Cubli – куб, который может подпрыгивать, балансировать и ходить по вашему столу.

cubli8211кубкоторыйможетподпрыгиватьбалансироватьиходитьповашемустолу

new_cubli

Обновление: новое видео финала робот! Мои коллеги из Института динамических систем и управления в ETH Zurich создали маленький роботизированный куб который может автономно подпрыгивать и балансировать в любом из углов .



Обновлять

Эта последняя версия Cubli может подпрыгивать, балансировать и даже «ходить». Эта новая версия является автономной в отношении мощности и использует три слегка модифицированных велосипедных тормоза вместо металлических барьеров, которые использовались в предыдущей версии. В настоящее время мы разрабатываем алгоритмы обучения, которые позволяют Cubli автоматически обучаться и регулировать необходимые параметры, если прыжок не удастся из-за износа тормозов и изменений инерции, веса или наклона поверхности.

Этот робот начал с простой идеи:

Можем ли мы построить 42 куб с гранями, который может подпрыгивать, балансировать на своем углу и ходить по нашему столу, используя стандартные двигатели, аккумуляторы и электронные компоненты?

Есть несколько способов удержать куб в равновесии, но подпрыгивание требует внезапного высвобождения энергии. Интуитивно импульсные колеса казались хорошей идеей для хранения достаточного количества энергии, сохраняя при этом компактный и автономный куб.

Более того, те же самые импульсные колеса можно использовать для реализации реакции – Алгоритм управления на основе крутящего момента для балансировки за счет использования моментов реакции на корпусе куба, когда колеса ускоряются или замедляются.

Может ли это сработать?

Первый шаг в создании робота, следовательно, должен был взглянуть на физику, чтобы выяснить, возможен ли прыжок, основанный на импульсных колесах. На изображении ниже показаны некоторые математические операции для определения момента инерции (MOI) колеса и полного куба.

RaffNotes_Cubli

Этот математический анализ позволил количественно понять систему, что позволило обосновать выбор конструкции, такой как компромисс между использованием трех импульсных колес по сравнению с конструкцией. с колесом импульса, установленным на каждой из шести внутренних граней куба.

Другим результатом этого анализа было хорошее понимание требуемых скоростей колеса импульса, чтобы куб чтобы подпрыгнуть, и крутящие моменты, необходимые для удержания куба в равновесии. Оба фактора имели решающее значение для следующих шагов: Определение требуемых характеристик оборудования.

Спецификации и конструкция оборудования.

Учитывая необходимые скорости и крутящие моменты, определенные выше, было ясно, что двигатель и коробка передач импульсного колеса будут серьезной проблемой при создании робота. Использование математической модели позволило систематически решать эту проблему, давая возможность количественного анализа компромиссов между более высокими скоростями (т. Е. Большей энергией для подпрыгивания) и более высокими крутящими моментами (т. Е. Большей стабильностью при балансировке)

Cubli_IROS2012_Page_1_Image_0001

Эта основанная на математике конструкция оборудования привела к в подробных спецификациях основных аппаратных компонентов робота (импульсные колеса, двигатели, шестерни и батареи) и позволили разработать CAD-дизайн всей системы.

Частью этого шага было проектирование специального тормоза, чтобы внезапно остановить импульсное колесо, чтобы передать его энергию всему кубу и заставить его подпрыгнуть.

Cubli_IROS2012_Page_3_Image_0001

Фотография слева показывает раннюю конструкцию этого тормоза, состоящую из винта, установленного на импульсном колесе, серводвигатель (показан черным) для перемещения металлической пластины (синего цвета) в sc путь rew (светло-коричневый) и монтажный кронштейн (светло-коричневый) для передачи энергии колеса импульса структуре куба. В текущей конструкции используется комбинация закаленных металлических деталей и резины для уменьшения пиковых нагрузок.

2D-прототип

Чтобы проверить механику и электронику стратегии прыжка и балансировки и доказать осуществимость всей концепции, была построена одномерная версия:

Результаты, полученные с этой 2D-версией куба, были опубликованы в IROS 2013 бумага.

финальный робот

После успешных тестов с 2D-версией , был построен полноценный робот. В результате получился Кубли, маленький робот в форме куба, названный в честь швейцарско-немецкого уменьшительного слова «куб».

Как вы можете видеть на видео, Cubli может надежно балансировать.

Однако первые тесты с прыжком показали, что напряжение, возникающее в результате внезапного торможения импульса Колесо приводило к механическим деформациям импульса колеса и алюминиевой рамы. Это сделало невозможными повторные прыжки всего Cubli без замены деталей. Поэтому было решено настроить конструкцию и механизм разрушения, чтобы уменьшить механическое напряжение, вызываемое прыжком.

В дополнение к балансировке, мои коллеги сейчас исследуют возможность использования контролируемого маневры подпрыгивания, балансировки и падения, чтобы Кубли шел по поверхности.

Cubli - standing up

Примечание 1: этот пост является частью нашего Серия швейцарских роботов . Если вы хотите отправить робота в эту серию или в серию для другой страны, свяжитесь с нами по адресу info robohub.org. Cubli - standing up Примечание 2: Эта работа была выполнена в Институт динамических систем и управления, ETH Zurich, Switzerland и частично финансировался Швейцарским национальным научным фондом. (SNSF), номер гранта .

Примечание 3. Если у вас есть вопросы, задавайте их ниже, и мы разместим ответы .

Еще несколько фотографий:



Cubli_IROS2012_Page_5_Image_0001

Cubli_IROS2012_Page_5_Image_0001 Cubli_IROS2012_Page_5_Image_0002

Swiss Robots - Cubli

Swiss Robots - Cubli Спасибо, Гаян!

Swiss Robots - Cubli Если вам понравилась эта статья, вас также могут заинтересовать:

Leave a comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

9 + 12 =