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Engineering

एक छिपकली से प्रेरित सॉफ्ट रोबोट का विनिर्माण, नियंत्रण और प्रदर्शन मूल्यांकन

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

Summary

यह प्रोटोकॉल छिपकली से प्रेरित नरम रोबोट के चढ़ाई प्रदर्शन के विनिर्माण, नियंत्रण और मूल्यांकन के लिए किए जाने वाले चरणों की एक विस्तृत सूची प्रदान करता है।

Abstract

यह प्रोटोकॉल एक नरम रोबोट के प्रदर्शन के विनिर्माण, नियंत्रण और मूल्यांकन के लिए एक विधि प्रस्तुत करता है जो 84 डिग्री तक की ढलानों के साथ इच्छुक सपाट सतहों पर चढ़ सकता है। विनिर्माण विधि सामान्य रूप से तेजी से वायनेट झुकने वाले एक्ट्यूएटर के लिए मान्य है और इसलिए, एक्ट्यूएटर विनिर्माण के क्षेत्र में नए चेहरे के लिए दिलचस्प हो सकता है। रोबोट का नियंत्रण एक वायवीय नियंत्रण बॉक्स के माध्यम से हासिल किया जाता है जो मनमाने ढंग से दबाव प्रदान कर सकता है और केवल खरीदे गए घटकों, एक लेजर कटर और सोल्डरिंग लोहे का उपयोग करके बनाया जा सकता है। रोबोट के चलने के प्रदर्शन के लिए, दबाव-कोण अंशांकन एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। इसलिए, दबाव-कोण अंशांकन के लिए एक अर्ध-स्वचालित विधि प्रस्तुत की गई है। उच्च inclines (> 70° पर, रोबोट अब मज़बूती से चलने वाले विमान के लिए खुद को ठीक कर सकता है। इसलिए, चाल पैटर्न को संशोधित किया जाता है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि पैदल विमान पर पैर तय किए जा सकते हैं।

Introduction

इंसानों और मशीनों के बीच बातचीत लगातार करीब होती जा रही है । कंपनियों और घरों में बढ़ता रोबोट घनत्व रोबोट तकनीक के लिए नई चुनौतियां बन गया है । अक्सर, खतरों को जुदाई के तरीकों से बाहर रखा जाता है, लेकिन कई क्षेत्रों में, विशेष रूप से घरों में, यह एक संतोषजनक समाधान नहीं है । सॉफ्ट रोबोटिक्स नरम सामग्री और संरचनाओं के गुणों का उपयोग करके इस समस्या से निपटता है ताकि नए प्रकार की मशीनें विकसित की जा सके जो जीवित जीवों की तरह व्यवहार करते हैं1, यही कारण है कि नरम रोबोट अक्सर जैविक मॉडल2से प्रेरित होते हैं । अधिकांश नरम रोबोटों को दो अलग-अलग प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: मोबाइल रोबोट और रोबोट मनोरंजक और हेरफेर3के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। नरम मोबाइल रोबोटों के लिए, विशिष्ट लोकोमोशन सिद्धांत रेंगने, चलने, दौड़ने, कूदने, उड़ान भरने और तैराकी4हैं। नरम रोबोटों के लिए आवेदन का एक और दिलचस्प क्षेत्र चढ़ रहा है - लोकोमोशन और आसंजन5का संयोजन । सॉफ्ट मशीनें बहुत मजबूत होती हैं और उनकी कोमलता के कारण उनके आसपास को नुकसान नहीं पहुंचा सकती। यह विशेषता चढ़ाई के लिए इस रोबोट वर्ग की पूर्वनिर्धारित है, क्योंकि वे आसानी से गिरावट से बच सकते हैं। नतीजतन, साहित्य,6, 7, 8 पर,7चढ़ने में सक्षम नरम रोबोटों के कई उदाहरण प्रदान करता है।8

इस प्रोटोकॉल का लक्ष्य एक छिपकली से प्रेरित, नरम रोबोट9पर चढ़ने के प्रदर्शन का निर्माण, नियंत्रण और मूल्यांकन करने के लिए एक विधि प्रदान करना है। इसका डिजाइन एलेस्टोमर से बने फास्ट वायनेट सॉफ्ट बेंडिंग ऐक्टिवेटर्स10 के इस्तेमाल पर आधारित है। हालांकि, एक और सॉफ्ट ऐक्टिवेटर डिजाइन और/या मटेरियल का भी इस्तेमाल किया जा सकता है । साहित्य में सॉफ्ट ऐक्टिविस्ट्स11 और उपयुक्त सामग्री12के विभिन्न डिजाइनों की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान की गई है । प्रस्तुत विनिर्माण विधि मौजूदा तरीकों के समान है13 लेकिन इसमें कुछ संशोधन शामिल हैं जिसके परिणामस्वरूप कम से कम नरम चढ़ाई रोबोट9के मामले में दोहराने की क्षमता और मजबूती बढ़ी है। विधि सामान्य रूप से तेजी से वायनेट झुकने वाले एक्ट्यूएटर के लिए मान्य है और इसलिए, एक्ट्यूएटर विनिर्माण के क्षेत्र में नए चेहरे के लिए दिलचस्प हो सकती है।

वायवीय एक्ट्यूएटेड सॉफ्ट रोबोट्स को नियंत्रित करने के लिए, साहित्य विभिन्न समाधान प्रदान करता है। यह कम लागत और आसानी से दोहराने वाले नियंत्रणबोर्डों 13 से लेकर शक्तिशाली लेकिन अधिक जटिलबोर्डों 14तक है, जिसे विशेष उपकरणों के बिना पुनर्निर्माण नहीं किया जा सकता है। यहां, केवल लेजर कटर और टांका लोहे का उपयोग करके वायवीय नियंत्रण बॉक्स बनाने के लिए एक संक्षिप्त विवरण प्रदान किया जाता है। नियंत्रण बॉक्स किसी भी दबाव की आपूर्ति की अनुमति देता है और वास्तविक समय संवेदी प्रतिक्रिया प्रदान करता है, जो रोबोटिक्स अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। हालांकि, इसका उपयोग कई अन्य अनुप्रयोगों के लिए भी किया जा सकता है।

Protocol

1. मोल्ड्स की छपाई

  1. अनुपूरक डेटा 1 "सीएडी/मोल्ड्स/" से मोल्ड्स के लिए *.stl डेटा डाउनलोड करें।
  2. 3डी मॉडल को प्रिंट जॉब में बदलने के लिए प्रिंटर-विशिष्ट स्लाइसिंग सॉफ्टवेयर का उपयोग करें।
  3. 3डी प्रिंटर का उपयोग करके मोल्ड्स को प्रिंट करें।
  4. प्रिंटेड मोल्ड्स को अल्ट्रासोनिक बाथ में 15 मिनट के लिए डालकर साफ करें।
  5. एक यूवी कक्ष में कम से कम 3 घंटे के लिए मोल्ड रखें।

