JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
العربية

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Engineering

التصنيع، والتحكم، وتقييم الأداء من روبوت الناعمة مستوحاة من Gecko

Published: June 10, 2020
doi:
10.3791/61422
, ,
1Workgroup on System Technologies and Engineering Design Methodology,Hamburg University of Technology, 2Fraunhofer Research Institution for Additive Manufacturing Technologies IAPT

Summary

يوفر هذا البروتوكول قائمة مفصلة من الخطوات التي يتعين تنفيذها لتصنيع ومراقبة وتقييم أداء التسلق للروبوت الناعم المستوحى من gecko.

Abstract

يقدم هذا البروتوكول طريقة لتصنيع ومراقبة وتقييم أداء الروبوت الناعم الذي يمكنه تسلق الأسطح المسطحة المنحدرة التي تصل إلى 84 درجة. طريقة التصنيع صالحة لpneunet سريعة الانحناء المحركات بشكل عام ، وبالتالي ، قد تكون مثيرة للاهتمام بالنسبة للقادمين الجدد إلى مجال تصنيع المحرك. ويتحقق التحكم في الروبوت عن طريق مربع التحكم الهوائية التي يمكن أن توفر ضغوطا تعسفية ويمكن بناؤها باستخدام المكونات التي تم شراؤها فقط، وقطع الليزر، والحديد لحام. لأداء المشي للروبوت، تلعب معايرة زاوية الضغط دورًا حاسمًا. لذلك، يتم عرض طريقة شبه آلية للمعايرة زاوية الضغط. في المنحدرات العالية (> 70 درجة) ، لم يعد بإمكان الروبوت إصلاح نفسه بشكل موثوق إلى الطائرة المشي. لذلك ، يتم تعديل نمط المشية لضمان أن القدمين يمكن إصلاحها على متن الطائرة المشي.

Introduction

التفاعل بين البشر والآلات أصبح أوثق باستمرار. وتشكل الكثافة المتزايدة للروبوت في الشركات والأسر تحديات جديدة لتكنولوجيا الروبوت. وكثيرا ما تستبعد هذه المخاطر بسبب أساليب الفصل، ولكن في كثير من المناطق، ولا سيما في الأسر المعيشية، لا يعتبر هذا حلا مرضيا. الروبوتات الناعمة يعالج هذه المشكلة باستخدام خصائص المواد والهياكل الناعمة لتطوير أنواع جديدة من الآلات التي تتصرف مثل الكائنات الحية1، وهذا هو السبب في أن الروبوتات الناعمة غالبا ما تكون مستوحاة من النماذج البيولوجية2. يمكن تصنيف معظم الروبوتات الناعمة إلى نوعين مختلفين: الروبوتات المتنقلة والروبوتات المصممة للتجتاح والتلاعب3. بالنسبة للروبوتات المتحركة الناعمة ، فإن مبادئ الحركة النموذجية هي الزحف والمشي والجري والقفز والطيران والسباحة4. آخر مجال مثير للاهتمام من التطبيق للروبوتات الناعمة هو التسلق – مزيج من الحركة والالتصاق5. الآلات الناعمة قوية جداً ولا يمكن أن تضر بمحيطها بسبب نعومتها. هذه المميزة predestines هذه الفئة الروبوت للتسلق، لأنها يمكن أن البقاء بسهولة على قيد الحياة سقوط. وبالتالي ، فإن الأدب يقدم عدة أمثلة من الروبوتات الناعمة قادرة على تسلق6،7،8.

والهدف من هذا البروتوكول هو توفير طريقة لتصنيع ومراقبة وتقييم أداء الروبوت المستوحاة من gecko ، وتسلق الروبوت الناعم9. ويستند تصميمها على استخدام المحركات الناعمة pneunet سريعة الانحناء10 مصنوعة من الداستومر. ومع ذلك، يمكن أيضاً استخدام تصميم و/أو مادة أخرى لحرك المحرك. الأدب يقدم مجموعة واسعة من تصاميم مختلفة من المحركات لينة11 والمواد المناسبة12. طريقة التصنيع المعروضة تشبه الأساليب الحالية13 ولكنها تتضمن بعض التعديلات التي تؤدي إلى زيادة التكرار والمتانة ، على الأقل في حالة التسلق الناعم للروبوت9. الأسلوب صالح لpneunet سريعة الانحناء المحركات بشكل عام ، وبالتالي ، قد تكون مثيرة للاهتمام بالنسبة للقادمين الجدد إلى مجال تصنيع المحرك.

للسيطرة على الروبوتات الهوائية اللينة المفعّلة ، يوفر الأدب حلولًا مختلفة. ويتراوح هذا النظام بين لوحات التحكم المنخفضة التكلفة والسهلة التكرار13 إلى لوحات14القوية ولكن الأكثر تعقيداً، والتي لا يمكن إعادة بنائها بدون أدوات خاصة. هنا، يتم توفير وصف موجز لبناء مربع التحكم الهوائية باستخدام فقط قطع الليزر والحديد لحام. يسمح صندوق التحكم بتوفير أي ضغط ويقدم ردود فعل حسية في الوقت الحقيقي ، وهو أمر مهم بشكل خاص لتطبيقات الروبوتات. ومع ذلك، فإنه يمكن أيضا أن تستخدم للعديد من التطبيقات الأخرى.

