатый
а мы хотим, чтобы могли, соответственно вот как-то так…
тентаклипальцы чтоль? Или просто копыто раздваивается и функционирует как хвататель?Видел где то статью с рассчетами, мол почему нельзя сделать человеку подушечки, как у человека паука.Вывод был неутешительным: чтоб заставить прилипнуть к потолку человека весом в 70 кг, потребуется площадь подушечки равной 70% площади его кожи.
*не понимает, зачем спорит*
У данных сервоприводов можно менять параметры регулятора. Таким образом можно обеспечить относительную «упругость» их поведения. Смотри, например, [Schwarz М. and Behnke S. Compliant Robot Behavior using Servo Actuator Models identified by Iterative Learning Control]. Датчиков тока нет.
Четыре мышцы недостаточно. Как вращение вокруг оси звена контролировать?
Сегнетоэлектрические приводы всем хороши, кроме 1) совершенно диких управляющих напряжений и 2) малых ходов, из-за чего приходится собирать элементы привода последовательно. А это дорого. И это не решаемо простыми средствами. У нас же робот с собаку ростом, а не микроманипулятор какой-нибудь)
Тут говориться о неких «Диэлектрических ЭАП» (Электроактивные полимеры).
Вот ещё на мембране даже нашло что-то (земля ей пухом): www.membrana.ru/particle/11907
2045.ru/pdf/kopp_Beliaev_Schukin.pdf — вот и всё. Информации, на самом деле, я и сам больше не находил. Вроде бы они и есть, а по факту как топливные элементы: как достать — непонятно…
энивей, сенкс
Но блин, проблемы у них все те же — разрушение свойств материала при нагрузках ненамного больше больше положенных. Но спирали нитинола хотя бы можно перетренировать на изначальную сжатую форму, а нейлон при растяжении все, на выброс. И эти приколы фатальны для роботостроения, делая проще в реализации даже пневмопривод.
Это не «ардуинка с малинкой», а типовые и доступные решения. Как и ROS/OROCOS в качестве промежуточного ПО. Напоминаю, что в технике, проекты содержащие большой процент новизны редко бывают успешны.
Сервомоторы и шаговые все равно не очень хорошо, движения будут стремными.
Допустим у нас привод с ходом 20мм, магнитный зазор 10мм с индукцией 2Тл. Мы намотали обмотку проводом 0,5мм, на каркас диаметром 15мм и длинною 20+10мм. Сопротивление обмотки порядка 0,25Ом. При мощности тепловыделения порядка 5Вт получаем 4,47A, а длинна проводника в зазоре 0,95м. Усилие почти 10кг. Это статическая нагрузка, с допустимым тепловыделением, в динамике же можно и 30 килограмм попробовать получить. С конструкции размерами где-то 20х40мм. Увеличивать рабочий ход такого привода неудобно, поэтому имеет смысл увеличивать его тягу и уменьшать рычаг в суставах. Имеет смысл так же соединять такие приводы последовательно, для оптимизации компоновки. Чтоб мотор был длинным и узким. Неодимовые магниты конфигурации «бублик» достать не проблема: www.neodim.net.ua/magnity-kolco
Этого мало для тушки. Магниты стоят не малых денег, плюс многополюсность требует хитрого управления (просто ток нужной полярности и силы уже не подать).
Правда хочу сразу предупредить, что неодимовые магниты очень хрупкие и из-за высоких магнитых свойств с ними тяжело работать.
А по части привода использующего силы электромагнетизма, я на данный момент вижу две возможные схемы. Но, поскольку я человек относительно далёкий от электромеханике, об их потенциальной реализуемости и эффективности я судить не берусь.
Если да — то я вас огорчу — как «сенсоры» они не могут использоваться в принципе! Ибо чтоб через них видеть «положение» и тем более «нагрузку» — нужно их питать ПЕРЕМЕННЫМ напряжением, плюс поверх основной катушки пару-тройку «сенсорных»(снимающих показания).
А так да — обычный «линейный» войс-коил привод. Только вот управление там сугубо по «линейкам»(внешний линейный энкодер).
Есть такая штука — Электро-Механическая Обратная Связь (ЭМОС). Никакой переменный ток тут ненужен, достаточно измерять противоЭДС (с учётом падения на активном сопротивлении обмотки, внутреннего сопротивления магнитной системы и т.п.), и вычислять перемещение по скорости движения, равному противоЭДС. Я сразу предупредил, что в статике это работать будет недолго — накопится ошибка, которую необходимо компенсировать дополнительными системами, но уже не требовательными к скорости (визуальные данные, акселерометры и т.п.). По абсолютной индуктивности обмотки можно вычислять положение и в статике, тут уже придётся подмешивать небольшой переменный ток, чисто сканирующий, да. Сам привод является по-своей сути источником ускорения, управляемым током. И он же источником скорости, управляемым напряжением. Это очень удобная для управления модель. Остаётся только понять, сможет ли реальная конструкция обеспечить требуемую мощность.