2. इलास्टोमर तैयार करना

  1. इस चरण को शुरू करने से पहले निम्नलिखित इकट्ठा करें: इलास्टोमर (भाग ए और भाग बी), स्पैटुला, प्लास्टिक कप, मोल्ड, वजन पैमाने, प्लास्टिक सिरिंज, स्क्रू क्लैंप (या इसी तरह), दो संबंधित छेद, कटर चाकू के साथ ऐक्रेलिक ग्लास प्लेट।
  2. एक कप में 1:9 अनुपात में इलास्टोमर के भाग ए और भाग बी को मिलाएं। कप को एक वजनी मशीन पर रखें। सबसे पहले, भाग बी (गहरे लाल) के 5 ग्राम जोड़ें। फिर, एक स्पैटुला का उपयोग करके, भाग ए (सफेद और चिपचिपा) के 45 ग्राम जोड़ें।
    नोट: सुनिश्चित करें कि वजन की सटीकता 1 ग्राम है 50 ग्राम एक एक्ट्यूएटर के लिए पर्याप्त है। भाग एक भाग के लिए सबसे अच्छा तरीका है एक स्पैटुला लेने के लिए और यह नाली है । लगभग 6 ग्राम प्रति ड्रेनिंग ऑपरेशन स्पैटुला उपयोग के साथ संभव है।
  3. जब तक कप के किनारे पर कोई और अधिक सफेद या लाल क्षेत्र दिखाई नहीं देते तब तक सरगर्मी रखें।
  4. सरगर्मी प्रक्रिया के कारण इलास्टोमर में फंसी हवा को हटाने के लिए एक वैक्यूम चैंबर में 15 मिनट के लिए कप रखो।
  5. मिश्रित इलास्टोमर को प्लास्टिक की सिरिंज में भरें। यह इलास्टोमर को बहुत अधिक सटीक रूप से तैनात करने की अनुमति देता है।
    नोट: अनुपूरक चित्रा 1 इस अनुभाग में वर्णित प्रसंस्करण चरणों को दर्शाता है।

3. ऊपरी भाग का निर्माण (आधार भाग)

  1. मोल्ड पर दो इसी छेद के साथ एक ऐक्रेलिक ग्लास प्लेट क्लैंप करें। सिरिंज को निचले छेद में डालें और इलास्टोमर को मोल्ड में दबा दें।
  2. जब तक मिश्रित इलास्टोमर ऊपरी छेद से उभर नहीं जाता तब तक प्लंजर को धक्का देकर सिरिंज पर बल लागू करें।
  3. पेंच क्लैंप ढीला और एक्रेलिक ग्लास प्लेट बग़ल में खींच।
    नोट: इसे साइड में खींचना महत्वपूर्ण है न कि ऊपर की ओर। अन्यथा, इलास्टोमर को मोल्ड से बाहर निकाला जाएगा।
  4. एक तेज उपकरण के साथ बढ़ती हवा बुलबुले पंचर। बहुत गहराई से पंचर न करें क्योंकि इससे मौजूदा लोगों को हटाने के बजाय नए हवा के बुलबुले पैदा होंगे। बड़े बुलबुले को छेदना विशेष रूप से महत्वपूर्ण है क्योंकि ये बाद में एक्ट्यूएटर की कार्यक्षमता को काफी प्रभावित करेंगे।
    नोट: वैकल्पिक रूप से, वैक्यूम कक्ष में भरे हुए मोल्ड को खाली करें ताकि अभी भी फंसी किसी भी हवा को हटाया जा सके। ऐसा करते समय, हालांकि, ऐसा हो सकता है कि बढ़ती हवा के बुलबुले सतह पर अपने रास्ते पर मोल्ड पर फंस जाते हैं और कार्यात्मक रूप से प्रासंगिक क्षेत्रों में कास्टिंग में छेद बनाते हैं। अनुपूरक चित्रा 2 इस घटना को दर्शाता है।
  5. 30 मिनट के लिए 65 डिग्री सेल्सियस पर ओवन में मोल्ड रखो।
  6. 10 मिनट के बाद जांच करें कि क्या इलास्टोमर का स्तर काफी गिर गया है। ऐसा तब होता है जब मोल्ड पूरी तरह से तंग नहीं होता है या बार-बार उपयोग के कारण थोड़ा झुका हुआ है। यदि स्तर 1 मिमी से अधिक गिरा है, तो इलास्टोमर को फिर से भरें। फिर, इलाज जारी रखें।
  7. ओवन में कुल 30 मिनट के बाद, मोल्ड को बाहर निकालें और एक कटर चाकू से निकाले गए इलास्टोमर को काट लें।
  8. एक पेचकश के साथ अलग लीवरिंग द्वारा मोल्ड खोलें। कास्टिंग के लिए प्रासंगिक सतहों को नुकसान न पहुंचाने के लिए सावधान रहें।
  9. मोल्ड के उस हिस्से से लगभग समाप्त एक्ट्यूएटर निकालें जिससे यह पिछले चरण में फंस गया था।
    नोट: कास्टिंग सफल रही या नहीं, यह देखने के लिए यहां पहली बार दृश्य जांच की जा सकती है। यदि अपूरणीय दोष पाए जाते हैं (अनुपूरक चित्रा 3देखें), तो विनिर्माण प्रक्रिया को यहां रोका जाना है । छोटे छेद बाद में मरम्मत की जा सकती है। यह भी महत्वपूर्ण है कि सीलिंग होंठ अपनी पूरी परिधि पर जितना संभव हो उतना स्पष्ट है।
  10. कटर चाकू से किसी भी फैला हुआ burrs काट। यह कई बार बहुत श्रमसाध्य है, लेकिन एक अच्छा अंतिम परिणाम के लिए आवश्यक है ।
    नोट: अनुपूरक चित्रा 4 इस अनुभाग में वर्णित प्रसंस्करण चरणों को दर्शाता है। वर्णित चरण चार पैरों को ढलाई के लिए मान्य हैं (मोल्ड पूरक फ़ाइल 1 "सीएडी/मोल्ड्स/small_leg_schwalbe * stl") और धड़ के दो आधार भागों ("सीएडी/मोल्ड्स/small_belly * stl") में पाया जा सकता है । सक्शन कप (रोबोट के पैर, "सीएडी/मोल्ड्स/सक्शनकप *.stl") या धड़ के नीचे के हिस्से ("सीएडी/मोल्ड्स/small_torso_base1 * stl") में पाए जाने के लिए, एक ही प्रक्रिया चरणों को पूरा करने के लिए, कदम ३.१ और ३.३ के अपवाद के साथ कास्टिंग के लिए इन मोल्ड्स के रूप में सिरिंज के लिए एक निर्मित बंदरगाह है और इसलिए कोई अतिरिक्त acrylic ग्लास प्लेट है । कुल मिलाकर, पैर के चार आधार भागों, धड़ के दो आधार भागों, धड़ के एक नीचे भाग, और चार सक्शन कप का निर्माण करें।

4. निचले हिस्से का विनिर्माण (नीचे का हिस्सा)

  1. नीचे के हिस्से के मोल्ड में इस उद्देश्य के लिए प्रदान किए गए छेद के माध्यम से एक सिलिकॉन ट्यूब पुश करें, पूरक चित्रा 5देखें।
  2. बेस पार्ट के मोल्ड को इलास्टोमर के साथ भरें और इसे कोनों तक छोटे स्पैटुला के साथ वितरित करें।
    नोट: इलास्टोमर का स्तर 5 मिमी से अधिक नहीं होना चाहिए और 4 मिमी से कम नहीं होना चाहिए और एम्बेडेड ट्यूब को पूरी तरह से कवर करना चाहिए। पैरों के निचले हिस्से के लिए मोल्ड पूरक फाइल 1 "सीएडी/मोल्ड्स/small_base_schwalbe.stl" में पाया जा सकता है ।
  3. इलाज के लिए 15-20 मिनट के लिए ओवन में मोल्ड रखो। निम्नलिखित चरणों के लिए, यह आवश्यक है कि नीचे का हिस्सा ऊपर के हिस्से के साथ शामिल होने के समय के लिए मोल्ड में रहता है।