Protocol

1. طباعة القوالب تحميل البيانات *.stl للقوالب من البيانات التكميلية 1 “CAD / قوالب / “. استخدم برنامج التقطيع الخاص بالطابعة لتحويل الطرازات ثلاثية الأبعاد إلى مهمة طباعة. اطبع القوالب باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد. تنظيف القوالب المطبوعة عن طريق وضعها لمدة 15 دقيقة في حمام بالموجات فوق الصوتية. وضع قوالب لمدة 3 ساعة على الأقل في غرفة الأشعة فوق البنفسجية. 2. إعداد الـ”سترومر” جمع ما يلي قبل البدء في هذه الخطوة: elastomer (الجزء A والجزء باء)، ملعقة، كوب من البلاستيك، العفن، مقياس الوزن، حقنة بلاستيكية، المشابك المسمار (أو ما شابه ذلك)، لوحة زجاجية الاكريليك مع اثنين من الثقوب المقابلة، سكين القاطع. اخلط الجزء A والجزء B من الـ elastomer بنسبة 1:9 في كوب. ضع الكوب على آلة وزنها. أولاً، إضافة 5 غرام من الجزء B (أحمر داكن). ثم، باستخدام ملعقة، إضافة 45 غرام من الجزء A (أبيض ولزج).ملاحظة: تأكد من دقة الوزن إلى 1 ز. 50 ز يكفي لمحرك واحد. أفضل طريقة للجزء الجزء ألف هو اتخاذ ملعقة والسماح لها استنزاف. تقريبا 6 ز لكل عملية استنزاف ممكن مع ملعقة المستخدمة. استمر في التحريك حتى لا تظهر مناطق أكثر بياضًا أو حمراء على حافة الكوب. وضع الكأس لمدة 15 دقيقة في غرفة فراغ لإزالة الهواء الذي هو المحاصرين في الـ elastomer بسبب عملية التحريك. املأ الـ”مِيسترومر” المختلط في حقنة بلاستيكية وهذا يسمح لمسترومر أن يكون موضع أكثر دقة.ملاحظة: يوضح الشكل التكميلي 1 خطوات المعالجة الموضحة في هذا القسم. 3. تصنيع الجزء العلوي (الجزء الأساسي) المشبك لوحة زجاجية الاكريليك مع اثنين من الثقوب المقابلة على القالب. أدخل الحقنة في الحفرة السفلية واضغط على الـ elastomer في القالب. تطبيق القوة على حقنة عن طريق دفع المكبس حتى يظهر elastomer مختلطة من الحفرة العليا. تخفيف المشابك المسمار وسحب قبالة لوحة زجاجية الاكريليك جانبية.ملاحظة: من المهم أن تسحبه إلى الجانب وليس إلى الأعلى. وإلا، سيتم سحب الـ(سترومر) من القالب. ثقب فقاعات الهواء المتصاعدة مع أداة حادة. لا ثقب عميق جدا لأن هذا سيخلق فقاعات الهواء جديدة بدلا من إزالة تلك الموجودة. من المهم بشكل خاص أن تخترق أكبر فقاعات وهذه سوف تؤثر في وقت لاحق بشكل كبير على وظيفة المحرك.ملاحظة: اختياريا، قم بإخلاء القالب المملوء في غرفة الفراغ لإزالة أي هواء لا يزال محاصرا. عند القيام بذلك، ومع ذلك، يمكن أن يحدث أن فقاعات الهواء ارتفاع تتعثر على القالب في طريقها إلى السطح وخلق ثقوب في الصب في المناطق ذات الصلة وظيفيا. ويوضح الشكل التكميلي 2 هذه الظاهرة. ضعي القالب في الفرن على حرارة 65 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة. تحقق بعد 10 دقيقة إذا انخفض مستوى الـ”مِيستومر” بشكل ملحوظ. يحدث هذا إذا كان القالب ليس ضيقًا تمامًا أو انحني قليلاً بسبب الاستخدام المتكرر. إذا انخفض مستوى أكثر من 1 مم، إعادة ملء الداستومر. ثم، متابعة العلاج. بعد ما مجموعه 30 دقيقة في الفرن، أخرج القالب وقطع الروصوم مقذوف بسكين القاطع. فتح القالب عن طريق رافعة وبصرف النظر مع مفك البراغي. يجب الحرص على عدم تلف الأسطح ذات الصلة الصب. إزالة المحرك الانتهاء تقريبا من جزء من القالب الذي كان عالقا في الخطوة السابقة.ملاحظة: يمكن إجراء أول فحص مرئي هنا لمعرفة ما إذا كان الصب ناجحة. إذا تم العثور على عيوب لا يمكن إصلاحها (انظر الشكل التكميلي 3)،فإن عملية التصنيع يجب إيقافها هنا. يمكن إصلاح الثقوب الصغيرة في وقت لاحق. ومن المهم أيضا أن الشفة الختم هو واضح قدر الإمكان على محيطه بأكمله. قطع أي نتوءات جاحظ بسكين القاطع. هذا هو في بعض الأحيان شاقة جدا، ولكن من الضروري لنتيجة نهائية جيدة.ملاحظة: يوضح الشكل التكميلي 4 خطوات المعالجة الموضحة في هذا القسم. الخطوات الموصوفة صالحة للصب الساقين الأربعة (يمكن العثور على القالب في الملف التكميلي 1 “CAD/ Molds/small_leg_schwalbe*.stl”) والجزاء الأساسيين من الجذع (“CAD/Molds/small_belly*.stl”). لإلقاء أكواب الشفط (أقدام الروبوت، التي يمكن العثور عليها في “CAD/ Molds/شفطCup*.stl”) أو الجزء السفلي من الجذع (“CAD/ Molds/small_torso_base1*.stl”)، قم بتنفيذ نفس خطوات العملية، باستثناء الخطوتين 3.1 و3.3 حيث أن هذه القوالب للصب لديها منفذ مدمج للحقنة وبالتالي لا يتطلب أي لوحة زجاجية إضافية. في المجموع، وبناء أربعة أجزاء قاعدة من الساق، واثنين من أجزاء قاعدة الجذع، وجزء واحد أسفل الجذع، وأربعة أكواب الشفط. 4. تصنيع الجزء السفلي (الجزء السفلي) دفع أنبوب سيليكون من خلال الثقوب المقدمة لهذا الغرض في قالب الجزء السفلي، انظر الشكل التكميلي 5. ملء قالب الجزء الأساسي مع الداستومر وتوزيعه مع ملعقة صغيرة تصل إلى الزوايا.ملاحظة: يجب ألا يزيد مستوى الـ(مِيستر) عن 5 مم ولا يقل عن 4 مم ويجب أن يغطي الأنبوب المضمّن بالكامل. يمكن العثور على القالب للجزء السفلي من الساقين في ملف تكميلي 1 “CAD/ Molds/small_base_schwalbe.stl”. ضعي القالب في الفرن لمدة 15-20 دقيقة لعلاجه. للخطوات التالية، فمن الضروري أن الجزء السفلي لا يزال في القالب في الوقت الذي ينضم مع الجزء العلوي. 