По мощностям — зайдите на канал в виде — там у них много разных войсов с их данными. Да и сайт их есть.
И где я писал, что вы НЕ МОЖЕТЕ вычислить? Вычислить можно всё! Главное — какой ценой :) Точнее — во сколько сотен вечнозелёных обойдётся тот контроллер, который будет вычислять положение по данным скорости и ускорения(ну и плюс два концевика — нули-то он должен знать — от чего отсчитывать-то).
В качестве концевиков упоры на самом приводе. По тому же противоЭДС чётко видно когда привод перестал двигаться. Тут актуальнее проблема компенсации набегающей ошибки позиционирования, т.к. точность измерения скорости перемещения ограничена.
Звучит как что-то нереальное. Кстати да, я такие контроллеры на коленке и делаю…
Время сервоцикла зависит от ускорения сервопривода и момента инерции всего исполнительного механизма (конечности). И всё. Поскольку нам требуется приличная мощность, чтоб выполнять полезную работу — инерция мешать должна несущественно. Примерно как нам она мешает ногами своими шагать. Вот взять и сказать сейчас это время я никак не могу, т.к. на него влияет компоновка, масса компонентов, температура обмотки привода (под неё контроллер ограничит мощность, т.к. в импульсе привод будет развивать значительно бОльшее усилие чем в статике) и т.п.
Разрешающая способность — в данном случае термин некорректный. Она бесконечная в бесконечном интервале времени. Реальная зависит от времени, которое мы выделяем на измерение. Тут корректнее сказать каков уровень шума этой системы. Штатный АЦП большинства МК — 12бит на 0,15...2мкс. Для эффективной передискретизации уровень шума должен находится приблизительно на уровне шума квантования АЦП на частоте дискретизации. Т.е. на частотах порядка нескольких мегагец получаем порядка 12-ти бит, а с дальнейшим снижением частоты разрешение растёт приблизительно в корень с разницы частот раз. Это в идеальном случае, если датчики шумят на оптимальном уровне. Ну и ещё АЦП обычно один, и мультиплексированием обрабатывает пачку каналов. Это тоже сказывается на разрешении. Делим его на количество измеряемых цепей. Для наших относительно медленных исполнительных механизмов, не требующих супер точности, разрешения должно хватить с приличным запасом. Опять же — у меня больше вопросов именно к самим приводам. Что можно реально сделать/купить и стоит ли оно возни. Управлять можно, было бы чем…
Так-же бывает, что красиво на бумаге, а когда начинается реализация — простейший контроллер выливается в монструозную конструкцию с двумя-тремя АРМами, кучкой ПЛИС и общей ценой переваливающей за штуку вечнозелёных.
Да и в схемотехнике прошлых столетий нет ничего плохого — запихиваем в ПЛИС эту-же схему и радуемся работой :)
Думаю, эти параметры можно и улучшить, если уменьшить зазор и использовать двухслойную катушку с теплоотводом на алюминиевый каркас. По крайней мере, в импульсе обеспечит бОльшую тягу.
При индукции в зазоре 1,45Тл, высоте зазора 8мм, высоте катушки 11мм, диаметре катушки 76мм усилие при одном ампере — >2кг. А допускается ток порядка 17A (кратковременно). Обмотка 8-ми омная, но если её намотать медью — сопротивление существенно снизится, а с ним и тепловыделение. 34кг в импульсе при массе катушки в десяток грамм и массе магнитной системы хз сколько, весь динамик 3кг весит. Правда, в этом же импульсе даже с медью будет больше киловатта потребления, зато с уменьшением нагрузки потребляемая мощность снижается в квадратично.
Величину хода контролировать позволяет только с использованием вычислений и хитрой системы управления. Сам привод является источником ускорения (ток) и скорости (напряжение), но не положения как серво.
Шучу, а-то сейчас закидают помидорами…
При увеличении массы магнита и уменьшении зазора что, индукция в нём никак не увеличится? А ведь она так же существенно влияет на тягу, как и ток, протекающий через обмотку, и длинна этой обмотки в зазоре. А чем меньше длинна при том же сечении — тем меньше и омических потерь. При этом уменьшая длину, скажем, в 2 раза, мы уменьшаем толщину катушки в 2 раза, уменьшаем в 2 раза и зазор, от чего индукция возрастает в… 4 раза, увеличивая тягу мотора с тем же током в 2 раза, и в 4 раза с тем же тепловыделением. Ошибаюсь?
За плотность намотки, теплоотвод от неё и выбор материала с минимальным сопротивлением то всё верно, только не технологично использовать все эти трюки. Удобнее не выпендриваться и мотать обычным медным обмоточным проводом на теплопроводящий каркас и фиксировать полимером.
По катушке и зазору — при достаточно мощном магните и грамотной магнитной системе поток через зазор будет почти одинаков как при 1мм так и при 0.1мм зазоре.
