Gecko에서 영감을 받은 소프트 로봇의 제조, 제어 및 성능 평가

1. 금형 인쇄 보충 데이터 1 “CAD/Moulds/”에서 금형에 대한 *.stl 데이터를 다운로드합니다. 프린터별 슬라이싱 소프트웨어를 사용하여 3D 모델을 인쇄 작업으로 변환합니다. 3D 프린터를 사용하여 금형을 인쇄합니다. 인쇄 된 금형을 초음파 욕조에 15 분 동안 넣어 청소하십시오. UV 챔버에 3 시간 이상 금형을 넣습니다. 2. 엘라스토머 준비 이 단계를 시작하기 전에 다음을 수집 : 탄성술기 (부품 A 및 부품 B), 주걱, 플라스틱 컵, 금형, 무게 규모, 플라스틱 주사기, 나사 클램프 (또는 이와 유사한), 두 개의 해당 구멍, 커터 나이프아크릴 유리 플레이트. 잔에 1:9 비율로 탄성골의 파트 A와 파트 B를 혼합합니다. 컵을 계량 기계에 놓습니다. 먼저 파트 B(진한 빨간색)의 5g을 추가합니다. 그런 다음 주걱을 사용하여 A부(흰색 및 점성)의 45g을 추가합니다.참고: 계량의 정확도가 1g. 50g까지 하나의 액추에이터에 충분하도록 보장합니다. 파트 A를 분배하는 가장 좋은 방법은 주걱을 가져 가서 배수시키는 것입니다. 주걱을 사용하여 배수 작업 당 약 6g이 가능합니다. 컵 가장자리에 더 이상 흰색 또는 빨간색 영역이 보이지 않도록 저어주세요. 교반 과정으로 인해 중합체에 갇힌 공기를 제거하기 위해 진공 챔버에 15 분 동안 컵을 넣습니다. 혼합 된 엘라스토머를 플라스틱 주사기로 채웁니다. 이를 통해 엘라스토머를 훨씬 더 정확하게 배치할 수 있습니다.참고: 보충 도 1은 이 섹션에 설명된 처리 단계를 보여 줍니다. 3. 상부의 제조 (기본 부분) 아크릴 유리 플레이트를 두 개의 해당 구멍이 금형에 고정합니다. 주사기를 하부 구멍에 삽입하고 고이스토머를 금형에 누릅니다. 혼합 된 엘라스토머가 상부 구멍에서 나올 때까지 플런저를 밀어 주사기에 힘을 가하십시오. 나사 클램프를 풀고 아크릴 유리 판을 옆으로 당깁니다.참고: 위쪽이 아닌 측면으로 당겨내는 것이 중요합니다. 그렇지 않으면, 엘라스토머는 금형에서 뽑아집니다. 날카로운 도구로 떠오르는 기포를 뚫습니다. 이것은 기존의 기포를 제거하는 대신 새로운 기포를 만들 것이기 때문에 너무 깊이 구멍을 뚫지 마십시오. 나중에 액추에이터의 기능에 크게 영향을 미치기 때문에 더 큰 거품을 관통하는 것이 특히 중요합니다.참고: 선택적으로 진공 챔버의 채워진 금형을 대피하여 여전히 갇힌 공기를 제거합니다. 그러나 이렇게 하면 상승하는 기포가 표면으로 가는 길에 금형에 붙어 기능적으로 관련된 영역에서 주조에 구멍을 뚫을 수 있습니다. 보조 도 2는 이 현상을 보여줍니다. 30 분 동안 65 °C에서 오븐에 금형을 넣습니다. 엘라스토머의 레벨이 크게 떨어졌는지 10분 후에 확인하십시오. 이 문제는 금형이 완전히 단단하지 않거나 자주 사용하기 때문에 약간 구부러진 경우 발생합니다. 레벨이 1mm 이상 떨어지면 탄성탄을 다시 채웁니다. 그런 다음 계속 경화하십시오. 오븐에서 총 30 분 후, 금형을 꺼내 커터 칼로 압출 된 엘라스토머를 잘라냅니다. 드라이버로 분리하여 금형을 엽니다. 주조와 관련된 표면을 손상시키지 않도록 주의하십시오. 이전 단계에서 붙어 있던 금형의 부분에서 거의 완성된 액추에이터를 제거합니다.참고: 캐스팅이 성공했는지 확인하기 위해 첫 번째 시각적 검사를 여기에서 확인할 수 있습니다. 돌이킬 수 없는 결함이 발견되면(보충 도 3참조), 제조 공정은 여기에서 중지되어야 합니다. 더 작은 구멍은 나중에 수리할 수 있습니다. 또한 밀봉 입술은 전체 둘레에 걸쳐 가능한 한 발음하는 것이 중요합니다. 커터 칼로 튀어나온 버를 잘라냅니다. 이것은 때로는 매우 힘들지만 좋은 최종 결과에 필수적입니다.참고: 보충 도 4는 이 섹션에 설명된 처리 단계를 보여 줍니다. 