5. الانضمام إلى قاعدة والجزء السفلي ملء القالب من الجزء السفلي مع استومر بحيث يكون المستوى 1-1.5 ملم فوق التراموم بالفعل تصلب. إدراج قنية فراشة في الجزء الأساسي ووضع علامة على موقع ثقب بحيث يمكن العثور عليها بسهولة أكبر في وقت لاحق. هذه الخطوة ضرورية للسماح للهواء المتوسع في الفرن بالهروب. وضع جزء قاعدة في القالب السفلي واضغط فقط الجانبين قليلا في حمام استومر. ضعي المحرك في الفرن لمدة 10-15 دقيقة وازيلي القالب بعد ذلك.ملاحظة: يجب أن يكون من السهل إزالة المحرك من القالب. إذا فشل في القيام بذلك ، إما أن الـ elastomer لا يتم علاجه بالكامل (في هذه الحالة ، قم بزيادة وقت المعالجة بمقدار 10 دقائق أخرى) أو الجزء السفلي عالق في القالب (في هذه الحالة ، يجب سحبه بقوة أكبر). ولكن بشكل عام ، إنها علامة سيئة إذا كان المحرك لا يمكن إصداره بسهولة. قم بتوصيل مصدر الضغط باستخدام موقع الثقب من الخطوة 5.2 وإجراء اختبار التسرب النهائي، انظر الشكل التكميلي 6.ملاحظة: إذا كانت التسريبات صغيرة موجودة، يمكن إصلاحها. تطبيق القليل من الـ”مِيسترومر” مع ملعقة صغيرة و10 دقائق في الفرن يجب أن يصلح التسرب. إذا تم إصلاح جميع التسريبات، المحرك جاهز. ويوضح الشكل التكميلي 6 خطوات المعالجة الموضحة في هذا القسم، ويوضح الشكل التكميلي 7 العملية الكاملة الموضحة في الأقسام 3-5. للانضمام إلى قاعدة والجزء السفلي من الجذع، وتنفيذ نفس الخطوات، مع استثناء من الخطوة 5.1، حيث كنت لا ملء القالب ولكن الجزء السفلي مباشرة. 6- الانضمام لجميع الأطراف إصلاح الأجزاء التي سيتم الانضمام إليها مع إبرة دبوس على لوحة خشبية بحيث يمكن عقد معا في الخطوة العملية التالية. تغطية سطح الانضمام مع مِنَدِر كما هو موضح في الشكل التكميلي 8A. تأكد من أن سطح الانضمام نظيف وخال من الدهون. وإلا، فإن الأجزاء سوف delaminate في هذه المرحلة. وضع الجمعية (انظر الشكل التكميلي 8B)لمدة 10-15 دقيقة في الفرن. 7. تركيب مدخل أنبوب العرض توسيع نقطة الإدراج من قنية فراشة من الخطوة 5.2 كذلك باستخدام مفتاح ألين 1 مم. ضع نهاية أنبوب السيليكون مع القطر الخارجي الأقصى من 3 ملم فوق الثقب واضغط عليه مع مفتاح ألين. أغلق المدخل مع مُبرّر صغير. هذا يحمي أيضا من الإجهاد الميكانيكي. وضع الجمعية لمدة 10 دقيقة في الفرن.ملاحظة: يوضح الشكل التكميلي 9 خطوات المعالجة الموضحة في هذا القسم. 8. بناء مربع التحكم تحميل الرسومات *.dxf المقابلة من السكن من البيانات التكميلية 1 “CAD / ControlBox /” وقطع بها على القاطع ليزر. تجميع “وحدة واجهة المستخدم” على اللوحة الأمامية وفقاً للرقم التكميلي 10A والشكل التكميلي 11. بناء ست “وحدات صمام” وفقا لرقم التكميلي 10B و 12 الرقم التكميلي. تجميع ست “وحدات صمام” و “وحدة واجهة المستخدم” على لوحة أسفل وفقا ل 10C الشكل التكميلي، الشكل التكميلي 13، والشكل التكميلي 14. تجميع اللوحات الجانبية واللوحة الخلفية. أخيراً، قم بتجميع اللوحة العلوية. تكوين جهازي جهازي لوح واحد المضمنة في مربع التحكم وفقا لملف 1 تكميلية وتحميل المجلد الكامل “رمز” (بما في ذلك كافة المجلدات الفرعية) المتوفرة في البيانات التكميلية 2 على كل من لوحات. قم بتحميل البرنامج النصي “Code/arduino_p_ctr.ino” المتوفر في البيانات التكميلية 2 على وحدات التحكم الدقيقة الستة المضمنة في مربع التحكم. 9. بناء مقاعد البدلاء اختبار مع نظام القياس جزءا لا يتجزأ تحميل الرسم *.dxf المقابلة من حامل الكاميرا من البيانات التكميلية 1 “CAD / TestBench / ” وقطع بها على القاطع ليزر. تحميل الملفات *.stl المقابلة من المشابك من البيانات التكميلية 1 “CAD / TestBench” وطباعتها على طابعة 3D. تجميع حامل الكاميرا مع المشابك على لوحة ملصق DIN-A1 وفقا ل الشكل التكميلي 15 وجبل الكاميرا والكمبيوتر لوحة واحدة في الموقع المقصود. تكوين واجهة إيثرنت وإعدادات SSH للكمبيوتر ذات اللوحة الواحدة وفقاً للقسمين 4-5 من الملف التكميلي 1 وتحميل المجلد الكامل “Code”(البيانات التكميلية 2)على اللوحة. 10. إعداد النظام بأكمله إنشاء شبكة اتصال محلية وتعيين عنوان IP الصحيح من البرنامج النصي “Code/main.py” إلى كافة أجهزة الكمبيوتر ذات اللوحة الواحدة والكمبيوتر المستخدم في المراقبة – أو إعادة كتابة البرنامج النصي وفقًا لذلك. إدراج الإبر دبوس في طرفي الجذع كما هو مبين في الشكل التكميلي 16، بحيث الروبوت فقط اتصالات الطائرة المشي مع دبابيس وأقدامها (أكواب الشفط). طباعة علامات بصرية15 المقدمة في ملف تكميلي 2 على ورقة DIN-A4 وقطع بها باستخدام مقص. إرفاق علامات على الروبوت باستخدام الإبر دبوس وفقا للكمية الشكل 17. قم بتوصيل الروبوت بمربع التحكم.ملاحظة: يوضح الشكل 1 الأسلاك للنظام بأكمله. 