5. आधार और नीचे भाग में शामिल होने

  1. नीचे के हिस्से के मोल्ड को इलास्टोमर के साथ भरें ताकि स्तर पहले से ही कठोर इलास्टोमर से 1-1.5 मिमी ऊपर हो।
  2. आधार भाग में एक तितली कैनुला डालें और पंचर साइट को चिह्नित करें ताकि इसे बाद में अधिक आसानी से पाया जा सके। यह कदम ओवन में विस्तार हवा से बचने के लिए अनुमति देने के लिए आवश्यक है।
  3. आधार भाग को नीचे मोल्ड में रखें और केवल पक्षों को थोड़ा इलास्टोमर स्नान में दबाएं।
  4. एक्ट्यूएटर को 10-15 मिनट के लिए ओवन में रखें और बाद में मोल्ड को हटा दें।
    नोट: मोल्ड से ऐक्टर को हटाना आसान होना चाहिए। यदि यह ऐसा करने में विफल रहता है, तो या तो इलास्टोमर अभी तक पूरी तरह से ठीक नहीं है (इस मामले में, इलाज के समय को 10 और न्यूनतम तक बढ़ाएं) या नीचे का हिस्सा मोल्ड में फंस गया है (इस मामले में, इसे कठिन खींचा जाना चाहिए)। लेकिन सामान्य तौर पर अगर ऐक्टिवेटर को आसानी से रिलीज नहीं किया जा सकता है तो यह खराब संकेत है।
  5. चरण 5.2 से पंचर साइट का उपयोग करके एक दबाव स्रोत कनेक्ट करें और अंतिम रिसाव परीक्षण करें, पूरक चित्रा 6देखें।
    नोट: यदि छोटे लीक मौजूद हैं, तो उनकी मरम्मत की जा सकती है। ओवन में एक छोटे से स्पैटुला और 10 मिनट के साथ एक छोटे से इलास्टोमर का आवेदन रिसाव को ठीक करना चाहिए। अगर सब लीक फिक्स हो जाए तो ऐक्टिवर तैयार हो जाता है। अनुपूरक चित्रा 6 इस खंड में वर्णित प्रसंस्करण चरणों को दर्शाता है और अनुपूरक चित्रा 7 धारा 3-5 में वर्णित पूरी प्रक्रिया को दर्शाता है। धड़ के आधार और नीचे के हिस्से में शामिल होने के लिए, चरण 5.1 के अपवाद के साथ, एक ही चरण प्रदर्शन करें, जहां आप मोल्ड नहीं भरते हैं लेकिन सीधे नीचे के हिस्से को भरते हैं।

6. सभी अंगों का जुड़ना

  1. एक लकड़ी के बोर्ड पर पिन सुई के साथ शामिल होने वाले हिस्सों को ठीक करें ताकि उन्हें निम्नलिखित प्रक्रिया चरण में एक साथ आयोजित किया जा सके।
  2. पूरक चित्रा 8 एमें दिखाए गए इलास्टोमर के साथ जुड़ने वाली सतह को कवर करें । सुनिश्चित करें कि शामिल होने वाली सतह साफ और वसा से मुक्त है। अन्यथा, भागों इस बिंदु पर डेलामिनेट होगा।
  3. ओवन में 10-15 मिनट के लिए असेंबली (अनुपूरक चित्रा 8Bदेखें) रखो।

7. आपूर्ति ट्यूब इनलेट्स के बढ़ते

  1. 1 मिमी एलन कुंजी का उपयोग करके तितली कैनुला के सम्मिलन बिंदु को 1 मिमी एलन कुंजी का उपयोग करके आगे 5.2 कदम से चौड़ा करें।
  2. छेद पर 3 मिमी के अधिकतम बाहरी व्यास के साथ एक सिलिकॉन ट्यूब के अंत प्लेस और एलन कुंजी के साथ में प्रेस।
  3. एक छोटे से इलास्टोमर के साथ इनलेट सील। यह यांत्रिक तनाव से भी बचाता है।
  4. ओवन में 10 मिनट के लिए विधानसभा रखो।
    नोट: अनुपूरक चित्रा 9 इस अनुभाग में वर्णित प्रसंस्करण चरणों को दर्शाता है।

8. नियंत्रण बॉक्स का निर्माण

  1. अनुपूरक डेटा 1 "सीएडी/कंट्रोलबॉक्स/" से आवास के संबंधित *.dxf चित्र डाउनलोड करें और उन्हें लेजर कटर पर काट लें।
  2. पूरक चित्रा 10ए और अनुपूरक चित्रा 11 के अनुसार फ्रंट पैनल पर "यूजर इंटरफेस यूनिट" को इकट्ठा करें।
  3. अनुपूरक चित्रा 10B और अनुपूरक चित्रा 12 के अनुसार छह "वाल्व इकाइयों" कानिर्माण करें ।
  4. अनुपूरक चित्रा 10C, अनुपूरक चित्रा 13 और अनुपूरक चित्रा 14 के अनुसार नीचे पैनल पर छह "वाल्व इकाइयों" और "यूजर इंटरफेस यूनिट" को इकट्ठाकरें। दो साइड पैनल और बैक पैनल को इकट्ठा करें। पिछले, शीर्ष पैनल को इकट्ठा करें।
  5. पूरक फ़ाइल 1 के अनुसार नियंत्रण बॉक्स में एम्बेडेड दो एकल बोर्ड कंप्यूटरों को कॉन्फ़िगर करें और पूरक डेटा 2 में प्रदान किए गए पूर्ण फ़ोल्डर "कोड" (सभी सबफोल्डर्स सहित) को दोनों बोर्डों पर अपलोड करें।
  6. पूरक डेटा 2 में प्रदान की गई स्क्रिप्ट "कोड/arduino_p_ctr.ino" को नियंत्रण बॉक्स में एम्बेडेड छह माइक्रो-नियंत्रकों पर अपलोड करें ।

9. एम्बेडेड माप प्रणाली के साथ एक परीक्षण बेंच का निर्माण

  1. पूरक डेटा 1 "सीएडी/टेस्टबेंच/" से कैमरा धारक की इसी *.dxf ड्राइंग डाउनलोड करें और इसे लेजर कटर पर काट लें।
  2. अनुपूरक डेटा 1 "सीएडी/टेस्टबेंच" से क्लैंप की संबंधित *.stl फाइलें डाउनलोड करें और उन्हें 3डी-प्रिंटर पर प्रिंट करें।
  3. पूरक चित्रा 15 के अनुसार एक दीन-A1 पोस्टर पैनल पर क्लैंप के साथ कैमरा धारक को इकट्ठा करें और इच्छित स्थान पर कैमरा और एक एकल बोर्ड कंप्यूटर माउंट करें।
  4. अनुपूरक फाइल 1 के सेक्शन 4-5 के अनुसार ईथरनेट इंटरफेस और एकल-बोर्ड कंप्यूटर की एसएसएच सेटिंग्स को कॉन्फ़िगर करें और पूरा फ़ोल्डर "कोड"(पूरक डेटा 2)बोर्ड पर अपलोड करें।

10. पूरी प्रणाली की स्थापना

  1. एक स्थानीय नेटवर्क बनाएं और स्क्रिप्ट "कोड/main.py" से सभी एकल बोर्ड कंप्यूटर और निगरानी के लिए इस्तेमाल कंप्यूटर के लिए सही आईपी पता आवंटित-या तदनुसार स्क्रिप्ट फिर से लिखना ।
  2. अनुपूरक चित्रा 16में दिखाए गए धड़ के दोनों सिरों में पिन सुई डालें, ताकि रोबोट केवल पिन और उसके पैरों (सक्शन कप) के साथ चलने वाले विमान से संपर्क करे।
  3. एक दीन-A4 शीट पर अनुपूरक फ़ाइल 2 में प्रदान किए गए दृश्य मार्कर15 को प्रिंट करें और उन्हें कैंची का उपयोग करके काट दें।
  4. अनुपूरक चित्रा 17के अनुसार पिन सुइयों का उपयोग करके रोबोट को मार्कर संलग्न करें ।
  5. रोबोट को कंट्रोल बॉक्स से कनेक्ट करें।
    नोट: चित्रा 1 पूरे सिस्टम की तारों को दिखाता है।

