電子機器を省いた空気圧ウォーカー

ビデオ: 電子機器を省いた空気圧ウォーカー

Отличия серверных жестких дисков от десктопных
ビデオ: (コメ付き)ポケウォーカー振り機を自作してみた【技術部】 2023, 2月
電子機器を省いた空気圧ウォーカー
電子機器を省いた空気圧ウォーカー
Anonim
Image
Image

アメリカのエンジニアは、電気機械部品や電子機器がない、柔らかい素材を使用した空気圧歩行ロボットのプロトタイプを作成しました。このデバイスは、論理回路を形成し、圧縮ガスでのみ動作するバルブのシステムによって制御されます。ロボットの歩行はカメの動きを模倣し、動きの方向を変えて二酸化炭素ボンベから自律的に動作することができます。電気部品のないロボットは、爆発性ガスの含有量が多い場所、偶発的な火花の可能性を排除する必要がある場合、または金属要素の存在が許容できない状況、たとえば内部で安全に動作できます。 Science Robotics誌に掲載された記事によると、磁気共鳴画像装置の動作。

ロボットの構築に軟質材料を使用することで、医療など、人間や環境との安全な相互作用が必要な場合に使用できます。さらに、柔軟性と柔軟性により、ソフトロボットは困難な表面に適応できます。たとえば、触手の形をした柔軟な腕は、複雑な形状の物体をつかみ、それらの周りをねじることができます。

ソフトロボットを駆動するために、エンジニアは空気圧アクチュエータを使用することがよくあります。これは、そのようなメカニズムを作成する複雑さが低く、主要コンポーネントが広く商業的に利用できるためです。ポンプを使用して空気圧アクチュエータを操作するには、ソフトロボットの構造要素の内側にある密閉されたチャンバーに過剰な圧力を注入します。これにより、マニピュレータが非対称に変形したり、曲がったり、曲がったりしなくなります。

空気圧ポンプとバルブのシステムを操作するには、通常、追加の電気機器(電気モーターとソレノイド)が使用され、制御はマイクロコントローラーを使用して実行されます。ただし、これは、たとえば、強磁場で作業する場合や、爆発性ガスのレベルが高い環境で火花が発生するリスクがあるため、常に許容できるとは限りません。さらに、電気機器や電子部品は、複数の自由度を持つ柔軟なロボットの柔軟性を制限する可能性があり、ソフトデバイスの概念に適合しません。

これらの制限を回避するために、カリフォルニア大学サンディエゴ校のMichael Tolley率いるアメリカ人エンジニアが、電子部品と電気機械部品を備えていない足の柔らかい空気圧歩行ロボットのプロトタイプを作成しました。そのアクチュエータと制御システムは、同じ圧力源から空気圧でのみ動作します。

ロボットのデモンストレーションプロトタイプは、45度の角度で取り付けられた脚を備えた3DプリントされたPLAボディと、パイプラインで接続された空気圧制御システムバルブで構成されています。長さ173ミリメートルの各脚は、密閉されたチャンバーを形成する3本の平行な波形チューブで構成されています。チューブの1つに圧力がかかると、手足が反対方向に曲がります。したがって、3つのチャンバーのそれぞれに圧力を注入することにより、ロボットの脚を目的の方向に偏向させることができます。エンジニアは、3つのチューブのそれぞれで圧力を順次ポンプで下げたり下げたりすることで脚の振動運動を実現し、それによって円形の経路で脚を上下させました。開発者は、ロボットの4本の手足すべての動きのパターンを、アフリカのサイドネックのカメから借りました。カメは、歩くときに、足をペアで斜めに動かします。

Image
Image

空気圧ウォーカー

Image
Image

カメの足の動きのシーケンス:斜めに配置された足は同時に機能します

Image
Image

ロボットの脚を前後方向にリズミカルに動かす空気圧リングジェネレーターの動作図

ロボット制御システムは、デジタル論理回路に接続されたバルブで構成されています。マイクロ流体論理要素を使用してソフトロボットのプロトタイプを作成する試みは以前に行われていましたが、エンジニアはこのアプローチを歩行者の複雑に調整された動きに初めて適用することができました。

ロジックインバーターとして機能する空気圧バルブは、3つの部品で接続されてリングジェネレーターを形成します。リングジェネレーターは、外部圧力源に接続されると、脚の対角線に沿ってペアで接続された3つのチャンバーのそれぞれに直列にガス流を送ります。 。同時に、2対の脚のそれぞれの発電機端子への相互接続のバージョンに応じて、一方の脚は2番目の脚に対して位相遅延を伴って歩くことができるため、カメの足。したがって、歩行者の4本の脚すべてを制御するには3つのバルブで十分です。

Image
Image

バルブ配置:インバーター(上)、双方向双安定スイッチ(下)

Image
Image

リングジェネレーターのバルブの図。 (B)チャンバーA2とA3の両方が膨張し、(C)A2が解放され、P +-高圧、Patm-低圧

Image
Image

ロボットの脚のペアの個々のチャンバーのバルブへの接続図

ただし、このような作業スキームは最適ではありません。これは、0、120、および240度のラグフェーズのみを実装できるためです(フェーズ値が0の場合、ロボットのすべての脚が一斉に動作し、外れることはありません。表面)、そしてカメの歩行では、足のペアの作業の位相は約180度です。これは、最大移動速度が達成される最適値です。結局のところ、このような位相は、2番目のリングジェネレータと位相調整バルブを追加して制御回路を複雑にすることで実現できます。位相調整バルブは、脚のペアの相互のラグの初期調整にのみ使用されます。このスキームのおかげで、歩行者の最適なフットワークを得ることができますが、同時にロボットの重量が増加し、ロボットの移動速度に悪影響を及ぼします。開発者が180度の位相角で測定した移動速度はロボットの体長/秒の0.090でしたが、3つのバルブと120度の位相を持つ非最適構成での最大速度はわずか0.024体長/秒でした。さらに、新しい要素を追加すると、デバイスの重量が増加し、デバイスの信頼性が低下するため、実験のエンジニアは主に1つの発電機で最初の制御方式を使用しました。

開発者は、歩行者があらゆる方向に動き、さらには向きを変える能力を実証しました。これを行うために、彼らは回路に双安定制御バルブを追加し、2極双方向スイッチ(DPDT)の原理で動作します。これにより、リングジェネレーターの動作の逆方向を整理して変更することができます。歩行者の脚のチャンバーを充填するシーケンス、およびその結果として、手足の移動方向。反対。衝突センサーに接続されたこのようなリバーススイッチ(これも障害物に触れると切り替わる双安定バルブに基づく)は、ロッドの体外に配置され、空気圧ロボットの自律性を大幅に向上させます。

デバイスを使用した実験のほとんどは、パイプラインを介して外部圧力源から圧縮空気を供給して開発者によって実行されました。ただし、ロボットは携帯型電源から電力を供給することもできます。このために、エンジニアは圧縮二酸化炭素シリンダーを使用しました。最大140キロパスカルの圧力調整器を備えた57グラムの小さなシリンダーは45秒のバッテリー寿命に十分であり、306グラムのシリンダーはロボットが最大4分間機能することを可能にします。

空気圧制御のソフトロボットに加えて、Michael Tollyが率いるエンジニアのチームは、他のタイプのアクチュエータを使用するデバイスを開発しています。たとえば、彼らは以前、液晶エラストマーを動力源とするロボットや、水中研究用の柔らかい材料で作られた水中イカロボットを作成しました。

トピックによって人気があります