11. تشغيل مربع التحكم السلطة على التبديل الرئيسي من مربع التحكم والانتظار حتى يتم تمهيد كل شيء. الدخول إلى جهاز الكمبيوتر الرئيسي واحد المجلس “الجذر” باستخدام SSH، وتصفح المجلد “رمز”، وبدء مربع التحكم من قبل الأمر “root@beaglebone:~# python3 main.py”. في الوقت نفسه، بدء تشغيل جهاز العرض على جهاز الكمبيوتر الشخصي من قبل الأمر “user@pc: ~ python2 monitor.py”.ملاحظة: يجب تشغيل كلا البرنامجين أكثر أو أقل في نفس الوقت. برنامج “main.py” يعمل على الكمبيوتر لوحة واحدة في مربع التحكم يحاول الاتصال بالكمبيوتر الشخصي المستخدم للمراقبة. إذا لم يكن هناك منفذ الاستماع في الكمبيوتر الشخصي (تشغيل بواسطة البرنامج النصي “monitor.py”) ، لن يتم تشغيل جهاز العرض. باستثناء “monitor.py”، جميع البرامج/ البرامج النصية المستخدمة في هذا البروتوكول تهدف إلى تشغيل مع python3. قم بتوصيل مصدر الضغط إلى مربع التحكم (الحد الأقصى 1.2 شريط). قم بتوصيل مصدر فراغ إلى مربع التحكم. 12. معايرة الروبوت ضع الروبوت على متن طائرة المشي على مقاعد البدلاء الاختبار. المنحدرات الحادة، إرفاق سلسلة بين أمام الروبوت وأعلى الطائرة المشي من أجل عقد الروبوت في مكان. على مربع التحكم، قم بتنشيط”نمط المرجع”الوضع عن طريق الضغط على”وضع 2″الزر كما هو مبين في الشكل التكميلي 18. قم بالتمرير خلال القائمة المعروضة على شاشة LCD باستخدام الأزرار لأعلى ولللأسفل حتى تجد الإدخال “clb”. ثم، اضغط على زر الإدخال. انتقل خلال القائمة التالية حتى إدخال “mode_4.csv” و اضغط على زر”إدخال”. على الشاشة، اضغط على الزر “سجل” كما هو موضح في الشكل التكميلي 19.ملاحظة: الضغط على”سجل”الزر سوف تلقائيا إنشاء ملف *.csv على جهاز الكمبيوتر الرصد في الموقع المحدد في “رمز / Src / GUI / save.py:save_last_sample_as_csv()”، وهو المجلد “current_exp” (يتم توفير قياسات المثال في البيانات التكميلية 3). في مربع التحكم، اضغط على الزر”دالة 1″لبدء إجراء المعايرة. بعد المعايرة، اضغط على “سجل” زر على الشاشة لوقف تسجيل و “وظيفة 1” زر على مربع التحكم لوقف وحدة تحكم الضغط. إعادة تسمية الملف “current_exp/*.csv” الذي تم إنشاؤه تلقائياً بحيث يمكن تعريفه بشكل فريد لاحقاً. تشغيل البرنامج النصي “معايرة/eval_clb.py” الواردة في البيانات التكميلية 4 وتخزين الإخراج (معاملات تناسب متعدد الحدود) في الملف “رمز / Src / المراقب / calibration.py” كمدخل مع الكلمة الرئيسية “[الروبوت الإصدار]” داخل القاموس الموجود. 13. خلق نمط مشية تشغيل البرنامج النصي “رمز / أنماط / create_pattern.py” وتخزين *.csv ملف (ق) خرج في المجلد “رمز / أنماط / [الروبوت الإصدار]/”.ملاحظة: هذا البرنامج النصي يحول نمط مشية محدد مسبقاً لمشي مستقيم8 (انظر الشكل التكميلي 20A أو الرسوم المتحركة التكميلية 1) التي صيغت في مراجع زاوية في إشارات ضغط الروبوت الخاصة. لإنشاء نمط مشية المنحدرات الحادة، قم بتعديل البرنامج النصي بواسطة uncommenting سطر 222. وهذا سوف يولد نمطا وفقا للرقم التكميلي 20B أو الرسوم المتحركة التكميلية 2. واجهة مراجع النقش التي يوفرها مربع التحكم تتكون من ملفات *.csv حيث يقوم كل صف بتعريف نقطة تعيين منفصلة لكافة المحركات. وفي ذلك، تحدد الأعمدة الثمانية الأولى الضغوط المرجعية، وتحدد الأعمدة الأربعة التالية المراجع للصمامات المباشرة للتصرّف، ويحدد العمود الأخير الوقت الذي ينبغي أن تعقد فيه هذه النقطة المحددة. مزامنة الكمبيوتر ذات اللوحة الواحدة في مربع التحكم مع الكمبيوتر الشخصي، أي تحميل المجلد “Code/Pattern/*” على اللوحة. لهذا الغرض، يجب مقاطعة برنامج “main.py” (Ctrl+C). 14. تنفيذ تجربة التسلق تنفيذ الخطوات 11-13 لكل ميل ليتم اختباره. ضع الروبوت في نقطة ملحوظ على متن الطائرة المشي. حدد مرجع نمط كما هو موضح في الخطوات 12.2-12.4، ولكن حدد في القائمة الأولى “إصدار الروبوت” المطلوب (بدلاً من “clb”)، وفي القائمة الثانية مرجع النمط وفقاً للميل الحالي (بدلاً من “mode_4.csv”). بدء التسجيل كما هو موضح في الخطوة 12.5. دفع”الدالة 1″زر لتنشيط وحدة تحكم الضغط. السماح للروبوت المشي / تسلق لمدة 6 دورات على الأقل. إيقاف التسجيل عن طريق الضغط على الزر “سجل” على الشاشة (كما في الخطوة 12.7). تأكد من أن الروبوت لن تسقط عند تنفيذ الخطوة التالية. وقف وحدة تحكم الضغط عن طريق الضغط مرة أخرى على “وظيفة 1” زر. هذا سوف يتوقف أيضا عن إمدادات الفراغ، وبالتالي فإن الروبوت ستسقط. نقل ملف *.csv المسجلة في المجلد “إكسييفيفيفيشن/ [إصدار الروبوت]/[نوع نمط]/[الميل]/”.ملاحظة: كرر كل تشغيل خمس مرات على الأقل لكي يكون قاعدة صلبة للخطوة التالية. 15. تقييم التجربة تشغيل البرنامج النصي “ExpEvaluation/eval_vS11_adj_ptrn.py” المتوفرة في البيانات التكميلية 5 ليعني تلقائياً على جميع بيانات القياس.ملاحظة: هذا السيناريو المخرجات المسار من جميع القدمين، والضغط المطبق على مر الزمن، وزاوية الانحناء قياس جميع الأطراف على مر الزمن، وسرعة الروبوت على مر الزمن، واتجاه الروبوت على مر الزمن، والسرعة المتوسط على الميل (راجع الشكل 2A)،وتقريب الطاقة المستخدمة على الميل (راجع الشكل 2B).