11. नियंत्रण बॉक्स रनिंग

  1. नियंत्रण बॉक्स के मुख्य स्विच पर बिजली और जब तक सब कुछ हटा दिया गया है रुको ।
  2. एसएसएच का उपयोग करके मुख्य एकल-बोर्ड कंप्यूटर में लॉग इन करें, फ़ोल्डर "कोड" में ब्राउज़ करें, और कमांड द्वारा नियंत्रण बॉक्स शुरूकरें "root@beaglebone: ~ # पायथन3 main.py"। साथ ही, कमांड द्वारा व्यक्तिगत कंप्यूटर पर मॉनिटर शुरूकरें "user@pc:~ पायथन2 monitor.py"।
    नोट: दोनों कार्यक्रमों को एक ही समय में कम या ज्यादा शुरू करना चाहिए । नियंत्रण बॉक्स में एकल बोर्ड कंप्यूटर पर चल रहा कार्यक्रम "main.py" निगरानी के लिए उपयोग किए जाने वाले व्यक्तिगत कंप्यूटर से कनेक्ट करने की कोशिश करता है। यदि व्यक्तिगत कंप्यूटर पर कोई सुनने वाला पोर्ट नहीं है (स्क्रिप्ट "monitor.py" से ट्रिगर किया गया है), तो मॉनिटर शुरू नहीं होगा। "monitor.py" को छोड़कर, इस प्रोटोकॉल में उपयोग किए जाने वाले सभी कार्यक्रमों/लिपियों का उद्देश्य पायथन3 के साथ चलाना है।
  3. नियंत्रण बॉक्स (अधिकतम 1.2 बार) के लिए एक दबाव स्रोत कनेक्ट करें।
  4. नियंत्रण बॉक्स के लिए एक वैक्यूम स्रोत कनेक्ट करें।

12. रोबोट अंशांकन

  1. रोबोट को टेस्ट बेंच के वॉकिंग प्लेन पर रखें। खड़ी inclines के लिए, जगह में रोबोट पकड़ करने के लिए रोबोट के सामने और चलने वाले विमान के शीर्ष के बीच एक स्ट्रिंग देते हैं ।
  2. नियंत्रण बॉक्स पर, अनुपूरक चित्रा 18में दिखाए गए"मोड 2"बटन को आगे बढ़ाते हुए"पैटर्न संदर्भ"मोड को सक्रिय करें।
  3. ऊपर और नीचे बटन का उपयोग करके एलसीडी पर प्रदर्शित मेनू के माध्यम से स्क्रॉल करें जब तक आप प्रवेश "clb" पाते हैं। इसके बाद एंटर बटन पुश करें।
  4. अगले मेनू के माध्यम से प्रवेश "mode_4.csv" तक स्क्रॉल करें और"एंटर" बटन को पुश करें।
  5. मॉनिटर पर, अनुपूरक चित्रा 19में दिखाए गए'रिकॉर्ड'बटन दबाएं।
    नोट:"रिकॉर्ड"बटन दबाने से स्वचालित रूप से "कोड/एसआरसी/जीयूआई/सेव.पाइ: save_last_sample_as_csv ())) में निर्दिष्ट स्थान पर निगरानी कंप्यूटर पर एक *.csv फ़ाइल बना होगा, जो फ़ोल्डर "current_exp" (उदाहरण माप अनुपूरक डेटा 3में प्रदान किए गए हैं) ।
  6. कंट्रोल बॉक्स पर अंशांकन प्रक्रिया शुरू करने के लिए'फंक्शन 1'बटन दबाएं।
  7. अंशांकन के बाद, प्रेशर कंट्रोलर को रोकने के लिए रिकॉर्डिंग रोकने के लिए मॉनिटर पर'रिकॉर्ड'बटन दबाएं और कंट्रोल बॉक्स पर'फंक्शन 1'बटन दबाएं।
  8. स्वचालित रूप से बनाई गई "current_exp/*.csv" फ़ाइल का नाम बदलें ताकि बाद में उसकी विशिष्ट पहचान की जा सके।
  9. पूरक डेटा 4 में प्रदान की गई स्क्रिप्ट "अंशांकन/eval_clb.py" चलाएं और मौजूदा शब्दकोश के भीतर कीवर्ड "[रोबोट संस्करण]" के साथ प्रविष्टि के रूप में "कोड/एसआरसी/नियंत्रक/अंशांकन.py" फ़ाइल में आउटपुट (पॉलीनोमियल फिट के गुणांक) को स्टोर करें ।

13. एक चाल पैटर्न बनाना

  1. स्क्रिप्ट "कोड/पैटर्न/create_pattern.py" चलाएं और फ़ोल्डर "कोड/पैटर्न/[रोबोट संस्करण]/" में आउटपुटेड *.csv फ़ाइल (एस) स्टोर करें ।
    नोट: यह स्क्रिप्ट सीधे चाल8 के लिए पूर्वनिर्धारित चाल पैटर्न को परिवर्तित करती है (अनुपूरक चित्रा 20 ए या पूरक एनीमेशन 1देखें) कोण संदर्भों में रोबोट-विशिष्ट दबाव संदर्भों में तैयार किया गया है। खड़ी झुकाव के लिए एक चाल पैटर्न उत्पन्न करने के लिए, लाइन 222 को अनकमामेंट करके स्क्रिप्ट को संशोधित करें। यह अनुपूरक चित्रा 20बी या अनुपूरक एनीमेशन 2के अनुसार एक पैटर्न उत्पन्न करेगा । नियंत्रण बॉक्स द्वारा प्रदान किए गए पैटर्न संदर्भों के लिए इंटरफ़ेस में *.csv फाइलें होती हैं जहां प्रत्येक पंक्ति सभी एक्ट्यूएटर के लिए एक असतत सेट बिंदु को परिभाषित करती है। उसमें, पहले आठ कॉलम संदर्भ दबावों को परिभाषित करते हैं, अगले चार कॉलम प्रत्यक्ष अभिनय वाल्व के संदर्भों को परिभाषित करते हैं, और अंतिम कॉलम इस सेट बिंदु को आयोजित किए जाने के समय को परिभाषित करता है।
  2. पर्सनल कंप्यूटर के साथ कंट्रोल बॉक्स में सिंगल-बोर्ड कंप्यूटर को सिंक्रोनाइज़ करें, यानी, फोल्डर को बोर्ड पर "कोड/पैटर्न/*" अपलोड करें । इस उद्देश्य के लिए, कार्यक्रम "main.py" को बाधित करना होगा (Ctrl + C)।

14. चढ़ाई प्रयोग को अंजाम देना

  1. प्रत्येक झुकाव का परीक्षण करने के लिए चरण 11-13 करें।
  2. चलने वाले विमान पर चिह्नित बिंदु पर रोबोट रखें।
  3. चरण 12.2-12.4 में वर्णित पैटर्न संदर्भ का चयन करें, लेकिन पहले मेनू में वांछित "रोबोट संस्करण" ("सीएलबी" के बजाय) का चयन करें, और दूसरे मेनू में वर्तमान झुकाव ("mode_4.csv" के बजाय) के अनुसार पैटर्न संदर्भ।
  4. चरण 12.5 में वर्णित रिकॉर्डिंग शुरू करें।
  5. दबाव नियंत्रक को सक्रिय करने के लिए"फ़ंक्शन 1"बटन पुश करें।
  6. रोबोट को कम से कम 6 चक्रों के लिए चलने/चढ़ने दें।
  7. मॉनिटर पर"रिकॉर्ड"बटन को धक्का देकर रिकॉर्डिंग बंद करें (जैसे चरण 12.7 में)।
  8. सुनिश्चित करें कि रोबोट अगले चरण को निष्पादित करते समय नहीं गिरेगा।
  9. प्रेशर कंट्रोलर को फिर से'फंक्शन 1'बटन को धक्का देकर रोकें। इससे वैक्यूम सप्लाई भी बंद हो जाएगी और नतीजतन रोबोट गिर जाएगा।
  10. दर्ज *.csv फ़ाइल को फ़ोल्डर में ले जाएं "ExpEvaluation/[रोबोट संस्करण]/[पैटर्न प्रकार]/[झुकाव]/"
    नोट: अगले चरण के लिए ठोस आधार रखने के लिए प्रत्येक रन को कम से कम पांच बार दोहराएं।

