Tesla Bot par rapport à la flexibilité humaine: la robotique de pointe peut-elle surmonter les limitations de l'actionneur et redéfinir la dextérité

En fin de compte, le nombre d'actionneurs requis pour qu'un robot atteigne la flexibilité et la dextérité de type humain dépendrait des objectifs et des tâches spécifiques que le robot est conçu pour accomplir.

Combien de degrés de liberté un humain a-t-il

1. Neck: 3 Dof (tangage, lacet, rouleau)
2. Épaules: 3 DOF par épaule (6 au total)
3. Coudes: 1 DOF par coude (2 au total)
4. Poignets: 2 DOF par poignet (4 au total)
5. Doigts: 14 DOF par main (28 au total, en supposant 4 DOF pour le pouce et 3 DOF pour chacun des quatre autres doigts)
6. Spine: diverses estimations entre 12 et 24 DOF (selon le niveau de granularité)
7. Hanches: 3 DOF par hanche (6 au total)
8. Genoux: 1 DOF par genou (2 au total)
9. Ankles: 2 DOF par cheville (4 au total)
10. Orteils: 9 DOF par pied (18 au total, en supposant 5 DOF pour le gros orteil et 1 DOF pour chacun des quatre autres orteils)

Ajouter ces DOF ​​ensemble entraîne une plage approximative de 83 à 95 DOF. Gardez à l'esprit qu'il s'agit d'une représentation simplifiée et ne tient pas compte de tous les mouvements articulaires possibles ou DOF supplémentaires qui pourraient être présents dans le corps humain. Le nombre réel pourrait être plus élevé, en particulier lorsque l'on considère des détails plus fins et des articulations plus petites.

Cependant, il est important de noter que dans la pratique, les conceptions robotiques peuvent différer considérablement de l'anatomie humaine. Les ingénieurs peuvent développer des solutions innovantes ou tirer parti de différentes technologies, telles que l'utilisation d'actionneurs moins polyvalents en combinaison avec des éléments passifs ou conformes (comme des ressorts ou des matériaux flexibles), ou en utilisant des algorithmes de contrôle avancés pour obtenir un mouvement et une fonctionnalité de type humain. Le nombre spécifique d'actionneurs nécessaires pour qu'un robot atteigne un niveau similaire de DOF en tant qu'humain dépendra des objectifs, des tâches et de l'approche de conception choisie. Dans certains cas, un robot avec moins d'actionneurs peut encore atteindre une flexibilité et une dextérité impressionnantes, selon son application prévue.

Comment utiliser des mécanismes différentiels pour réduire la quantité d'actionneurs qu'un robot pourrait nécessiter

Voici quelques façons dont les mécanismes différentiels peuvent aider à réduire le nombre d'actionneurs dans un robot:

1. Agtuation partagée: En connectant plusieurs joints ou DOF à un seul actionneur à l'aide de vitesses, de liaisons ou de ceintures, le même actionneur peut contrôler le mouvement de plusieurs articulations. Cela réduit le nombre d'actionneurs nécessaires tout en maintenant l'amplitude de mouvement souhaitée.
2. Élimination de la redondance: Dans certains modèles robotiques, il peut y avoir un DOF redondant qui peut être contrôlé par un seul actionneur sans avoir un impact significatif sur les performances du robot. Des mécanismes différentiels peuvent être utilisés pour coupler ces DOF ​​redondants, permettant une utilisation plus efficace des actionneurs.
3. Conformité passive: les mécanismes différentiels peuvent être combinés avec des éléments conformes passifs, tels que des ressorts ou des matériaux flexibles, pour permettre à un robot de s'adapter aux forces externes ou aux changements dans l'environnement. Cela peut aider à réduire le nombre d'actionneurs actifs nécessaires tout en offrant au robot la possibilité d'effectuer des tâches complexes.
4. Contrôle simplifié: les mécanismes différentiels peuvent simplifier le contrôle d'un robot en réduisant le nombre d'actionneurs et donc le nombre de variables qui doivent être contrôlées. Cela peut conduire à des algorithmes de contrôle plus efficaces et plus faciles à mettre en œuvre.

Dans l'ensemble, l'utilisation de mécanismes différentiels dans les conceptions robotiques peut aider à réduire le nombre de actionneurs requis, entraînant potentiellement un système plus rentable, léger et économe en énergie. Cependant, la mise en œuvre de mécanismes différentiels introduit également son propre ensemble de défis, tels que l'augmentation de la complexité mécanique et la perte potentielle de contrôle indépendant sur les articulations individuelles ou le DOF.

Un exemple de mécanisme différentiel

Un exemple de mécanisme différentiel qui peut être utilisé dans les robots est le lecteur harmonique. Un lecteur harmonique est un type de disposition des engins qui utilise une spline flexible pour atteindre un rapport de réduction de vitesse supérieure avec un jeu de contrecoup minimal et une haute précision.