Representative Results

ينتج عن البروتوكول المقدم ثلاثة أشياء: روبوت تسلق ناعم ، وصندوق تحكم قابل للتطبيق عالميًا ، واستراتيجية تحكم لحركة الروبوت المستقيمة التي تزيد من قدرته على التسلق وفي الوقت نفسه تقلل من طاقته المستهلكة. يتيح صندوق التحكم الموصوف في القسم 8 إمدادًا مستمرًا بأي مستوى ضغط مرغوب فيه على ما يصل إلى ست قنوات (قابلة للتوسيع إلى ثمانية) بالإضافة إلى أربع قنوات يتم توفير الفراغ (القابل للتوسعة حسب الحاجة). “وحدة واجهة المستخدم” تمكن المستخدم من تشغيل مربع التحكم بسهولة في وقت التشغيل والواجهة إلى الشاشة يسمح البيانات المقاسة ليتم عرضها مباشرة وحفظها كملف csv. يوفر وضع نمط المرجع من مربع عنصر التحكم للمستخدم مع واجهة بديهية حلقة أنماط المعرفة مسبقاً. يمكن أن يكون هذا نمط مشية الروبوت ، كما هو الحال في هذا البروتوكول ، أو يمكن استخدامه لاختبار التعب المحرك ، أو أي تطبيق آخر يتطلب التحميل الدوري. 1- يصور الشكل 1 جميع مكونات الأجهزة المجمعة في صندوق التحكم ونظام القياس وكيفية توصيلها. نمط المشية للحركة المستقيمة للروبوت مصاغ في مراجع الزاوي8. لتشغيل الروبوت، يجب تحويل تلك المراجع الزاوي إلى مراجع الضغط. وتستند استراتيجية التحكم المستخدمة في هذا البروتوكول إلى معايرة ضغط الزاوية السابقة. كل طريقة من طرق المعايرة تؤدي إلى منحنى ضغط ألفا مختلف. ولذلك، فمن الضروري لتكييف إجراءات المعايرة لظروف التشغيل الحقيقية قدر الإمكان. عند تغيير زاوية الميل من الطائرة المشي، وظروف التشغيل تتغير كذلك. لذلك، يجب أن يكون منحنى زاوية الضغط إعادة معايرة لكل ميل. ويبين الشكل 2A سرعة الروبوت ل المنحدرات المختلفة مع معايرة دون تغيير ومنحنى ضغط زاوية إعادة معايرة. وتبين التجربة بوضوح فعالية إعادة المعايرة. الروبوت إعادة معايرة ليست فقط وسيلة أسرع، بل هو أيضا قادرة على تسلق المنحدرات أكثر انحدارا (84 درجة بدلا من 76 درجة) في حين تستهلك طاقة أقل9 كما هو مبين في الشكل 2B. في الشكل 3، تظهر سلسلة من الصور الفوتوغرافية لحركة الروبوت لزاوية 48 درجة. ويوضح الشكل بوضوح أن أداء التسلق مع إعادة المعايرة المبين في الشكل 3B أفضل بكثير من المعايرة التي لم تتغير كما هو موضح في الشكل 3A حيث أن التحول في الموضع في نفس الفترة الزمنية هو تقريبا ضعف كبير. هذا الروبوت يمكن أن تتحرك بسرعة جدا بالمقارنة مع الروبوتات الناعمة الأخرى. ويلخص Qin etal. 7 السرعات الأمامية للروبوتات اللينة المختلفة. بدون حمولة وفي المستوى الأفقي ، الروبوت الموصوف في هذا البروتوكول هو خمس مرات أسرع فيما يتعلق بطول الجسم من أسرع روبوت في Ref.7. الشكل 1: رسم تخطيطي لمكونات الأجهزة التي تم تجميعها في مربع التحكم. في هذا يشير إلى مرجع الضغط لقناة i-th، وui إشارة التحكم في الصمام النسبي i i-th، والمتجه الذي يحتوي على المراجع الزاوي، وα المتجه الذي يحتوي على قياسات الزاوية، و x المتجه الذي يحتوي على قياسات الموضع، و ƒ المتجه الذي يحتوي على إشارات التحكم للصمامات اللولبية المباشرة المفعول، أي حالات التثبيت للقدمين. واجهة المستخدم قصيرة ل “وحدة واجهة المستخدم” ، BBB هو اختصار لبيجلبون الأسود ، أي ، الكمبيوتر أحادي اللوحة المستخدمة في مربع التحكم ، وRPi هو اختصار ل Raspberry Pi ، أي ، الكمبيوتر أحادي اللوحة المستخدم في نظام القياس. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. الشكل 2: تقييم أداء التسلق. تظهر المنحنيات المتقطعة قيم المنحنيات الثابتة والصلبة لمراجع الضغط التي تم معايرتها. (أ) سرعة أمام الروبوت لزوايا الميل المختلفة. (ب) استهلاك الطاقة لمختلف زوايا الميل. وهذا الرقم مقتبس من المرجع٩. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. الشكل 3: سلسلة من الصور لحركة الروبوت في ميل 48°. الوقت المنقضي بين كل صورة هو 1.2 s. (A) الحركة للإشارة الضغط المستمر و (B) الحركة لإشارات الضغط معدلة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. الشكل التكميلي 1: إعداد الـ”سترومر”. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم. الشكل التكميلي 2: مقارنة تشكيل فقاعة الهواء أثناء الإخلاء قبل وبعد الصب. (أ) يتم تنفيذ إخلاء الـ(استومر) فقط قبل الصب. فقاعات الهواء المحاصرين البقاء في مكانها، لكنها أكثر في منطقة المطبات، والتي لا تؤثر بشكل كبير على وظيفة المحرك. (B) يتم تنفيذ الإخلاء قبل وبعد الصب. فقاعات الهواء المحاصرين ترتفع ولكن تتعثر مرة أخرى على الجانب العلوي من الدعامات وخلق ثقوب في المحرك التي يمكن أن تؤثر على وظيفة. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم. الشكل التكميلي 3: أمثلة على المسبوكات المعالجة الناجحة وغير الناجحة. يعرض الصف العلوي أمثلة ناجحة وأمثلة الصف السفلي غير ناجحة. إذا كان العيب غير واضح يمكن التعرف عليها، يتم وضع علامة عليه مع دائرة خضراء. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم. الشكل التكميلي 4: تصنيع الجزء الأساسي. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم. الشكل التكميلي 5: مخطط تصنيع الجزء السفلي. يتم فرض أنبوب (والذي يستخدم في وقت لاحق كما أنبوب العرض لكأس الشفط) في القالب قبل الصب. ثم، يتم تعبئة القالب مع م سحب السائل. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم. الشكل التكميلي 6: الانضمام إلى الجزء الأساسي والسفلي. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم. الشكل التكميلي 7: صب التصفيح من المحرك الانحناء لينة. يتم تمثيل اللداستومر السائل باللون الأحمر، والمجعد المشفّى باللون الأحمر الفاتح، وطبقة الحد من الإجهاد وكذلك القوالب باللون الأسود. (A)يتم صب الـ”مِيستومر” المختلط إلى قالبين منفصلين – واحد للجزء الأساسي و الآخر للجزء السفلي. وبالتالي، الجزء السفلي هو فقط نصف شغلها. ثم يتم إدخال طبقة تحد من الإجهاد (أنبوب العرض) في الجزء السفلي من العفن. (ب) يتم الشفاء من الأجزاء والجزء الأساسي هو demolded. (C) يتم تعبئة الجزء السفلي من العفن إلى الأعلى مع م سحب السائل. (D) هو انخفض الجزء الأساسي في هذا القالب. (ه) يتم علاج شطري معا. (F) هو demolded المحرك. ويستند هذا الرقم إلى المرجع13. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم. الشكل التكميلي 8: الانضمام لجميع الأطراف. (أ) تغطي الأسطح التي سيتم ربطها مع مِيَر السائل. (B) عرض المقدمة من الجمعية كاملة. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم. الشكل التكميلي 9: تركيب مداخل أنبوب الإمداد. