Garázs-beépített robot a DARPA Robotics Challenge számára - 💡 Fix My Ideas

Garázs-beépített robot a DARPA Robotics Challenge számára

Garázs-beépített robot a DARPA Robotics Challenge számára


Szerző: Ethan Holmes, 2019

Teljes körű humán korunk, WATSON.

Azóta, hogy 2005-ben összeszereltem az első bipedet, álmodtam egy teljes méretű humanoid robot építéséről. Sajnos csak nincsenek készletek; nem olyan egyszerű építeni egy stabil bipedet. Még a kis bipedek is problémát okoznak a stabilitás, a feldolgozás ellenőrzése, az energiafogyasztás és a mechanikus lejtés miatt. És ahogy a méretet is növeljük, úgy növeljük a stabilitási problémákat és a költségeket.

A mai tipikus kis bipedek (körülbelül 8 ″ és 18 ″ közötti magasság) körülbelül 400-2000 dollárba kerülnek. A nagyobb méretű - akár 36 hüvelykes alatti - egyéni építésű modellek könnyen elérhetik a 30.000 dollárt. Az emberi méretű bipedek általában több százezer, ha nem millió dollárt fizetnek.

Megmutattam, hogy megmutathatom, hogy egy teljes méretű bipedet lehet építeni, ami jóval kevesebb, mint 10 000 dollárért járhat. Van egy alacsony költségű, egyszerű módja annak, hogy hatalmas tőkebefektetés és egy rakéta-tudóscsoport nélkül építsünk egy teljes méretű biped robotot?

Kétségeink előtt emlékezzünk arra, hogy a 18. században John Harrison, a saját órájú, fából készült órák készítője megépítette az első nagyon pontos hajó kronométert, és 10 000 font (ez a régi brit pénz) díjat nyert. A korszak magasan képzett tudósai megtagadták, hogy elismerjék, mert nem rendelkezett formális oktatással. A siker az eltökéltséget követi, a „Soha ne adja fel… Soha ne adja át” hozzáállását.

Hét éve építettem és újjáépítettem nagy bipedemet. A hatodik és a legmodernebb WATSON modellt hívom, a „A-Tether Stereoscopic Omni-Navigator” -ot. Mind a hat modell a szabadidőmben épült, a munkámtól mint szerződéses firmware fejlesztőtől. Az első prototípus, az 1. modell, csak láb, boka és comb volt. Ez egy platform, hogy teszteljem a biped vezérlés elméleteimet.

Korai prototípusom csak egy láb, boka és comb volt.

Ez a modell annyira sikeres volt, hogy úgy döntöttem, hogy elkészítem a teljes robotot.

A 2. modell néhány olyan változtatást hajtott végre a hagyományos bipedekről, amelyeket ma a piacon látnak. Gone:

  • Nagy, lapos, négyzetméter
  • Nehéz szervók láb- és bokamozgásokhoz
  • Egy központi vezérlőegység az egész robotot futtatja

Hozzáadott:

  • Emberi lábstílus, három érintkezési ponttal
  • Összekapcsolás a felső lábról a lábfej pozíciójához
  • Egy végtagfeldolgozó kártya vezérlő minden egyes végtaghoz

Számos különböző elmélet és modell található a bipedek vezérlésére. Néhányan rendkívül kifinomultak, és komplex matematikát igényelnek, hogy szabályozzuk a dinamikus erőket, amelyeket magától értetődőnek tartunk járás közben. Ez NEM erről szól. Bizonyos ellenőrzési elméletek kerülnek bemutatásra, de minimálisra tartom. Az elmélet lényege, hogy elegendő érzékelővel nagy tömegű robotot építhetünk a tömegközéppont elve alapján.

A 2-es modellnek az volt a célja, hogy erős combokkal és könnyű lábakkal rendelkező robotot hozzon létre. Remélték, hogy ez a kialakítás időben fejlődhet egy futó bipeddé. Ennek elérése érdekében a kisebb bipedeknél gyakran tapasztalt „csalásokat” tervezték, beleértve a hatalmas négyzetmétereket is.

Nehéz leesni, ha cementet visel. Egy alacsonyabb tömegközéppont nagyobb stabilitást biztosít egy álló robot számára, de sok energiát igényel az egyes lábak mozgatásához. Az embereknek nagy tömegük van; amikor sétálunk, a tömegünket a tömegközéppontunkon kívül dobjuk, és a másik lábunkkal fogjuk magunkat, majd ismét a következő lépésre kötjük. Ezek a gyors mozgások fordított ingát alkalmaznak, ahol a tömeg a forgáspont (a boka) felett van.

Három lábérzékelő az egyes lábak alján egyensúlyt nyújt.

Minden bipednek szüksége van egyfajta egyensúlyra. Az 1-től 6-ig terjedő modellek (kivéve az 5. modellt) erre a célra nagyon pontos terhelési cellákat használnak, három lábonként. Ezek a speciális terhelési cellák körülbelül 0,2 százalékpontosak a teljes skálán (legfeljebb 100 font). Egy milliszekundumig akár egyszer is elolvashatók. A sejteket a láb aljára helyezzük, mint az emberi lábhoz hasonló háromszög alakú elrendezést.