Dans une application robotique, un lecteur harmonique peut être utilisé pour contrôler plusieurs articulations ou degrés de liberté (DOF) avec un seul actionneur. L'entrée du lecteur harmonique est connectée à l'arbre du moteur et la sortie est connectée aux joints du robot. La spline flexible permet un contrôle de mouvement précis et une transmission lisse du couple.

En utilisant un lecteur harmonique dans un robot, vous pouvez réduire le nombre d'actionneurs requis tout en maintenant un niveau élevé de fonctionnalité et de flexibilité. Le mécanisme différentiel permet au robot d'effectuer des tâches complexes qui nécessitent plusieurs degrés de liberté avec moins d'actionneurs, réduisant le poids et la complexité globaux du robot.

Dans l'ensemble, les disques harmoniques et d'autres types de mécanismes différentiels offrent des avantages importants pour les conceptions robotiques, permettant une utilisation plus efficace des actionneurs et une complexité mécanique réduite tout en conservant ou même en améliorant la fonctionnalité et la flexibilité du robot.

Qu'est-ce qu'un lecteur harmonique

Un lecteur harmonique est Un type de disposition des engins de haute précision utilisé dans les systèmes mécaniques, y compris les robots. Il se compose de trois composants principaux: une spline circulaire, une spline flexible et un générateur d'ondes. La spline flexible est sandwich entre la spline circulaire et le générateur d'ondes et est connectée à l'arbre de sortie du système d'engrenages.

Le générateur d'ondes est connecté à un moteur ou à une autre source d'alimentation et est utilisé pour créer un mouvement d'onde dans la spline Flex. Lorsque le générateur d'ondes tourne, le mouvement des ondes est transmis à la spline flexible, ce qui le fait tourner et se coiffer avec la spline circulaire. Le mouvement résultant de la spline Flex est transmis à l'arbre de sortie.

L'avantage clé d'un entraînement harmonique est son rapport de réduction de vitesse supérieure, généralement dans la plage de 50: 1 à 100: 1, avec un contrecoup minimal et une haute précision. Cela permet un contrôle précis du mouvement et une transmission de couple, ce qui le rend idéal pour les applications robotiques qui nécessitent un contrôle précis de plusieurs articulations ou degrés de liberté.

Les disques harmoniques sont largement utilisés dans les conceptions robotiques, en particulier pour les robots à petite échelle, où ils peuvent réduire le nombre d'actionneurs requis tout en maintenant un niveau élevé de fonctionnalité et de flexibilité. Ils sont également utilisés dans d'autres applications de machines de précision, telles que l'aérospatiale, l'équipement médical et l'automatisation d'usine.

Quels sont les compromis lorsque vous utilisez des mécanismes différentiels dans un robot

1. Complexité mécanique: les mécanismes différentiels impliquent souvent des engrenages, des liaisons ou des ceintures supplémentaires, ce qui peut augmenter la complexité de la conception mécanique du robot. Cela peut entraîner des défis dans la fabrication, l'assemblage et l'entretien.
2. Contrôle indépendant réduit: En couplant plusieurs articulations ou degrés de liberté (DOF) à un seul actionneur, vous pouvez perdre un contrôle indépendant sur les articulations individuelles ou le DOF. Cela peut rendre plus difficile d'effectuer certaines tâches ou d'obtenir des configurations spécifiques, car le mouvement d'une articulation pourrait influencer le mouvement d'un autre.
3. Réaction potentielle et frottement: les composants mécaniques supplémentaires utilisés dans les mécanismes différentiels peuvent introduire le contrecoup et la friction, ce qui peut affecter la précision, le temps de réponse et l'efficacité du robot. Cela peut être particulièrement important pour les tâches qui nécessitent une précision élevée ou des mouvements dynamiques rapides.
4. Complexité de contrôle: Bien que le nombre global d'actionneurs et de variables de contrôle puisse être réduite, le couplage de plusieurs joints ou DOF peut entraîner des relations plus complexes entre les entrées et les sorties du système. Cela peut rendre plus difficile de développer et de mettre en œuvre des algorithmes de contrôle efficaces.
5. Distribution de charge et de couple: les mécanismes différentiels peuvent affecter la distribution des charges et des couples à travers la structure du robot, ce qui peut influencer les performances globales et la durabilité du système. Selon la conception, cela peut nécessiter des renforts supplémentaires ou un examen attentif des matériaux utilisés.
6. Redondance compromise: Dans certains cas, l'utilisation de mécanismes différentiels pour éliminer la redondance peut entraîner un système moins robuste, car la défaillance d'un seul actionneur pourrait affecter plusieurs articulations ou DOF.

Lorsque vous décidez d'utiliser des mécanismes différentiels dans un robot, il est essentiel de peser ces compromis par rapport aux avantages potentiels, tels que la réduction du nombre d'actionneur, le coût inférieur et la diminution du poids. Le choix dépendra finalement des objectifs et des exigences spécifiques du système robotique conçus.