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم. الشكل التكميلي 10: صور فوتوغرافية لمربع التحكم. (أ) عرض أمامي لوحدة واجهة المستخدم لتمكين المستخدم من التفاعل مع الروبوت. (ب) عرض تفصيلي لوحدة الصمام. (C) عرض أعلى من مربع التحكم بأكمله. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم. الشكل التكميلي 11: رسم بياني للدوائر لوحدة واجهة المستخدم. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم. الشكل التكميلي 12: رسم بياني للدوائر لوحدة الصمامات. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم. الشكل التكميلي 13: مخطط الدوائر المبسطة لمربع التحكم بأكمله. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم. الشكل التكميلي 14: رسم تخطيطي للدبابيس المستخدمة لأجهزة الكمبيوتر ذات اللوحة الواحدة المضمنة في مربع التحكم. (أ) دبابيس تستخدم من المجلس اللازمة لاتصال المستخدم. (B) دبابيس تستخدم من المجلس اللازمة للتحكم الروبوت. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم. الشكل التكميلي 15: عرض قدم لطائرة المشي مع نظام قياس مثبت. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم. الشكل التكميلي 16: التصور من تأثير رفع. يتم إدخال الإبر دبوس مع رؤساء 6 مم في طرفي الجذع. هذا يقلل من الاحتكاك أثناء المشي ويسبب أن يكون أكواب الشفط على اتصال كامل مع طائرة المشي. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم. الشكل التكميلي 17: تجميع العلامات البصرية. يتم تركيب العلامات على الروبوت باستخدام الإبر دبوس. يتم تركيب علامة 0 في القدم اليسرى الأمامية، علامة 1 في الجبهة الجذع، علامة 2 في القدم اليمنى الأمامية، علامة 3 في القدم اليسرى الخلفية، علامة 4 في ظهر الجذع، وعلامة 5 في القدم اليمنى الخلفية. لتجميع علامة 4، وتستخدم ثلاثة الإبر دبوس هذا الرقم هو مقتبس من المرجع9. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم. الشكل التكميلي 18: وسيلة إيضاح أزرار مربع التحكم. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم. الشكل التكميلي 19: وسيلة إيضاح لأزرار واجهة المستخدم الرسومية. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم. الشكل التكميلي 20: أنماط مشية لحركة مستقيمة للروبوت. يشار إلى أقدام ثابتة من قبل الدوائر شغل والقدمين غير المثبتة من قبل الدوائر غير المعبأة. (A)نمط مشية لزوايا الميل المنخفضة والمعتدل (< 70°). (ب)نمط مشية للميول العالية (> 70 درجة). يتم تطبيق فراغ على الأقدام المملوءة باللونين الأحمر والأسود. يتم إصلاح أقدام سوداء مملوءة على الأرض، في حين أن الأقدام الحمراء لا يجب بالضرورة أن يكون. من أجل تأمين التثبيت، ويتأرجح القدم التي سيتم إصلاحها ذهابا وإيابا مرة واحدة. وهذا الرقم مقتبس من المرجع٩. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم. الشكل التكميلي 21: عرض انفجار المقدمة من الروبوت تسلق لينة. وتقع ضفائر في الساقين ومفتاح المقابلة في نهايات الجذع. وهذا يجعل عملية الانضمام أكثر دقة. وهذا الرقم مقتبس من المرجع٩. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم. الشكل التكميلي 22: إجراءات معايرة مختلفة لتحديد منحنى زاوية الضغط. كل الليفية الفرعية يظهر مسار الضغط النوعي ولقطات من الروبوت المقابلة تشكل. (أ)يتم نفخ كل المحرك بشكل مستمر بدءا من 0 شريط يصل إلى 1 بار، في حين أن جميع الآخرين لا تزال بدون ضغط. (ب) يتم تطبيق هضبة الضغط على المحرك الواحد لمدة 3 s؛ ثم، يتم تفريغها تماما لمدة 2 s. في الجولة التالية، يتم زيادة مستوى الضغط الهضبة من قبل زيادة حتى تصل إلى الهضبة 1 بار. ويتم ذلك لكل المحرك على حدة. (C) نفس الإجراء كما هو الحال في الوضع 2، ولكن هنا، يتم تطبيق نفس الهضبة على المحركات (0،3،4)، على التوالي المحركات (1،2،5)، في نفس الوقت. (D) نفس الإجراء كما هو الحال في الوضع 3، ولكن الهضاب للمحركات (0،3) تبدأ من 0 بار (مثل من قبل) وتنتهي في 1.2 بار (بدلا من 1 بار). في الأساس، زيادة للمحركات (0،3) زيادة طفيفة، في حين أن الزيادات للمحركات الأخرى تبقى هي نفسها. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم. الشكل التكميلي 23: منحنيات ضغط الزاوية لإجراءات المعايرة المختلفة. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم. الرسوم المتحركة التكميلية 1: الرسوم المتحركة من مشية الروبوت على التوالي. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الملف. الرسوم المتحركة التكميلية 2: الرسوم المتحركة من مشية التسلق الروبوت. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الملف. الملف التكميلي 1: إرشادات لتكوين أجهزة الكمبيوتر ذات اللوحة الواحدة. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الملف. الملف التكميلي 2: طباعة قالب للعلامات المرئية. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الملف. البيانات التكميلية 1: CAD الملفات. هذا المجلد المضغوط بالرمز يحتوي على ملفات *.stl-لطباعة القوالب وملفات *.dxf-بالليزر لقطع مسكن صندوق التحكم وملفات *.stl-لطباعة المشابك المستخدمة في نظام القياس و *.dxf-file بالليزر لقطع إطار نظام القياس. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الملف. البيانات التكميلية 2: رمز لتشغيل على أجهزة الكمبيوتر ذات اللوحة الواحدة. يحتوي هذا المجلد المضغوط بالرمز البريدي على البرامج ومصادرها التي تعمل على اللوحة المستخدمة في “وحدة واجهة المستخدم” ، وهي اللوحة المستخدمة للتحكم في الروبوت ، واللوحة المستخدمة لمعالجة الصور. قم بتحميل المجلد الكامل إلى جميع اللوحات الثلاثة. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الملف. البيانات التكميلية 3: بيانات قياس نموذجية. يحتوي هذا المجلد المضغوط بالرمز البريدي على ملفين *.csv تم إنشاؤها أثناء إجراء المعايرة. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الملف. البيانات التكميلية 4: برنامج المعايرة النصي. يحتوي هذا المجلد المضغوط بالرمز البريدي على البرنامج النصي للثعبان ومصادره لتقييم بيانات القياس التي تم إنشاؤها أثناء إجراء المعايرة. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الملف. البيانات التكميلية 5: برنامج التقييم. يحتوي هذا المجلد المضغوط بالرمز البريدي على نصين نصيين من الثعبان ومصادرهما لتقييم بيانات القياس التي تم إنشاؤها أثناء تجربة التسلق. وبالإضافة إلى ذلك، فإنه يحتوي على جميع بيانات القياس المستخدمة لتوليد الشكل 2. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الملف.