15. प्रयोग का मूल्यांकन

  1. सभी माप डेटा पर स्वचालित रूप से मतलब करने के लिए अनुपूरक डेटा 5 में प्रदान की गई स्क्रिप्ट "ExpEvaluation/eval_vS11_adj_ptrn.py" चलाएं ।
    नोट: यह स्क्रिप्ट सभी पैरों के ट्रैक, समय के साथ लागू दबाव, समय के साथ सभी अंगों के मापा झुकने कोण, समय के साथ रोबोट के वेग, समय के साथ रोबोट के अभिविन्यास, झुकाव पर मतलब वेग (cf. चित्रा 2A),और झुकाव पर इस्तेमाल ऊर्जा का एक सन्निकटन (cf. चित्रा 2B)।

Representative Results

प्रस्तुत प्रोटोकॉल तीन चीजों में परिणाम: एक नरम चढ़ाई रोबोट, एक सार्वभौमिक रूप से लागू नियंत्रण बॉक्स, और रोबोट की सीधी गति के लिए एक नियंत्रण रणनीति है कि चढ़ाई करने की क्षमता बढ़ जाती है और एक ही समय में अपनी खपत ऊर्जा कम हो जाती है । धारा 8 में वर्णित नियंत्रण बॉक्स छह चैनलों (आठ से विस्तारयोग्य) और इसके अतिरिक्त चार चैनलों पर वैक्यूम की आपूर्ति (आवश्यकतानुसार विस्तारयोग्य) पर किसी भी वांछित दबाव स्तर की निरंतर आपूर्ति को सक्षम बनाता है। "यूजर इंटरफेस यूनिट" उपयोगकर्ता को रनटाइम पर नियंत्रण बॉक्स को आसानी से संचालित करने में सक्षम बनाता है और मॉनिटर के लिए इंटरफ़ेस मापा डेटा को सीधे देखे जाने और सीएसवी-फ़ाइल के रूप में सहेजने की अनुमति देता है। कंट्रोल बॉक्स का पैटर्न-रेफरेंस मोड यूजर को लूप प्रीडिफिन्ड पैटर्न के लिए सहज इंटरफेस प्रदान करता है। यह रोबोट का चाल पैटर्न हो सकता है, जैसा कि इस प्रोटोकॉल में है, या इसका उपयोग एक्ट्यूएटर थकान परीक्षण, या किसी अन्य एप्लिकेशन के लिए किया जा सकता है जिसके लिए चक्रीय लोडिंग की आवश्यकता होती है। चित्रा 1 नियंत्रण बॉक्स और माप प्रणाली में इकट्ठे हुए सभी हार्डवेयर घटकों को दर्शाया गया है और वे कैसे जुड़े हुए हैं।

रोबोट की सीधी गति के लिए चाल पैटर्न कोणीय संदर्भ8में तैयार किया गया है। रोबोट को संचालित करने के लिए, उन कोणीय संदर्भों को दबाव संदर्भों में परिवर्तित किया जाना चाहिए। इस प्रोटोकॉल में उपयोग की जाने वाली नियंत्रण रणनीति पूर्व कोण-दबाव अंशांकन पर आधारित है। अंशांकन की प्रत्येक विधि के परिणामस्वरूप एक अलग अल्फा-प्रेशर वक्र होता है। इसलिए, जहां तक संभव हो, कैलिब्रेशन प्रक्रिया को वास्तविक परिचालन स्थितियों में ढालना आवश्यक है। चलने वाले विमान के झुकाव कोण को बदलते समय, ऑपरेटिंग स्थितियां भी बदल जाती हैं। इसलिए, प्रत्येक झुकाव के लिए कोण-दबाव वक्र को फिर से कैलिब्रेट किया जाना चाहिए। चित्रा 2A एक अपरिवर्तित अंशांकन और एक फिर से अंशांकित कोण दबाव वक्र के साथ विभिन्न inclines के लिए रोबोट के वेग से पता चलता है । प्रयोग स्पष्ट रूप से पुनः अंशांकन की प्रभावशीलता को दर्शाता है। पुनः अंशांकित रोबोट न केवल तेजी से है, यह भी तेजी से inclines (76 डिग्री के बजाय 84 °) पर चढ़ने में सक्षम है, जबकि कम ऊर्जा9 खपत के रूप में चित्रा 2Bमें चित्रित किया गया है । चित्रा 3में, रोबोट की गति की तस्वीरों की एक श्रृंखला 48 डिग्री के झुकाव के लिए दिखाई गई है। आंकड़ा स्पष्ट रूप से दिखाता है कि चित्रा 3B में दिखाए गए पुनः अंशांकन के साथ चढ़ाई प्रदर्शन चित्रा 3 ए में दिखाए गए अपरिवर्तित अंशांकन की तुलना में बहुत बेहतर है क्योंकि एक ही समय अंतराल के भीतर स्थिति में बदलाव लगभग दो गुना बड़ा है। यह रोबोट अन्य नरम रोबोटों की तुलना में बहुत तेजी से आगे बढ़ सकता है। किन एट अल7 विभिन्न नरम रोबोटों के आगे के वेग को संक्षेप में प्रस्तुत करता है। पेलोड के बिना और क्षैतिज विमान में, इस प्रोटोकॉल में वर्णित रोबोट रेफरी7में सबसे तेज रोबोट की तुलना में शरीर की लंबाई के संबंध में पांच गुना तेज है।