Az emberi lábnak 11 pontja van, amelyek a súlyt elosztják, de három rendkívül kritikus; a sarok, az első metatarsal labda a nagy lábujjban, és az ötödik metatarsal a pinkie toe-nál állványt alkot. Lehet, hogy jobbak lesznek a robotos gyaloglás, de ezzel kapcsolatban az erőkre és a biped tapasztalatok visszacsatolására lehet utalni.

A cél az, hogy a láb mindig támaszkodjon a terhelésre a tömegközépponton belül, ami a három súly súlya, amelyet a tömegközépponttól mért fizikai távolság határoz meg. Ha egy adott láb mindhárom érzékelője súlya van, és a teljes tömeg legalább 1 font, akkor meg lehet határozni az aktuális tömegközéppontot, és hogy az igazi középponttól messze van X és Y irányban. Ezt a hibát egy arányos integrált hurokba tápláljuk be, amely önmagában beállítja a szervókat, és a háromszögben tartja a tömeg közepét.

A robotom terve folyamatosan fejlődik.

Két évvel ezelőtt hallottam a DARPA Robotics Challenge-ről. Ez csak az volt a lendület, amire szükség volt ahhoz, hogy folytassam a munkát a bipeden. A negyedik újjáépítésen voltam, és a célom megváltozott - most már több nehéz feladatot kellett elvégeznem, amelyek nem tartoztak a tervezési céljaimhoz:

  1. Vezessen egy kis golfkocsit
  2. Mászni egy létrán
  3. Nyissa ki az ajtót
  4. Fordítsa el a szelepet
  5. Használjon elektromos szerszámot
  6. Tiszta nehéz törmelék

2013 decemberéig felvettem néhány más rajongót, hogy segítsen felkészülni a kihívásra. A 4. modell platform nem volt elég erős ahhoz, hogy kezelje a feladatokat - nagyobb, erősebb szervókra volt szükség. A DARPA pálya D kihívásába léptünk olyan csapatokra, amelyek nem rendelkeznek állami támogatással. Egyáltalán nem volt finanszírozásunk, így nem fogjuk használni a Boston Dynamics által kifejlesztett 2,500 dolláros szervót vagy 1,2 millió dolláros Atlas robotot.

Egy 200 dolláros szervót találtam egy hatalmas nyomatékkal egy amerikai Invenscience cégtől. Egy kicsit nehézkes, de nagyon erős. Egy hónapos pihenőidőt használtam, és 5-ös modellt hoztam létre, az első, amelyet WATSON-nak neveztek. Ez egy nagyon kövér volt a nagyon drága Atlason, amelyhez villástargonca kell, hogy táplálja a tápellátását mögötte egy kötélen keresztül. Az 5-ös modell nem használta a terhelési cellákat, hanem statikus keretek sorozatával járhatott. Ez volt a kísérlet arra, hogy 2013-ban eljussunk a DARPA Robotics Challenge-hez, de elfogyott az idő, hogy befejezzük a felsőtestet. A tisztességes munkaköri karok nélkül nem tartanánk át a teszteket. Mindazonáltal a DARPA meghívott minket, hogy részt vegyen a kihívásban 2014-ben.

A WATSON új, feszes szervói.

A következő cél az automatikus kiegyensúlyozott séta. A 6. modellben a lábak át lettek tervezve a tömeges algoritmus középpontjába. Az animációs programunk működik, és a Robot operációs rendszer eszköztárát használjuk a telemetria-naplózáshoz és a hibakereséshez. Kis lépésekkel kezdjük, és nagyobb és gyorsabb járásig dolgozunk.

Hét év elteltével elkötelezett volt egy teljes méretű gyalogos robot létrehozása. Az első öt volt a legnehezebb, leginkább azért, mert én magam építettem. Most, Chris Mayer és Girts Linde segítségével nagy lépéseket teszünk (szándékosan), hogy versenyezzünk a srácokkal, akiknek minden nagy dolcsa van. A DARPA Robotics Challenge 2014-hez nagyon nehéz leszünk.



Lehet, Hogy Érdekli

Bejelentés: Üdvözöljük Rachel!

Bejelentés: Üdvözöljük Rachel!


Ezen a szombaton, február 18-án: Fiatal készítők / Nyissa meg a MAKE-t a Exploratoriumban

Ezen a szombaton, február 18-án: Fiatal készítők / Nyissa meg a MAKE-t a Exploratoriumban


Hozzon létre egy jobb Nerf fegyvert

Hozzon létre egy jobb Nerf fegyvert


Kérdezd meg a MAKE-t: A szívverések bekapcsolása a Drum Beats-be

Kérdezd meg a MAKE-t: A szívverések bekapcsolása a Drum Beats-be






Legutóbbi Hozzászólások