Discussion

يتضمن البروتوكول المعروض العديد من الجوانب المختلفة المتعلقة بالروبوت الناعم التسلق من Ref.9، بما في ذلك التصنيع والتحكم والمعايرة وتقييم الأداء. وفي ما يلي مناقشة أوجه الإيجابيات والسلبيات الناتجة عن البروتوكول وهيكلها وفقاً للجوانب المذكورة أعلاه.

طريقة التصنيع المقدمة تستند بقوة على الأدب الحالي10،13. وهناك فرق كبير هو تصميم المحرك. للانضمام إلى الأطراف الفردية، يتم إدراج أدلة الضمائر في النقاط المناسبة، كما هو مبين في الشكل التكميلي 21. وهذا يؤدي إلى اتصال أكثر دقة وقوة بين الأطراف مقارنة مع التصميم السابق للروبوت8. وعلاوة على ذلك، يتم تضمين أنابيب الإمداد في الجزء السفلي من المحركات. يسمح هذا التصميم المتكامل بتوفير أكواب الشفط مع الفراغ وفي الوقت نفسه يجعل الطبقة السفلية لم تعد قابلة للتمدد ، مما يزيد بشكل كبير من أداء المحرك. هناك فرق آخر في الإجراء الموصوف في الأدب هو أن يتم إخلاء الـ(مِلّا) المختلط مرة واحدة فقط (مباشرة بعد الاختلاط). العديد من المصادر توصي بإخلاء الـ(مسترومر) مرتين: مرة بعد الاختلاط ومرة بعد أن تم ملئه في القالب. قد يحدث أن الهواء لا يزال محاصرا في مساحات صغيرة جدا. في غرفة الفراغ، هذا الهواء يتوسع وفي أفضل الحالات يرتفع إلى السطح. في كثير من الأحيان بما فيه الكفاية، ومع ذلك، هذه فقاعات الهواء تتعثر في طريقهم، وخلق ثقوب غير سارة في الصب النهائي. وهنا، يجب اتخاذ قرار بشأن ما هو أكثر أهمية: ملامح مثالية على الجانب السفلي من الجزء الأساسي أو أقل قدر ممكن من المخاطرة بإنتاج المحرك غير الوظيفي (راجع الشكل التكميلي 2). في هذا البروتوكول، يتم تنفيذ لا إخلاء الثاني. في الإجراء المقدم ، قد يختلف ارتفاع الجزء السفلي كما يتم ملئه يدويًا ، وعلى عكس الجزء الأساسي ، لا توجد إمكانية لقطعه إلى ارتفاع موحد بعد المعالجة. لضمان أن ارتفاع الجزء السفلي هو موحدة قدر الإمكان، فمن المستحسن استخدام حقنة عند ملء قالب الجزء السفلي وقياس حجم تدفق في. ومع ذلك، اعتماداً على مقدار الوقت المنقضي منذ خلط، تتغير خصائص تدفق الـ استومر بشكل ملحوظ. ولذلك، فمن المستحسن دائما استخدام مبتزجة حديثا. الانضمام إلى قاعدة والجزء السفلي من المحرك ينطوي على أكبر عملية عدم اليقين. إذا كان حمام الـ(إستومر) عالي جداً، فإن القناة الهوائية بين الغرف ستكون على الأرجح مغطاة أيضاً. ثم، المحرك لم يعد قابل للاستخدام. إذا كان حمام الـ(استرومر) منخفض جداً، فقد لا تكون الشفة الختمية مغطاة بظروفها بالكامل، ويتسرب المحرك. لذلك, فإنه يأخذ كمية معينة من الممارسة لجرعة حمام استومر بشكل صحيح. من المهم للانضمام بشكل عام هو سطح الانضمام الخالي من الدهون. إذا كان سطح الانضمام ملوثًا جدًا ، فقد يكون المحرك النهائي مُلَحًا. لذلك ، من الضروري التأكد من أن الأجزاء لا تمس إلا على الأسطح التي لا يمكن الانضمام إليها. وهناك قيد رئيسي على طريقة التصنيع هو عدد القطع التي يتعين تحقيقها. إنتاج المحرك واحد يستغرق ما لا يقل عن ساعتين في المجموع. على الرغم من أنه من الممكن العمل مع عدة قوالب في موازاة ذلك، أكثر من أربعة غير مستحسن بسبب ضيق الوقت. حياة وعاء من الـ(سترومر) قصير جداً بحيث لا يمكنه ملء المزيد من القوالب. بالإضافة إلى ذلك، فإن القوالب المطبوعة ثلاثية الأبعاد لا تتحمل سوى عدد محدود من دورات الإنتاج (حوالي 10-20) قبل أن تصبح مشوهة جدا أو كسر. وثمة قيد آخر هو عدم اليقين في العملية التي نوقشت بالفعل. منذ يتم تنفيذ جميع خطوات العملية تقريبا يدويا، كل المحرك هو مختلف قليلا. وهذا يمكن أن يؤدي إلى اثنين من الروبوتات التي هي متطابقة في البناء ولكن تظهر اثنين من السلوكيات المختلفة جدا.

مع مربع التحكم، يتم توفير طريقة للتحكم في الروبوت. ومع ذلك، لكل نظام هوائي، يجب تحديد المكاسب التحكم من السيناريو “رمز/arduino_p_ctr.ino” بشكل فردي. هذا غير مشمول في البروتوكول. ومع ذلك ، فإن “وضع مرجع الضغط” من مربع التحكم يسمح لعوب التعامل مع الروبوت ، بحيث يمكن إجراء ضبط وحدة تحكم دون كتابة العديد من البرامج النصية. وثمة قيد آخر من مربع التحكم هو تكلفتها كما تكاليف المواد حوالي 7000 دولار أمريكي في المجموع. الأدب11 يقدم تعليمات بناء لمربع التحكم التي تكلف فقط حوالي 900 دولار أمريكي ، ومع بعض التحسينات يمكن أيضا أن تستخدم لتشغيل الروبوت.

يعتبر اختيار إجراء المعايرة أمرًا حاسمًا لمعايرة المحركات الفردية. ويبين الشكل التكميلي 22 المسار النوعي لإشارات الضغط بمرور الوقت لأربعة إجراءات مختلفة ويبين الشكل التكميلي 23 منحنيات ضغط الزاوية الناتجة. كما يمكن أن نرى في هذا الأخير، كل طريقة للمعايرة النتائج في منحنى زاوية ضغط مختلفة. وهذا يدل على أن العلاقة بين الضغط والزاوية تعتمد اعتمادا كبيرا على الحمل القائم على المحرك. لذلك، يجب أن تعكس عملية المعايرة حالة التحميل الحقيقي على أفضل حال ممكن. وبالتالي، من الضروري تكييف إجراء المعايرة مع ظروف التشغيل الحقيقية قدر الإمكان. يتم الحصول على أفضل أداء المشي مع إجراء المعايرة 4. ومع ذلك ، كما يمكن أن نرى في الشكل 3B، فإن يطرح اللاحقة في السلسلة ليست متناظرة تماما ، وهو مؤشر على إمكانات التحسن في المعايرة.

إنّ تجميع العلامات البصرية15 في القسم 10 أمر حاسم بالنسبة لنظام القياس. وبما أنه لا يمكن تركيبها مباشرة عند النقاط المطلوبة (لأن الأنابيب تتداخل)، يجب أن يتم تحويل النقاط المقاسة بشكل مصطنع. يجب توخي الحذر خاصة عند تحديد هذا الناقل أوت أوال (في إحداثيات بكسل من الكاميرا); وإلا، فإن القياس بأكمله سيكون له أخطاء منهجية كبيرة. ويجب أيضا ضمان أن العلامات لا تحل محل مع مرور الوقت. إذا حدث هذا، على سبيل المثال، بسبب سقوط الروبوت، يجب إعادة تركيب العلامة المقابلة في نفس المكان بالضبط. وعلى أي حال، ينبغي التحقق بانتظام مما إذا كان نظام القياس لا يزال ينتج مخرجات موثوقة.