설명된 단계는 네 개의 다리를 캐스팅하는 데 유효합니다 (금형은 보충 파일 1 “CAD / 금형 / small_leg_schwalbe *.stl”에서 찾을 수 있으며 몸통의 두 가지 기본 부분 (“CAD / 금형 / small_belly*stl”). 흡입 컵 (로봇의 발, “CAD / 금형 / 흡입컵 *.stl”에서 찾을 수 있음) 또는 몸통의 바닥 부분 (“CAD / 금형 / small_torso_base1 *.stl”)을 캐스팅하려면 3.1 및 3.3 단계를 제외하고 동일한 공정 단계를 수행하므로 주조를위한 이러한 금형이 추가 로 내장되어 있으므로 추가 로 의고가 필요합니다. 총 다리의 4개의 베이스 부분, 몸통의 2개의 베이스 부분, 몸통의 바닥 부분 1개, 흡입 컵 4개를 구축하십시오. 4. 하부 (하부 부분) 제조 하단 부분의 금형에서 이 목적을 위해 제공된 구멍을 통해 실리콘 튜브를 밀어 내고, 보충도 도 5를참조하십시오. 베이스 부품의 금형을 엘라스토머로 채우고 작은 주걱으로 모서리까지 분배합니다.참고: 탄성수기의 수준은 5mm 이하여야 하며 4mm 이하여야 하며 임베디드 튜브를 완전히 커버해야 합니다. 다리의 하단 부분에 대한 금형은 보충 파일 1 “CAD / 금형 / small_base_schwalbe.stl”에서 찾을 수 있습니다. 경화에 대한 15-20 분 동안 오븐에 금형을 넣어. 다음 단계의 경우 맨 위 부품과 결합되는 동안 아래쪽 부분이 금형에 남아 있는 것이 필요합니다. 5. 베이스 및 하단 부품에 가입 레벨이 이미 강화된 엘라스토머 보다 1-1.5mm 높이로 유지되도록 하단 부품의 금형을 엘라스토머로 채웁니다. 나비 캐뉼라를 기본 부품에 삽입하고 펑크 부위를 표시하여 나중에 더 쉽게 찾을 수 있습니다. 이 단계는 오븐에서 팽창 하는 공기 가 탈출 할 수 있도록 하는 데 필요한. 베이스 부분을 바닥 금형에 넣고 측면만 약간 눌러 엘라스토머 욕조에 넣습니다. 액추에이터를 오븐에 넣고 10-15분 동안 오븐에 넣고 나중에 금형을 제거합니다.참고: 금형에서 액추에이터를 쉽게 제거할 수 있어야 합니다. 그렇게 하지 못하면, 중합체는 아직 완전히 경화되지 않았거나(이 경우 경화 시간을 10분 이상 증가시키거나 바닥 부분이 금형에 붙어 있습니다(이 경우 더 열심히 당겨야 합니다). 그러나 일반적으로 액추에이터를 쉽게 풀어 놓을 수 없다면 나쁜 징조입니다. 5.2 단계에서 천자 부위를 사용하여 압력 소스를 연결하고 최종 누설 테스트를 수행, 보충 도 6을참조하십시오.참고: 작은 누출이 있는 경우 수리할 수 있습니다. 작은 주걱과 오븐에 10 분 작은 엘라스토머의 응용 프로그램은 누출을 해결해야합니다. 모든 누출이 고정되면 액추에이터가 준비됩니다. 보충 도 6은 이 섹션에 설명된 처리 단계를 보여 주며, 보충도도 7은 섹션 3-5에 설명된 전체 프로세스를 보여 줍니다. 몸통의 베이스 및 하단 부분에 합류하려면 금형을 직접 채우지 않고 아래쪽 부분을 채우지 않는 5.1 단계를 제외하고 동일한 단계를 수행합니다. 6. 모든 사지의 합류 나무 판에 핀 바늘과 결합할 부품을 수정하여 다음 공정 단계에서 함께 보관할 수 있도록 합니다. 보충 도 8A에표시된 대로 접합 면을 단골체로 덮습니다. 결합 표면이 깨끗하고 지방이 없는지 확인하십시오. 그렇지 않으면 이 시점에서 부품이 파기됩니다. 오븐에 10-15 분 동안 어셈블리 (보충 도 8B참조)를 넣습니다. 7. 공급 튜브 입구 장착 1mm 알렌 키를 사용하여 나비 캐뉼라의 삽입 점을 5.2 단계에서 더 넓히세요. 실리콘 튜브의 끝을 최대 외부 직경 3mm의 구멍 위에 놓고 알렌 키로 누릅니다. 작은 엘라스토머로 입구를 밀봉합니다. 이것은 또한 기계적 스트레스로부터 보호합니다. 오븐에 10 분 동안 어셈블리를 넣습니다.