Figure 1
चित्रा 1: हार्डवेयर घटकों का आरेख नियंत्रण बॉक्स में इकट्ठे हुए। उसमें Equation 1 आई-वेंचैनल के लिए दबाव संदर्भ को दर्शाता है, यूआई-वें आनुपातिक वाल्व का नियंत्रण संकेत, i Equation 2 कोणीय संदर्भ युक्त वेक्टर, कोण माप युक्त वेक्टर, स्थिति माप युक्त वेक्टर, और प्रत्यक्ष अभिनय वाले सोलेनॉइड वाल्व के लिए नियंत्रण संकेतों वाले वेक्टर ƒ, यानी, पैरों के निर्धारण राज्य। α यूआई "यूजर इंटरफेस यूनिट" के लिए कम है, बीबीबी बीगलबोन ब्लैक के लिए एक संक्षिप्त नाम है, यानी, नियंत्रण बॉक्स में उपयोग किया जाने वाला एकल बोर्ड कंप्यूटर, और आरपीआई Raspberry Pi के लिए कम है, यानी, माप प्रणाली में उपयोग किया जाने वाला एकल बोर्ड कंप्यूटर। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: चढ़ाई प्रदर्शन का मूल्यांकन। धराशायी घटता फिर से अंशांकित दबाव संदर्भों के लिए निरंतर और ठोस घटता के लिए मूल्यों को दिखाते हैं । (क)विभिन्न झुकाव कोणों के लिए रोबोट का आगे का वेग। (ख)विभिन्न झुकाव कोणों के लिए ऊर्जा की खपत। यह आंकड़ा रेफरी9से अनुकूलित है । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्रा 3: 48 ° के झुकाव पर रोबोट की गति की तस्वीरों की श्रृंखला। प्रत्येक फोटो के बीच बीता समय 1.2 एस(ए)निरंतर दबाव संदर्भों के लिए प्रस्ताव और(ख)रीकैलिब्रेटेड दबाव संदर्भों के लिए प्रस्ताव है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक चित्र 1: इलास्टोमर की तैयारी। इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक चित्रा 2: कास्टिंग से पहले और बाद में निकासी के दौरान हवा बुलबुला गठन की तुलना। (क)इलास्टोमर की निकासी केवल कास्टिंग से पहले की जाती है । फंसे हुए हवा के बुलबुले जगह में रहते हैं, लेकिन वे धक्कों के क्षेत्र में अधिक होते हैं, जो एक्ट्यूएटर की कार्यक्षमता को बहुत प्रभावित नहीं करते हैं। (ख)निकासी से पहले और कास्टिंग के बाद किया जाता है । फंस हवा बुलबुले वृद्धि लेकिन अकड़ के ऊपरी हिस्से पर फिर से अटक जाते हैं और एक्ट्यूएटर में छेद बनाते हैं जो कार्यक्षमता को प्रभावित कर सकता है। इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक चित्रा 3: सफल और असफल ठीक कास्टिंग के उदाहरण। ऊपरी पंक्ति सफल उदाहरण और निचली पंक्ति असफल उदाहरण दिखाती है। यदि दोष स्पष्ट रूप से पहचानने योग्य नहीं है, तो इसे हरे रंग के वृत्त के साथ चिह्नित किया जाता है। इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक चित्रा 4: आधार भाग का निर्माण। इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक चित्रा 5: नीचे के हिस्से के निर्माण के लिए योजना। एक ट्यूब (जिसे बाद में सक्शन कप के लिए आपूर्ति ट्यूब के रूप में उपयोग किया जाता है) कास्टिंग से पहले मोल्ड में क्लैंप किया जाता है। फिर, मोल्ड तरल इलास्टोमर से भर जाता है। इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक चित्रा 6: आधार और नीचे के हिस्से में शामिल होना। इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक चित्र 7: नरम झुकने वाले एक्ट्यूएटर की लेमिनेशन कास्टिंग। तरल इलास्टोमर को लाल रंग में दर्शाया जाता है, हल्के लाल रंग में ठीक इलास्टोमर, और तनाव-सीमित परत के साथ-साथ काले रंग में मोल्ड। (क)मिश्रित इलास्टोमर को दो अलग-अलग सांचों में डाला जाता है - एक आधार भाग के लिए और एक नीचे के हिस्से के लिए। जिससे नीचे का हिस्सा केवल आधा भरा हुआ है। एक तनाव-सीमित परत (आपूर्ति ट्यूब) को फिर नीचे के हिस्से मोल्ड में डाला जाता है। (ख)पार्ट्स ठीक हो जाते हैं और बेस पार्ट को डिमोल्ड किया जाता है । (ग)नीचे का हिस्सा मोल्ड तरल इलास्टोमर के साथ शीर्ष पर भरा जाता है। (घ)बेस पार्ट इस सांचे में डूबा हुआ है । (ई)दोनों भाग एक साथ ठीक हो जाते हैं। (च)ऐक्टिवेटर को डिमोल्ड किया जाता है। यह आंकड़ा रेफरी13पर आधारित है । इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक चित्रा 8: सभी अंगों का जुड़ना। (क)द्रव इलास्टोमर के साथ शामिल होने वाली सतहों को कवर करना । (ख)पूरी विधानसभा का दृश्य प्रदान किया गया । इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक चित्रा 9: आपूर्ति ट्यूब इनलेट्स बढ़ते। इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक चित्रा 10: नियंत्रण बॉक्स की तस्वीरें। (A)यूजर को रोबोट के साथ बातचीत करने में सक्षम बनाने के लिए यूजर इंटरफेस यूनिट का फ्रंट व्यू । (ख)वाल्व यूनिट का विस्तार दृश्य । (ग)पूरे कंट्रोल बॉक्स का टॉप व्यू । इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक चित्रा 11: यूजर इंटरफेस यूनिट का सर्किट आरेख। इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक चित्रा 12: वाल्व इकाई के सर्किट आरेख। इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक चित्रा 13: पूरे नियंत्रण बॉक्स का सरलीकृत सर्किट आरेख। इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक चित्रा 14: नियंत्रण बॉक्स में एम्बेडेड एकल बोर्ड कंप्यूटरों के प्रयुक्त पिनों का आरेख। (A)यूजर कम्युनिकेशन के लिए जरूरी बोर्ड के इस्तेमाल किए गए पिन। (ख)रोबोट नियंत्रण के लिए आवश्यक बोर्ड के इस्तेमाल किए गए पिन। इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक चित्रा 15: स्थापित माप प्रणाली के साथ चलने वाले विमान का दृश्य प्रदान किया गया। इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक चित्रा 16: उठाने के प्रभाव का दृश्य। 6 मिमी सिर के साथ पिन सुई धड़ के दोनों सिरों में डाला जाता है। यह चलने के दौरान घर्षण को कम करता है और सक्शन कप को चलने वाले विमान के साथ पूर्ण संपर्क का कारण बनता है। इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक चित्रा 17: दृश्य मार्कर की विधानसभा। पिन सुइयों का उपयोग करके रोबोट पर मार्कर लगाए जाते हैं। मार्कर 0 सामने बाएं पैर पर घुड़सवार है, धड़ के सामने पर मार्कर 1, सामने दाहिने पैर पर मार्कर 2, पीछे बाएं पैर पर मार्कर 3, धड़ की पीठ पर मार्कर 4, और मार्कर 5 पीछे दाहिने पैर पर । मार्कर 4 की असेंबली के लिए, तीन पिन सुइयों का उपयोग किया जाता है यह आंकड़ा रेफरी से अनुकूलित कियाजाताहै। इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक चित्रा 18: नियंत्रण बॉक्स के बटन की कथा। इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक चित्रा 19: ग्राफिकल यूजर इंटरफेस के बटन की कथा। इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक चित्रा 20: रोबोट के सीधे आंदोलन के लिए चाल पैटर्न। फिक्स्ड फीट भरे हुए हलकों और बिना भरे हुए हलकों द्वारा बिना तय पैरों द्वारा इंगित किए जाते हैं। (A)कम और मध्यम झुकाव कोणों के लिए चाल पैटर्न (< 70° । (ख)उच्च झुकाव के लिए चाल पैटर्न (> 70° ) । वैक्यूम लाल और काले भरे पैरों पर लागू होता है। काले भरे पैर जमीन पर तय होते हैं, जबकि लाल पैर जरूरी नहीं होते। निर्धारण को सुरक्षित करने के लिए, तय किए जाने वाले पैर को एक बार आगे-पीछे स्विंग कराया जाता है। यह आंकड़ा रेफरी9से अनुकूलित है । इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक चित्रा 21: नरम चढ़ाई रोबोट के गाया विस्फोट दृश्य। Dovetails पैरों पर स्थित है और धड़ के सिरों पर इसी कुंजीवे । यह शामिल होने की प्रक्रिया को और अधिक सटीक बनाता है। यह आंकड़ा रेफरी9से अनुकूलित है । इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक चित्रा 22: दबाव-कोण वक्र के निर्धारण के लिए विभिन्न अंशांकन प्रक्रियाएं। प्रत्येक उप-विन्यास गुणात्मक दबाव पाठ्यक्रम और संबंधित रोबोट मुद्रा के स्नैपशॉट दिखाता है। (क)प्रत्येक ऐक्टिवेटर को लगातार 0 बार से 1 बार तक शुरू किया जाता है, जबकि अन्य सभी दबावहीन रहते हैं । (ख)एक दबाव पठार 3 एस के लिए एक एकल एक्ट्यूएटर के लिए लागू किया जाता है; फिर, यह पूरी तरह से 2 एस के लिए हवा निकाल दिया जाता है। अगले दौर में, दबाव पठार का स्तर वेतन वृद्धि से बढ़ जाता है जब तक पठार 1 बार तक पहुंच जाता है। यह प्रत्येक ऐक्टिवेटर के लिए व्यक्तिगत रूप से किया जाता है। (ग)मोड 2 के समान प्रक्रिया, लेकिन यहां, एक ही पठार को एक ही समय में क्रमशः एक्ट्यूएटर (1,2,5) पर लागू किया जाता है। (घ)मोड 3 के रूप में एक ही प्रक्रिया है, लेकिन एक्ट्यूएटर (0,3) के लिए पठार 0 बार (पहले की तरह) से शुरू हो रहे हैं और 1.2 बार (1 बार के बजाय) पर समाप्त हो रहे हैं। मूल रूप से, एक्ट्यूएटर (0,3) के लिए वेतन वृद्धि थोड़ी बढ़ जाती है, जबकि अन्य एक्ट्यूएटर के लिए वेतन वृद्धि समान रहती है। इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक चित्रा 23: विभिन्न अंशांकन प्रक्रियाओं के लिए कोण-दबाव घटता है। इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक एनीमेशन 1: रोबोट की सीधी चाल का एनीमेशन। इस फाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

