Tesla bot vs menslike buigsaamheid: kan die nuutste robotika aktuatorbeperkings oorkom en die vaardigheid herdefinieer

Uiteindelik sal die aantal aktueerders wat nodig is vir 'n robot om menslike buigsaamheid en vaardigheid te bereik, afhang van die spesifieke doelwitte en take wat die robot ontwerp het om te bereik.

Hoeveel grade van vryheid het 'n mens

1. Nek: 3 DOF (toonhoogte, gaap, rol)
2. Skouers: 3 DOF per skouer (6 in totaal)
3. Elboë: 1 DOF per elmboog (2 in totaal)
4. Polse: 2 DOF per pols (4 in totaal)
5. Vingers: 14 DOF per hand (28 in totaal, met die veronderstelling van 4 DOF vir die duim en 3 DOF vir elk van die ander vier vingers)
6. Spine: Verskeie ramings tussen 12 en 24 DOF (afhangend van die granulariteitsvlak)
7. Heupe: 3 dof per heup (6 in totaal)
8. Knieë: 1 DOF per knie (2 in totaal)
9. Enkels: 2 DOF per enkel (4 in totaal)
10. TOE: 9 DOF per voet (18 in totaal, met die veronderstelling van 5 DOF vir die groottoon en 1 DOF vir elk van die ander vier tone)

Voeg hierdie DOF bymekaar lei tot 'n benaderde reeks van 83 tot 95 DOF. Hou in gedagte dat dit 'n vereenvoudigde voorstelling is en nie verantwoordelik is vir elke moontlike gewrigsbeweging of addisionele DOF wat in die menslike liggaam aanwesig kan wees nie. Die werklike getal kan hoër wees, veral as u fyner besonderhede en kleiner gewrigte oorweeg. 

Dit is egter belangrik om daarop te let dat robotontwerpe in die praktyk aansienlik van menslike anatomie kan verskil. Ingenieurs kan innoverende oplossings ontwikkel of verskillende tegnologieë benut, soos die gebruik van minder, meer veelsydige aktueerders in kombinasie met passiewe of voldoenende elemente (soos vere of buigsame materiale), of om gevorderde beheeralgoritmes te gebruik om menslike bewegings en funksionaliteit te bewerkstellig. Die spesifieke aantal aktueerders wat nodig is vir 'n robot om 'n soortgelyke vlak van DOF as 'n mens te bereik, sal afhang van die doelwitte, take en die ontwerpbenadering wat gekies is. In sommige gevalle kan 'n robot met minder aktuators steeds indrukwekkende buigsaamheid en vaardigheid bereik, afhangende van die beoogde toepassing daarvan.

Hoe kan differensiële meganismes gebruik word om die hoeveelheid aktuators wat 'n robot benodig, te verminder

Hier is 'n paar maniere waarop differensiële meganismes kan help om die aantal aktueerders in 'n robot te verminder:

1. Gedeelde bediening: Deur veelvuldige gewrigte of DOF aan 'n enkele aktuator te koppel met behulp van ratte, skakels of gordels, kan dieselfde aktuator die beweging van meer as een gewrig beheer. Dit verminder die aantal aktuators wat nodig is, terwyl die gewenste bewegingsreeks behou word.
2. ONTVANGING UITVOER: In sommige robotontwerpe kan daar oorbodig wees wat deur 'n enkele aktuator beheer kan word sonder om die prestasie van die robot aansienlik te beïnvloed. Differensiële meganismes kan gebruik word om hierdie oortollige DOF te koppel, wat meer doeltreffende gebruik van aktuators moontlik maak.
3. Passiewe nakoming: Differensiële meganismes kan gekombineer word met passiewe elemente wat voldoen, soos vere of buigsame materiale, om 'n robot in staat te stel om aan te pas by eksterne kragte of veranderinge in die omgewing. Dit kan help om die aantal aktiewe aktuators wat nodig is, te verminder, terwyl die robot steeds die vermoë bied om ingewikkelde take uit te voer.
4. Vereenvoudigde beheer: Differensiële meganismes kan die beheer van 'n robot vereenvoudig deur die aantal aktuators en dus die aantal veranderlikes wat beheer moet word, te verminder. Dit kan lei tot meer doeltreffende en makliker kontrole-kontrole-algoritmes.

In die algemeen kan die gebruik van differensiële meganismes in robotontwerpe help om die aantal aktuators vereis, wat moontlik lei tot 'n meer koste-effektiewe, liggewig en energiedoeltreffende stelsel. Die implementering van differensiële meganismes stel egter ook sy eie stel uitdagings, soos verhoogde meganiese kompleksiteit en moontlike verlies aan onafhanklike beheer oor individuele gewrigte of DOF.

'N Voorbeeld van 'n differensiële meganisme

'N Voorbeeld van 'n differensiële meganisme wat by robotte gebruik kan word, is die harmoniese aandrywing. 'N Harmoniese aandrywing is 'n soort ratreëling wat 'n buigsame spline gebruik om 'n hoë ratverminderingsverhouding te bewerkstellig met minimale terugslag en 'n hoë akkuraatheid.