참고: 보충 도 9은 이 섹션에 설명된 처리 단계를 보여 줍니다. 8. 컨트롤 박스 구축 보충 데이터 1 “CAD / 컨트롤 박스 /”에서 하우징의 해당 * dxf 도면을 다운로드하고 레이저 커터에 잘라. 보조 도 10A 및 보충 도(11)에 따라 전면 패널에 “사용자 인터페이스 유닛”을 조립한다. 보조 도 10B 및 보충 도 12에따라 6 개의 “밸브 유닛”을 구축 하십시오. 보조 도 10C, 보충 도(13) 및 보충도(14)에따라 하단 패널에 6개의 “밸브 유닛”과 “사용자 인터페이스 유닛”을 조립한다. 두 측면 패널과 후면 패널을 어셈블합니다. 마지막으로 상단 패널을 조립합니다. 보충 파일 1에 따라 제어 상자에 내장 된 두 개의 단일 보드 컴퓨터를 구성하고 두 보드에 보충 데이터 2에 제공되는 전체 폴더 “코드”(모든 하위 폴더 포함)를 업로드합니다. 추가 데이터 2에 제공된 스크립트 “코드/arduino_p_ctr.ino”를 컨트롤 박스에 내장된 6개의 마이크로 컨트롤러에 업로드합니다. 9. 임베디드 측정 시스템으로 테스트 벤치 구축 보조 데이터 1 “CAD/TestBench/”에서 카메라 홀더의 해당 *dxf 도면을 다운로드하여 레이저 커터로 잘라냅니다. 보충 데이터 1 “CAD/TestBench”에서 클램프의 해당 *stl 파일을 다운로드하고 3D 프린터에 인쇄합니다. 보충 도 15에 따라 DIN-A1 포스터 패널에 클램프로 카메라 홀더를 조립하고 의도된 위치에 카메라와 단일 보드 컴퓨터를 장착합니다. 보충 파일 1의 섹션 4-5에 따라 단일 보드 컴퓨터의 이더넷 인터페이스 및 SSH 설정을 구성하고 보드에 전체 폴더 “코드”(보충데이터 2)를업로드합니다. 10. 전체 시스템 설정 로컬 네트워크를 만들고 스크립트 “Code/main.py”에서 올바른 IP 주소를 모니터링에 사용되는 모든 단일 보드 컴퓨터및 컴퓨터에 할당하거나 그에 따라 스크립트를 다시 작성합니다. 보조 도 16에표시된 대로 몸통의 양쪽 끝에 핀 바늘을 삽입하여 로봇이 핀과 발(흡입 컵)으로 워킹 플레인에만 접촉하도록 합니다. DIN-A4 시트에 보충 파일 2에 제공된 시각적 마커15를 인쇄하고 가위를 사용하여 잘라냅니다. 보충 도(17)에따라 핀 바늘을 사용하여 로봇에 마커를 부착한다. 로봇을 컨트롤 박스에 연결합니다.참고: 그림 1은 전체 시스템의 배선을 보여 줍니다. 11. 컨트롤 박스 실행 컨트롤 박스의 메인 스위치에 전원을 공급하고 모든 것이 부팅될 때까지 기다립니다. SSH를 사용하여 기본 단일 보드 컴퓨터에 로그인하고 폴더 “코드”를 탐색하고”root@beaglebone:~# python3 main.py”라는명령으로 컨트롤 박스를 시작합니다. 동시에 명령”user@pc:~ python2 monitor.py”에의해 개인용 컴퓨터에서 모니터를 시작합니다.참고: 두 프로그램 모두 동시에 시작해야 합니다. 컨트롤 박스의 단일 보드 컴퓨터에서 실행되는 프로그램 “main.py”는 모니터링에 사용되는 개인용 컴퓨터에 연결하려고 시도합니다. 개인용 컴퓨터에 “monitor.py”스크립트에 의해 트리거된 청취 포트가 없는 경우 모니터가 시작되지 않습니다. “monitor.py”을 제외하고 이 프로토콜에 사용되는 모든 프로그램/스크립트는 python3로 실행됩니다. 압력 소스를 제어 상자(최대 1.2 bar)에 연결합니다. 진공 소스를 제어 상자에 연결합니다. 12. 로봇 교정 테스트 벤치의 보행 비행기에 로봇을 놓습니다. 가파른 경사면의 경우 로봇의 앞면과 보행비행기 상단 사이에 끈을 부착하여 로봇을 제자리에 고정시하십시오. 컨트롤 박스에서 보조도(18)에표시된 대로”모드 2″버튼을 눌러”패턴 참조”모드를 활성화합니다. “clb”항목을 찾을 때까지 위아래 버튼을 사용하여 LCD에 표시된 메뉴를 스크롤합니다. 그런 다음 enter 버튼을 누를 수 있습니다. 