अनुपूरक एनीमेशन 2: रोबोट की चढ़ाई चाल का एनीमेशन। इस फाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

अनुपूरक फाइल 1: एकल बोर्ड कंप्यूटरों को विन्यास करने के निर्देश। इस फाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

अनुपूरक फाइल 2: दृश्य मार्कर के लिए प्रिंट टेम्पलेट। इस फाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

अनुपूरक डेटा 1: सीएडी फाइलें। इस ज़िप-कंप्रेस्ड फ़ोल्डर में मोल्डों को प्रिंट करने के लिए *.stl-फ़ाइलें, नियंत्रण बॉक्स के आवास को काटने के लिए लेजर के लिए *.dxf-फ़ाइलें, माप प्रणाली के लिए उपयोग किए जाने वाले क्लैंप को प्रिंट करने के लिए *.stl-फ़ाइलें, और माप प्रणाली के फ्रेम को काटने वाले लेजर के लिए *.dxf-फ़ाइल शामिल हैं। इस फाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

अनुपूरक डेटा 2: एकल बोर्ड कंप्यूटरों पर चलने के लिए कोड। इस ज़िप-संकुचित फ़ोल्डर में "यूजर इंटरफेस यूनिट" के लिए उपयोग किए जाने वाले बोर्ड पर चलने वाले कार्यक्रम और उनके स्रोत शामिल हैं, रोबोट नियंत्रण के लिए उपयोग किया जाने वाला बोर्ड, और छवि प्रसंस्करण के लिए उपयोग किया जाने वाला बोर्ड। तीनों बोर्डों पर पूरा फोल्डर अपलोड करें। इस फाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

अनुपूरक डेटा 3: अनुकरणीय माप डेटा। इस ज़िप-संकुचित फ़ोल्डर में अंशांकन प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न दो *.csv फाइलें होती हैं। इस फाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

अनुपूरक डेटा 4: अंशांकन स्क्रिप्ट। इस ज़िप-संकुचित फ़ोल्डर में अंशांकन प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न माप डेटा का मूल्यांकन करने के लिए अजगर स्क्रिप्ट और इसके स्रोत शामिल हैं। इस फाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

अनुपूरक डेटा 5: मूल्यांकन स्क्रिप्ट। इस ज़िप-संकुचित फ़ोल्डर में चढ़ाई प्रयोग के दौरान उत्पन्न माप डेटा का मूल्यांकन करने के लिए दो अजगर स्क्रिप्ट और उनके स्रोत शामिल हैं। इसके अलावा, इसमें चित्र 2की पीढ़ी के लिए उपयोग किए जाने वाले सभी माप डेटा शामिल हैं। इस फाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

Discussion

प्रस्तुत प्रोटोकॉल में विनिर्माण, नियंत्रण, अंशांकन और प्रदर्शन मूल्यांकन सहित रेफरी 9 सेचढ़ाईनरम रोबोट से संबंधित कई अलग-अलग पहलू शामिल हैं। निम्नलिखित में, प्रोटोकॉल के परिणामस्वरूप पेशेवरों और विपक्षों पर चर्चा की जाती है और ऊपर उल्लिखित पहलुओं के अनुसार संरचित किया जाता है।

प्रस्तुत विनिर्माण विधि मौजूदा साहित्य10,13पर दृढ़ता से आधारित है । काफी अंतर ऐक्टिवेटर के डिजाइन में है। व्यक्तिगत अंगों में शामिल होने के लिए, डोवटेल गाइड उचित बिंदुओं पर डाले जाते हैं, जैसा कि अनुपूरक चित्रा 21में दिखाया गया है। इसके परिणामस्वरूप रोबोट 8 के पिछले डिजाइन की तुलना में अंगों के बीच बहुत अधिक सटीक और मजबूत संबंधहोताहै । इसके अलावा, आपूर्ति ट्यूब एक्ट्यूएटर के नीचे के हिस्से में एम्बेडेड हैं। यह एकीकृत डिजाइन सक्शन कप को वैक्यूम के साथ आपूर्ति करने की अनुमति देता है और साथ ही नीचे की परत को अब स्ट्रेचेबल नहीं बनाता है, जो एक्ट्यूएटर के प्रदर्शन को काफी बढ़ाता है। साहित्य में वर्णित प्रक्रिया में एक और अंतर यह है कि मिश्रित इलास्टोमर को केवल एक बार (मिश्रण के तुरंत बाद) खाली कर दिया जाता है। कई स्रोत इलास्टोमर को दो बार खाली करने की सलाह देते हैं: एक बार मिश्रण के बाद और एक बार के बाद इसे मोल्ड में भरा गया है। ऐसा हो सकता है कि हवा बहुत छोटी जगहों पर फंसी रहती है। वैक्यूम कक्ष में, यह हवा फैलती है और सबसे अच्छे मामले में सतह पर बढ़ जाती है। अक्सर पर्याप्त, हालांकि, ये हवा के बुलबुले अपने रास्ते पर फंस जाते हैं, जिससे समाप्त कास्टिंग में अप्रिय छेद बन जाते हैं। यहां, एक निर्णय लिया जाना चाहिए कि क्या अधिक महत्वपूर्ण है: आधार भाग के नीचे की ओर सही आकृति या गैर-कार्यात्मक एक्ट्यूएटर (cf. अनुपूरक चित्रा 2)के उत्पादन के जितना संभव हो उतना कम जोखिम। इस प्रोटोकॉल में, कोई दूसरा निकासी नहीं की जाती है। प्रस्तुत प्रक्रिया में, नीचे के हिस्से की ऊंचाई भिन्न हो सकती है क्योंकि यह मैन्युअल रूप से भरा जाता है, और, आधार भाग के विपरीत, इलाज के बाद इसे एक समान ऊंचाई तक काटने की कोई संभावना नहीं है। यह सुनिश्चित करने के लिए कि नीचे के हिस्से की ऊंचाई यथासंभव समान है, नीचे के हिस्से के मोल्ड को भरते समय और डाले गए वॉल्यूम को मापने के लिए सिरिंज का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है। हालांकि, मिश्रण के बाद से कितना समय बीत चुका है, इसके आधार पर इलास्टोमर के प्रवाह गुण काफी बदल जाते हैं। इसलिए, हमेशा ताजा मिश्रित इलास्टोमर का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है। आधार और एक्ट्यूएटर के नीचे के हिस्से में शामिल होने से सबसे बड़ी प्रक्रिया अनिश्चितता शामिल है। यदि इलास्टोमर स्नान बहुत अधिक है, तो कक्षों के बीच एयर चैनल सबसे अधिक संभावना के रूप में अच्छी तरह से कवर किया जाएगा । इसके बाद ऐक्टर अब इसमें इस् तेम नहीं रह गया है। यदि इलास्टोमर स्नान बहुत कम है, तो सीलिंग होंठ अपनी पूरी परिधि में कवर नहीं किया जा सकता है और एक्ट्यूएटर लीक हो जाएगा। इसलिए, इलास्टोमर स्नान को सही ढंग से खुराक देने के लिए अभ्यास की एक निश्चित मात्रा लेता है। सामान्य रूप से शामिल होने के लिए महत्वपूर्ण एक वसा मुक्त शामिल होने की सतह है। यदि शामिल होने वाली सतह बहुत दूषित है, तो तैयार एक्ट्यूएटर डेलामिनेट हो सकता है। इसलिए, यह सुनिश्चित करना आवश्यक है कि भागों को केवल उन सतहों पर छुआ जाए जिन्हें शामिल नहीं किया जाना है। विनिर्माण विधि की एक प्रमुख सीमा को साकार करने के लिए टुकड़ों की संख्या है। एक एकल एक्ट्यूएटर के उत्पादन में कुल कम से कम दो घंटे लगते हैं। यद्यपि समानांतर में कई मोल्डों के साथ काम करना संभव है, लेकिन समय की कमी के कारण चार से अधिक अनुशंसित नहीं है। इलास्टोमर का पॉट लाइफ भी कम होता है, जिससे वह और भी सांचे भर पाते हैं। इसके अलावा, 3डी-मुद्रित मोल्ड केवल सीमित संख्या में उत्पादन चक्र (लगभग 10-20) का सामना करते हैं, इससे पहले कि वे बहुत विकृत या टूट जाएं। एक और सीमा प्रक्रिया अनिश्चितताओं पहले से ही चर्चा की है । चूंकि लगभग सभी प्रक्रिया चरण मैन्युअल रूप से किए जाते हैं, इसलिए प्रत्येक एक्ट्यूएटर थोड़ा अलग होता है। यह दो रोबोटों को जन्म दे सकता है जो निर्माण में समान हैं लेकिन दो बहुत अलग व्यवहार दिखाते हैं।