In 'n robottoepassing kan 'n harmoniese aandrywing gebruik word om veelvuldige gewrigte of grade van vryheid (DOF) met 'n enkele aktuator te beheer. Die inset van die harmoniese aandrywing is aan die motoras gekoppel, en die uitset is aan die gewrigte van die robot gekoppel. Die buigsame spline maak voorsiening vir presiese bewegingsbeheer en gladde oordrag van die wringkrag.

Deur 'n harmoniese aandrywing in 'n robot te gebruik, kan u die aantal aktuators wat benodig word, verminder, terwyl u steeds 'n hoë vlak van funksionaliteit en buigsaamheid handhaaf. Die differensiële meganisme stel die robot in staat om ingewikkelde take uit te voer wat veelvuldige grade van vryheid by minder aktuators benodig, wat die totale gewig en kompleksiteit van die robot verminder.

In die algemeen bied harmoniese aandrywers en ander soorte differensiële meganismes belangrike voordele vir robotontwerpe, wat die doeltreffender gebruik van aktuators moontlik maak en meganiese kompleksiteit verminder, terwyl dit die funksionaliteit en buigsaamheid van die robot behou of selfs verbeter.

Wat is 'n harmoniese rit

'N Harmoniese rit is 'n tipe hoë-presisie-ratreëling wat in meganiese stelsels gebruik word, insluitend robotte. Dit bestaan ​​uit drie hoofkomponente: 'n sirkelvormige spline, 'n flex spline en 'n golfgenerator. Die buigspline word tussen die sirkelvormige spline en die golfgenerator gekombineer en is aan die uitsetas van die ratstelsel gekoppel.

Die golfgenerator is aan 'n motor of ander kragbron gekoppel en word gebruik om 'n golfbeweging in die Flex Spline te skep. Terwyl die golfgenerator draai, word die golfbeweging na die buigspline oorgedra, wat dan veroorsaak dat dit draai en gaas met die sirkelvormige spline. Die gevolglike beweging van die Flex Spline word na die uitsetas oorgedra.

Die belangrikste voordeel van 'n harmoniese aandrywing is die verhouding met 'n hoë rat, gewoonlik in die omgewing van 50: 1 tot 100: 1, met minimale terugslag en hoë presisie. Dit maak voorsiening vir presiese bewegingsbeheer en draaimoment -oordrag, wat dit ideaal maak vir robottoepassings wat akkurate beheer van veelvuldige gewrigte of vryheidsgrade benodig.

Harmoniese aandrywers word wyd gebruik in robotontwerpe, veral vir kleinskaalse robotte, waar hulle die aantal aktuators wat benodig word, kan verminder, terwyl dit steeds 'n hoë vlak van funksionaliteit en buigsaamheid kan handhaaf. Dit word ook gebruik in ander toepassings met presisie -masjinerie, soos lug- en ruimtevaart, mediese toerusting en fabrieksoutomatisering.

Wat is die inruilings wanneer u differensiële meganismes in 'n robot gebruik?

1. Meganiese kompleksiteit: Differensiële meganismes behels dikwels addisionele ratte, skakels of gordels, wat die kompleksiteit van die meganiese ontwerp van die robot kan verhoog. Dit kan lei tot uitdagings in vervaardiging, montering en onderhoud.
2. Verminderde onafhanklike beheer: Deur veelvuldige gewrigte of vryheidsgrade (DOF) aan 'n enkele aktuator te koppel, kan u 'n onafhanklike beheer oor individuele gewrigte of DOF verloor. Dit kan dit meer uitdagend maak om sekere take uit te voer of om spesifieke konfigurasies te bewerkstellig, aangesien die beweging van een gewrig die beweging van 'n ander kan beïnvloed.
3. Potensiële terugslag en wrywing: Die addisionele meganiese komponente wat in differensiële meganismes gebruik word, kan terugslag en wrywing veroorsaak, wat die presisie, responstyd en doeltreffendheid van die robot kan beïnvloed. Dit kan veral belangrik wees vir take wat 'n hoë akkuraatheid of vinnige, dinamiese bewegings benodig.
4. Beheerkompleksiteit: Alhoewel die totale aantal aktuators en kontroleveranderlikes verminder kan word, kan die koppeling van veelvuldige gewrigte of DOF tot meer ingewikkelde verwantskappe tussen die insette en uitsette van die stelsel lei. Dit kan dit meer uitdagend maak om effektiewe beheeralgoritmes te ontwikkel en te implementeer.
5. Las- en wringkragverspreiding: Differensiële meganismes kan die verspreiding van vragte en wringkragte oor die struktuur van die robot beïnvloed, wat die algehele werkverrigting en duursaamheid van die stelsel kan beïnvloed. Afhangend van die ontwerp, kan dit addisionele versterkings of noukeurige oorweging van die gebruikte materiale verg.
6. In die gedrang van die ontslag: in sommige gevalle kan die gebruik van differensiële meganismes om oortolligheid uit te skakel, 'n minder robuuste stelsel tot gevolg het, aangesien die mislukking van 'n enkele aktuator veelvuldige gewrigte of DOF kan beïnvloed.

As u besluit of u differensiële meganismes in 'n robot moet gebruik, is dit noodsaaklik om hierdie inruilings teen die potensiële voordele te weeg, soos 'n verminderde aktuatortelling, laer koste en verlaagde gewig. Die keuse sal uiteindelik afhang van die spesifieke doelwitte en vereistes van die robotstelsel wat ontwerp word.