다음 메뉴를 스크롤하여 “mode_4.csv” 항목으로 스크롤하고”enter” 버튼을 누를 수 있습니다. 모니터에서 보충도 19에표시된 대로”레코드”버튼을 누릅니다.참고 :”기록”버튼을 누르면 자동으로 “코드 / Src / GUI / save.py:save_last_sample_as_csv()”에 지정된 위치에서 모니터링 컴퓨터에 *.csv 파일을 만들 것입니다,이 폴더 “current_exp”입니다 (예시 측정은 보충 데이터 3에서제공됩니다). 컨트롤 박스에서”기능 1″버튼을 눌러 교정 절차를 시작합니다. 보정 후 모니터의”녹음”버튼을 눌러 레코딩을 중지하고 제어 박스의”기능 1″버튼을 눌러 압력 컨트롤러를 중지합니다. 나중에 고유하게 식별할 수 있도록 자동으로 생성된 “current_exp/*.csv” 파일의 이름을 바꿉니다. 보충 데이터 4에 제공된 스크립트 “교정/eval_clb.py”를 실행하고 기존 사전 내에서 “코드/Src/컨트롤러/calibration.py”라는 키워드가 있는 항목으로 출력(다항제 적합계)을 저장합니다. 13. 걸음걸이 패턴 만들기 “코드/패턴/create_pattern.py”라는 스크립트를 실행하고 출력된 *.csv 파일을 폴더 “코드/패턴/[로봇 버전]/”에 저장합니다.참고: 이 스크립트는 각도 참조로 공식화된 직선 걸음걸이8(보충 도 20A 또는 보충 애니메이션 1참조)에 대해 미리 정의된 보행 패턴을 로봇 별 압력 참조로 변환합니다. 가파른 경사에 대한 걸음걸이 패턴을 생성하려면 line 222를 주석 해제하여 스크립트를 수정합니다. 이렇게 하면 보조 도 20B 또는 보충 애니메이션 2에따라 패턴이 생성됩니다. 컨트롤 박스에서 제공하는 패턴 참조인터페이스는 각 행이 모든 액추에이터에 대한 개별 집합점을 정의하는 *.csv 파일로 구성됩니다. 따라서 처음 8개의 컬럼은 기준 압력을 정의하고, 다음 네 개의 열은 직접 작동 밸브에 대한 참조를 정의하고, 마지막 열은 이 세트점을 보유해야 하는 시간을 정의합니다. 컨트롤 박스의 단일 보드 컴퓨터를 개인용 컴퓨터(예: “코드/패턴/*”)를 보드에 업로드합니다. 이를 위해 프로그램 “main.py”이 중단되어야 합니다(Ctrl+C). 14. 등반 실험 수행 테스트할 각 성향에 대해 11-13단계를 수행합니다. 로봇을 보행비행기의 표시된 지점에 놓습니다. 12.2-12.4 단계에 설명된 대로 패턴 참조를 선택하지만 첫 번째 메뉴에서 원하는 “로봇 버전”(“clb”대신)을 선택하고 두 번째 메뉴에서는 “mode_4.csv 대신”의 현재 성향에 따라 패턴 참조를 선택합니다. 12.5 단계에서 설명된 대로 레코딩을 시작합니다. 압력 컨트롤러를 활성화하려면”기능 1″버튼을 누를 수 있습니다. 로봇이 적어도 6 사이클 동안 걷다 / 등반하자. 모니터의”레코드”버튼을 눌러 녹화를 중지합니다(예: 12.7단계). 다음 단계를 실행할 때 로봇이 떨어지지 않도록 하십시오. “기능1″버튼을 다시 눌러 압력 컨트롤러를 중지합니다. 이것은 또한 진공 공급을 중지하고, 결과적으로 로봇이 떨어질 것이다. 기록된 *.csv 파일을 폴더 “Exp평가/[로봇 버전]/[패턴 유형]/[성향]/”로 이동합니다.참고: 다음 단계에 대한 솔리드 베이스를 갖기 위해 각 실행을 5회 이상 반복합니다. 15. 실험 평가 보충 데이터 5에 제공된 스크립트 “Exp평가/eval_vS11_adj_ptrn.py”를 실행하여 모든 측정 데이터를 자동으로 의미합니다.참고: 이 스크립트는 모든 발의 트랙, 시간이 지남에 따라 적용된 압력, 시간이 지남에 따라 모든 사지의 측정된 굽힘 각도, 시간이 지남에 따라 로봇의 속도, 시간이 지남에 따라 로봇의 방향, 경사를 통해 평균 속도(cf. 그림 2A),및 오버 경사(그림 2B)를통해 사용되는 에너지의 근사치를 출력합니다.