कंट्रोल बॉक्स के साथ रोबोट को कंट्रोल करने के लिए एक मेथड दिया जाता है। फिर भी, प्रत्येक वायवीय प्रणाली के लिए, स्क्रिप्ट के नियंत्रण लाभ "कोड/arduino_p_ctr.ino" व्यक्तिगत रूप से निर्धारित किया जाना चाहिए । यह प्रोटोकॉल में शामिल नहीं है। हालांकि, नियंत्रण बॉक्स का "दबाव संदर्भ मोड" रोबोट की एक चंचल हैंडलिंग की अनुमति देता है, ताकि कई स्क्रिप्ट लिखने के बिना नियंत्रक ट्यूनिंग बनाई जा सके। नियंत्रण बॉक्स की एक और सीमा इसकी लागत है क्योंकि सामग्री की लागत कुल मिलाकर लगभग 7000 अमेरिकी डॉलर है। साहित्य11 एक नियंत्रण बॉक्स के लिए एक इमारत अनुदेश प्रदान करता है जिसकी लागत केवल लगभग 900 अमेरिकी डॉलर है और कुछ उन्नयन के साथ रोबोट को संचालित करने के लिए भी उपयोग किया जा सकता है।

व्यक्तिगत एक्ट्यूएटर के अंशांकन के लिए महत्वपूर्ण अंशांकन प्रक्रिया का विकल्प है। अनुपूरक चित्रा 22 चार विभिन्न प्रक्रियाओं के लिए समय के साथ दबाव संदर्भों के गुणात्मक पाठ्यक्रम को दर्शाता है और अनुपूरक चित्रा 23 परिणामस्वरूप कोण दबाव घटता दिखाता है । जैसा कि उत्तरार्द्ध में देखा जा सकता है, अंशांकन की प्रत्येक विधि का परिणाम एक अलग कोण-दबाव वक्र में होता है। इससे पता चलता है कि प्रेशर और एंगल के बीच का रिश्ता ऐक्टिवेटर पर एक्टिंग लोड पर बेहद निर्भर है। इसलिए, अंशांकन प्रक्रिया को यथासंभव सर्वोत्तम रूप से वास्तविक लोड मामले को प्रतिबिंबित करना चाहिए। नतीजतन, जहां तक संभव हो, कैलिब्रेशन प्रक्रिया को वास्तविक परिचालन स्थितियों में ढालना आवश्यक है। सबसे अच्छा चलने प्रदर्शन अंशांकन प्रक्रिया 4 के साथ प्राप्त किया जाता है। हालांकि, जैसा कि चित्र 3 बीमें देखा जा सकता है, श्रृंखला में बाद में बन गया है पूरी तरह से सममित नहीं हैं, जो अंशांकन में सुधार की क्षमता के लिए एक संकेतक है।

मापने प्रणाली के लिए महत्वपूर्ण धारा 10 में दृश्य मार्कर15 की विधानसभा है । चूंकि उन्हें सीधे वांछित बिंदुओं पर नहीं रखा जा सकता है (क्योंकि ट्यूब हस्तक्षेप करते हैं), मापा गया बिंदुओं को कृत्रिम रूप से स्थानांतरित किया जाना चाहिए। इस ऑफसेट वेक्टर (कैमरे के पिक्सेल निर्देशांक में) का निर्धारण करते समय विशेष सावधानी बरती जानी चाहिए; अन्यथा, पूरे माप में महत्वपूर्ण व्यवस्थित त्रुटियां होंगी। यह भी सुनिश्चित किया जाना चाहिए कि टैग समय के साथ विस्थापित न हों । यदि ऐसा होता है, उदाहरण के लिए, रोबोट के पतन के कारण, इसी टैग को सटीक उसी स्थान पर फिर से उतारा जाना चाहिए। किसी भी मामले में, यह नियमित रूप से जांच की जानी चाहिए कि मापने प्रणाली अभी भी विश्वसनीय उत्पादन का उत्पादन ।

प्रयोग में सीमन फैक्टर पैरों का निर्धारण है। आदेश में भी खड़ी झुकाव चढ़ाई करने में सक्षम होने के लिए, निर्धारण तंत्र पर पुनर्विचार किया जाना चाहिए । वर्तमान में, रोबोट सक्रिय रूप से चलने वाले विमान के खिलाफ अपने पैरों को पुश करने में सक्षम नहीं है, और उच्च झुकाव के लिए, गुरुत्वाकर्षण के कारण सामान्य बल विश्वसनीय सक्शन सुनिश्चित करने के लिए चलने वाले विमान के लिए काफी करीब सक्शन कप लाने के लिए बहुत छोटा है।

प्रस्तुत विनिर्माण विधि किसी भी तरल इलास्टोमर एक्ट्यूएटर को स्थानांतरित किया जा सकता है और इसलिए, भविष्य के अनुप्रयोगों के लिए दिलचस्प हो सकता है। प्रस्तुत नियंत्रण बॉक्स रोबोटिक प्लेटफार्मों सहित छह व्यक्तिगत एक्ट्यूएटर (आठ तक विस्तारयोग्य) से मिलकर किसी भी वायवीय प्रणाली के नियंत्रण को सक्षम बनाता है क्योंकि उन्हें तेजी से संवेदी प्रतिक्रिया की आवश्यकता होती है। इसलिए, इसे भविष्य के रोबोटों के परीक्षण और नियंत्रण के लिए एक सार्वभौमिक मंच के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। अंत में, प्रस्तुत अंशांकन विधि, सिद्धांत रूप में, किसी भी फ़ीड-फॉरवर्ड नियंत्रित वायवीय प्रणाली के लिए हो सकती है। संक्षेप में, सभी प्रस्तुत तरीकों पर चर्चा की गुंजाइश के भीतर सार्वभौमिक हैं ।

Disclosures

लेखकों की घोषणा है कि वे कोई प्रतिस्पर्धी वित्तीय हितों की है ।

Acknowledgments

लेखकों को उपयोगी चर्चाओं और प्रेरणा के लिए Fynn Knudsen, अरविंदा भारती, और याकूब Muchynski शुक्रिया अदा करना पसंद है ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

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References

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इंजीनियरिंग अंक 160 मोबाइल सॉफ्ट रोबोट फास्ट नीनेट्स छिपकली से प्रेरित रोबोट क्लाइम्बिंग रोबोट सॉफ्ट रोबोटिक्स सॉफ्ट रोबोट एप्लीकेशन नेचुरल मशीन मोशन
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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).

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