И что-то ваши рассуждения ведут в совсем другую сторону — как уменьшив ДЛИНУ вы получите уменьшение ТОЛЩИНЫ? Про зазор вообще «песня» — для увеличения магнитного потока через зазор нужно уменьшать «рабочую длину» якорей, что повлечёт уменьшение активно взаимодействующих с магнитным полем проводников и падением тяги ;)
Также не забывайте такую прикольную весч как «магнитное насыщение» — под действием внешнего магнитного поля ферромагнетики могут «намагничиватся» до определённого уровня, и после превышения определённого порога поля увеличения уже не будет — материал придёт в насыщение. Еслиб этой штуки не было — можно было-бы делать магнитные системы с почти бесконечной магнитной индукцией в зазоре!!!
За «технологичность» отвечают технологи в обнимку с маркетологами ;) Одни первые предлагают вторым кучку решений, вторые выдают самый ДЕШЕВЫЙ и беспроблемный вариант получения профита. Когда нужно делать «не абы как» — делают по «правильной» технологии и с квадратными проводами, и со спец-пропиткой и ещё со многим-многим-многим :) При наколенном изготовлении чего-либо также люди стараются применять самые оптимальные решения.
Не забываем за материаловедение. В реальности — влияет, т.к. мы уже и так взяли максимально мощный сплав на основе редкоземельных магнитов. Поэтому чудес можно не ждать — тем больше зазор, тем и крупнее кусок сплава нам потребуется для удержания в нём той же индукции.
А на практике это не повлияет на массогабаритные показатели привода? Увеличение зазора в 10 раз с сохранением индукции…
Трансформаторы никогда не мотали? Знаете что такое коэффициент заполнения окна магнитопровода? И как на него влияет количество витков одного и того же провода?
Ничего не понял. Имеем одну и ту же магнитную систему, но в одном случае центральная шайба просто на 1мм меньшего диаметра, больше отличий никаких. При этом магнит в обоих системах одинаковый и его сила рассчитана под изначально меньший зазор. Хотите сказать, что в данной ситуации увеличение зазора не приведёт к снижению индукции в нём?
Ага, только это уже приличные 2Тл для железа. Меня вполне устроит такая индукция, только вот габариты магнитов видели с такой индукцией в зазорах? Это явно не те тонюсенькие трубочки в заводских приводах…
Дай мне фиксированный бюджет и выбор — как думаешь, что получится сделать качественнее? Потратить кучу бабок на прямоугольный провод, или на редкоземельный магнит и обычный провод? Вот и я о том же — всему меру знать нужно и на практике этот хитрый провод со спец пропиткой редко оправдан. Просто экономически не целесообразен.
Было бы очень круто если бы кто-то из присутствующих таки взялся за постройку прототипа шагающего робопони на гидравлике или мышцах. Пусть даже это и будет выглядеть по началу как экскаватор из шприцов. Не страшно. Больше робопони хороших и разных! Будем сотрудничать.
Элегантно рысящий няшный розовый экскаватор! Это ж мечта!
В руки Тиреку Большой отбойный молоток или что нибудь подобное, и можно смело отправлять на битву роботов к Марку 3 и Куратосу. =)
www.youtube.com/watch?v=I9SPLYdLOn0
Хотя печать печати рознь, если печатать на спекающем лазерном принтере металлом — то походит.
Я не покупаю а продаю)
Я, наоборот, предлагаю Свити использовать то, что у меня есть в доступе, чтобы делать себе детали.
НО — почему именно «солидкам»? Для солида тонны других камов есть. Тут скорее будет загвоздка в постпроцессоре под ВАШИ станки ;) Особенно если они уронвя ОЦ и имеют чуток более чем 3 оси.
Главное — модель ОЦ и какая стойка?
В принципе, не самый навороченный.Но кое-что делать на нем уже можно.
За предложение с помощью спасибо, буду иметь в виду.
И да — ожидаемо в свободном доступе поста к нему нету :(
У вас заказы принимаются в каком виде? Может будет проще вам саму деталь в виде солидовской модели забрать и на месте всё «просчитать»?
Нормальный фрезерник с глобусным столом ожидается, но не раньше следующей осени.
Я поговорю на днях с технологами, что там они думают про получение детали в солиде. Может быть, все не так уж и проблемно окажется с этим.
Думаю поймёте КАК и КУДА это можно «применить» ;)
И мой вам совет — уходите от модельных «серв» — они для игрушек сделаны. Мелкий «брашлес» плюс планетарный редуктор плюс «энкодер» от принтера выйдут и дешевле и «мощнее» и быстрее, нежели ваши «сервы». Точнее — ваши «бюджетные» сервы :) Ибо в природе так-же есть модельные сервы на основе бесколлекторников и к тому-же имеющие просто заоблачные моменты вращения(применены не обычные шестерни, а волновой редуктор). Один минус таких серв — цена от 150-200 баксов за штучку.
HerkuleX это далеко не модельные серво, цена в $40 как бы намекает.
Старшая модель 0201 как раз бесколлекторная $130.
Документалка 69-го года. Даже цветная!..