العامل المقيد في التجربة هو تثبيت القدمين. ولكي تكون قادراً على تسلق ميول أكثر حدة، يجب إعادة النظر في آلية التثبيت. حاليا، الروبوت غير قادر على دفع قدميه بنشاط ضد طائرة المشي، وبالنسبة للميلات العالية، والقوة العادية الناجمة عن الجاذبية صغيرة جدا لجعل أكواب الشفط قريبة بما فيه الكفاية لطائرة المشي لضمان الشفط موثوق بها.

ويمكن نقل طريقة التصنيع المعروضة إلى أي مُشغل مُنعة مُنعة مُائعة، وبالتالي يمكن أن تكون مثيرة للاهتمام بالنسبة للتطبيقات المستقبلية. يتيح صندوق التحكم المعروض التحكم في أي نظام هوائي يتكون من ستة المحركات الفردية (قابلة للتوسيع حتى ثمانية) ، بما في ذلك المنصات الروبوتية لأنها تتطلب ردود فعل حسية سريعة. ولذلك، يمكن استخدامه كمنصة عالمية لاختبار الروبوتات في المستقبل والتحكم فيها. وأخيراً، يمكن أن تكون طريقة المعايرة المقدمة، من حيث المبدأ، لأي نظام هوائي خاضع للتغذية. وباختصار، فإن جميع الأساليب المعروضة شاملة في نطاق المناقشة.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

يحب المؤلفون أن يشكروا فين كنودسن، ورافيندا بهاري، وجاكوب موشينسكي على المناقشات المفيدة والإلهام.

Materials

3D Printer Formlabs Form 2
acrylic glass plate with two holes – for casting, see Supplementary
acrylic glass back panel – see Supplementary
acrylic glass bottom panel – see Supplementary
acrylic glass front panel – see Supplementary
acrylic glass side panel – see Supplementary
acrylic glass top panel – see Supplementary
Arduino Nano Arduino A000005
Allan Key 1mm available in every workshop
BeagleBone Black beagleboard BBB01-SC-505
butterfly cannula B. Braun Melsungen AG 5039573
clamp 1 for measurement system – see Supplementary
Clamp 2 for measurement system – see Supplementary
cutter knife available in every workshop
direct acting solenoid valves Norgren EXCEL22 DM/49/MDZ83J/T4
elastomer Wacker Chemie ELASTOSIL M4601
frame measurement system part 1 – see Supplementary
frame measurement system part 2 – see Supplementary
laser cutter Trotec SP500
LED RND COMPONENTS RND 210-00013
LCD JOY-IT SBC-LCD16X2
mould bottom part leg – see Supplementary
mould bottom part torso 1 – see Supplementary
mould bottom part torso 2 – see Supplementary
mould leg 1 – see Supplementary
mould leg 2 – see Supplementary
mould torso 1 – see Supplementary
mould torso 2 – see Supplementary
oven Binder ED 115
Plastic Cup available in every supermarket
Plastic syringe available in every pharmacy
poster panel Net-xpress.de (distributor) 10620232 as walking plane
Potentiometer VISHAY P16NM103MAB15
Power Supply Pulse Dimension CPS20.241-C1
pressure sensor Honeywell SSCDANN150PG2A5
Pressure Source EINHELL 4020600
proportional valves Festo MPYE-5-1/8-LF-010-B 6x
Raspberry Pi RASPBERRY PI RASPBERRY PI 3B+
Raspberry Pi Cam RASPBERRY PI RASPBERRY PI CAMERA V2.1
resin formlabs grey resin 1l
screw clamps VELLEMAN 3935-12
silicon tube 2mm Festo PUN-H-2X0,4-NT for connecting robot to control box
silicone Tube 2.5mm Schlauch24 n/a for supply tube inlet (https://www.ebay.de/itm/281761715815)
Switches MIYAMA MS 165
ultrasonic bath RND LAB 605-00034
UV chamber formlabs Form Cure
Vacuum chamber + pump COPALTEC PURE PERFEKTION
weight scale KERN-SOHN PCB 2500-2 min. resolution 1g
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Majidi, C. Soft robotics: a perspective-current trends and prospects for the future. Soft Robotics. 1 (1), 5-11 (2014).
  2. Kim, S., Laschi, C., Trimmer, B. Soft robotics: a bioinspired evolution in robotics. Trends in Biotechnology. 31 (5), 287-294 (2013).
  3. Rus, D., Tolley, M. T. Design, fabrication and control of soft robots. Nature. 521 (7553), 467-475 (2015).
  4. Calisti, M., Picardi, G., Laschi, C. Fundamentals of soft robot locomotion. Journal of the Royal Society Interface. 14 (130), 0101 (2017).
  5. Chu, B., Jung, K., Han, C. S., Hong, D. A survey of climbing robots: locomotion and adhesion. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 11 (4), 633-647 (2010).
  6. Gu, G., Zou, J., Zhao, R., Zhao, X., Zhu, X. Soft wall-climbing robots. Science Robotics. 3 (25), 2874 (2018).
  7. Qin, L. A versatile soft crawling robot with rapid locomotion. Soft Robotics. 6 (4), 455-467 (2019).
  8. Seibel, A., Schiller, L. Systematic engineering design helps creating new soft machines. Robotics and Biomimetics. 5 (1), 5 (2018).
  9. Schiller, L., Seibel, A., Schlattmann, J. Toward a gecko-inspired, climbing soft robot. Frontiers in Neurorobotics. 13 (1), 106 (2019).
  10. Mosadegh, B., et al. Pneumatic networks for soft robotics that actuate rapidly. Advanced Functional Materials. 24 (15), 2163-2170 (2014).
  11. Elango, N., Faudzi, A. A. M. A review article: investigations on soft materials for soft robot manipulations. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 80 (5-8), 1027-1037 (2015).
  12. Natarajan, E., Razif, M. R., Faudzi, A., Palanikumar, K. Evaluation of a suitable material for soft actuator through experiments and FE simulations. International Journal of Manufacturing, Materials, and Mechanical Engineering. 10 (2), 64-76 (2020).
  13. . Soft Robotics Toolkit [software] Available from: https://softroboticstoolkit.com (2020)
  14. . PneumaticBox [software] Available from: https://www.robotics.tu-berlin.de/menue/software_and_tutorials/pneumaticbox/ (2020)
  15. Wang, J., Olson, E. Apriltag 2: efficient and robust fiducial detection. Proceedings of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). , 4193-4198 (2016).

Tags

Soft RoboticsGecko-inspiredSoft RobotPneumatic ControlActuator ManufacturingElastomer CastingVacuum ChamberMold DesignSuction CupsSilicone TubesPerformance Evaluation

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Schiller, L., Seibel, A., Schlattmann, J. Manufacturing, Control, and Performance Evaluation of a Gecko-Inspired Soft Robot. J. Vis. Exp. (160), e61422, doi:10.3791/61422 (2020).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image