经过多次设计迭代和原型,该结构达到了一个稳定的阶段,最后一个飞行器命名为t25c(边长225厘米),Tryphon。它的外骨架由十二个三角形的碳纤维杆和钢管组成,通过快速成型接头组装在一起。
传感器和软件
为了方便地接受各种传感器配置,对帆式机器人进行了机电一体化设计。所有组件都连接到一个I2C通信总线,由中央超轻型、基于linux的计算机管理。到目前为止,超声波传感器,光传感器,指南针,高度计已经被测试并用于表演和演示。下一阶段将在飞船上安装摄像机和加速计。得益于快速连接集线器,传感器配置可以快速修改。
嵌入式控制软件有自主控制和远程操作两种模式。最后一种模式允许用户命令位置(通过USB数字板),然后控制器试图稳定。自主模式目前是基于反应性行为。最初的两个自动算法是根据与墙壁或地板的期望距离来稳定自身,并在移动时避开障碍物。他们使用12个超声波传感器收集的数据,这些传感器的探测范围为6米。许多其他的特定行为被开发出来,以触发机器人对环境的反应。
过去的演出和未来的作品
这些帆的原型已经在几个国家的主要艺术活动中展出过:加拿大(魁北克文明博物馆)、比利时(安特卫本时尚博物馆)、法国(巴黎大皇宫)、俄罗斯(莫斯科温扎沃德中心)和捷克共和国(布拉格工业宫)等等。他们还参加了一些教育活动。
未来的发展包括增强用于戏剧表演和公共活动的空中机器人的健壮性;修改软件,确保与演员交互时的最大可靠性,使计划好的交互在每次表演中都能忠实地重复;实现基于机载摄像机/加速度计的控制,以使航空机器人更好地了解它们的伪绝对位置和麦克风,以打开新的人机交互可能性。
在一个框架中机械地实现平面性约束是很困难的。相反,这里建议从一开始就进行一种新的机械结构,这是美国专利(编号7118442)所涵盖的。首先,使用一组形成多边形边的连杆将面构建为闭环平面连杆。这些连杆由转角的转动接头连接,接头的轴线垂直于由端面构成的平面。这确保了任何配置的面的平面性。然后,这些面的边由位于多面体边缘上的转动关节连接,并在多面体的角处与这些面的关节相交。因此,所有与多面体的一个给定顶点相关的关节在任何构型的顶点处相交。指出paf结构只需要一种零件。此外,对于边缘长度相同的paf,其所有部分都是相同的。
流动性
巴基斯坦空军部队的主要兴趣是他们的机动性。其中一些是刚性结构,而另一些是铰接机构,变形具有良好的运动学特性。此外,他们中的一些人在当地是流动的,但在全球范围内是僵化的。换句话说,它们只能在初始构型中移动。具有这种性质的运动链是比较罕见的,通常被称为不稳定的。为了确定它们的流动性,即它们有多少个自由度,开发了一种涉及约束方程的一阶导数的一般方法。此外,为了观察弯曲构型或找出哪些是抖动的paf,还进行了数值模拟。最后,建立塑料模型。由于塑料的灵活性和接缝的间隙,塑料模型比理论上应该的更灵活。因此,这允许观察到抖动的paf的弯曲,在模拟中没有显著的移动。 It is noted that the range of motion of the plastic models is limited by mechanical interference between adjacent parts.
加速度计阵列背后的理论
简而言之,拉瓦尔大学机器人实验室正在进行的工作可以通过其旨在回答的问题来最好地总结:
为了回答最后一个问题,来自拉瓦尔大学机械工程系的两名学生Guillaume Fournier和Philippe Gagnon制作了一个加速度计阵列。因为它的八面体几何(八面体是一个有八个面的多面体,就像在棋盘游戏中使用的某些骰子),这个加速度计阵列被命名为八面体十二加速度计星座(OCTA)。一对正交加速度计(照片上的小黑盒子)位于规则八面体的每个顶点。纪尧姆和菲利普一边摇晃这个加速度计阵列,一边记录它的测量值和附加在它上面的参考磁传感器的测量值(图片上的小灰色盒子)。后者为OCTA的六自由度位移提供了参考。Guillaume和Philippe应用了拉瓦尔大学机器人实验室开发的一种算法,从OCTA的加速度计测量数据中提取出角速度。然后,他们将这些估计与通过磁位移传感器估计的时间区分得到的估计进行比较。得到的结果的样本如下图所示,从中可以看到,从加速度计测量得到的估计值接近于从磁位移传感器(FOB)得到的估计值。
事实上,据我们所知,这是迄今为止从加速度计中得到的最精确的角速度估计。这些结果是有希望的,因为加速度计比其他用于测量角速度的传感器更便宜。干得好,纪尧姆和菲利普!
到目前为止,在实验室中开发的机械手,只有手指有欠驱动。每根手指都由自己的马达驱动。1998年,MDA空间任务公司(之前的SPAR航空航天公司)联系实验室,要求为著名的Canadarm开发一种手。这只新手的规格要求之一是它只能由两个马达驱动。
这就产生了手指之间受驱动的手的原理;手指的开合只由一个马达控制。事实上,一个马达就足够了,因为不需要三个手指都独立合上,因为所有的手指都会合上以尽可能牢固地抓住一个物体。如果一个手指紧紧地缠绕在一个物体上,其他手指将继续合拢,直到所有手指都紧紧地合拢。手指之间的欠驱动是通过创新的齿轮差速器机构实现的。第二个电机允许改变手指的方向,以实现圆柱形、球形和平面抓握。
1999年,一个具有两个执行器的高度欠驱动自适应10自由度机械手的原型被制造出来。新的手,SARAH(自适应机器人辅助手),略小,重量只有其12自由度的前身(MARS手)的一半。它具有相同的机动性,但只由两个马达驱动。
SARAH手是与加拿大航天局合作制造的。它的设计已经获得了美国专利(编号为6,505,870),以及正在申请的世界知识产权组织专利。目前的版本被改编为加拿大空间部队用于国际空间站的SPDM的末端执行器。
这种灵活的夹持器改编自SARAH手,SARAH手是由机器人实验室开发的,最初设计用于太空。SARAH手包括三个欠驱动和定向手指,仅由两个马达驱动。为了满足废物回收任务的要求,对几个组件进行了重新设计。此外,新的夹持器具有显著更大的有效载荷,并适应于核环境。此外,指尖的设计是为了抓住位于有限空间的罐子,但仍然能够处理各种各样的物体。新夹持器的塑料原型(如上所示)被制造并测试成功。
该模型有2个腿,类型RRU和RUS,和一个被动胡克接头上的座位,控制和屏幕安装。腿允许围绕一个圆锥体进行旋转,而添加到平台上的电机允许平台在与它正常的平面上旋转。因此,±60度的运动范围是可能的。