Robot Mecanismo (Theo Jansen)

Proyecto Final

Paul Gómez - Frei cortes-Erick Vargas-JuanTiusaba

Resumen:

El Mecanismo de Theo Jansen está ganando gran popularidad, se extendió entre la robótica en investigación de patas debido a su diseño escalable, la eficiencia energética, la baja carga útil y la relación de carga entre máquina, locomoción bio - inspirada, trayectoria del pie entre otros. En este trabajo, presentamos un análisis dinámico de un método de proyección usando un mecanismo de 6 patas de enlace .Esta investigación establece una base teórica para la futura investigación sobre el mecanismo Theo Jansen.

Objetivo:

Objetivo General:

Diseñar e implementar un robot cuadrúpedo, incorporando el mecanismo descrito,aprobando el fin del curso actual.

Especifico:

Indagar sobre el funcionamiento y los principales componentes incorporados en el proyecto, y su respectivo mecanismo.

Palabras claves

Mecanismo, Theo Jansen, Análisis dinámico.

Introducción:

Los actuales diseños de robots con patas suelen estar realizados de acuerdo a esquemas biomiméticos. Estas similitudes los hacen más cercanos y por tanto más apropiados en su aspecto de robots de servicio. Tradicionalmente, se ha copiado los movimientos humanos incorporando la trayectoria de cada articulación y ejecutándola en tiempo real durante la operación del robot humanoide. De acuerdo con esta idea, el diseño de la estructura mecánica se ha llevado a cabo copiando la posición y tipo de las principales articulaciones, e incluyendo actuadores que mimeticen los movimientos humanos. La potencia de cada músculo involucrado determina la potencia del actuador correspondiente. En este caso usando el mecanismo de Theo Jansen.

Solución del problema

El proyecto tiene como objetivo describir el proceso de diseño y construcción de una máquina de 6 patas y su adecuada locomoción en terreno variable para caminar, de manera que sea exitoso el proyecto final del actual curso.

Limitaciones:

  1. No puede cargar mucho peso, debido a la poca potencia de los servomotores.
  2. El límite de velocidad, es un factor importante debido a su lentitud.
  3. Puede moverse por caminos disparejos pero con una gran posibilidad de detenerse y no responder.

Marco Teórico

Se ha procedido a diseñar las piezas en la vista tridimensional, conforme nosotros hemos entendido el funcionamiento del sistema, principalmente de las patas y articulaciones que posee y considerando las medidas que en la siguiente figura se muestra. Primero se tomaron las proporciones de las distancias entre cada una de las articulaciones con la ayuda de una imagen captada de uno de los videos de internet en donde se aprecia el principio del movimiento de Theo Jansen, estas distancias fueron medidas manualmente. El punto giratorio es distinto para cada par de patas en ambos lados, ambos puntos están desfasados un ángulo de 120°.
Se ampliaron las medidas de la pieza para obtener un tamaño adecuado pero guardando la misma proporción, optando por un tamaño apropiado para un fácil armado de las articulaciones y pegado de las pestañas dobladas en cada pieza.
En esta figura, hemos considerado las distancias de la figura anterior, pero de centro a centro de las piezas binarias y ternarias. Además se decidió que el punto A se ubicaría en la circunferencia de la región circular con centro O.

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(Imagen mostrando el bosquejo del mecanismo.)

Esta figura es una de las articulaciones es el segmento AB o AE de la figura anterior.
Cabe mencionar que no se muestran todas las piezas de las extremidades dado que todas son similares, es decir, se hizo el desarrollo de las articulaciones, el hombro, la pata y la palanca que va unidad a la región circular que va al centro del mecanismo.
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(Diagrama de estados explicando el movimiento esencial)

Procedimiento

1. Se examinaron y se determinaron las proporciones en un plano bidimensional
2. Se procedió a dar las tolerancias de cruce o intersección entre las partes de las piezas, debido a que las proporciones tomadas en el punto anterior fueron de centro a centro.
3. Se analizó la forma de las piezas de las extremidades principalmente: pata, hombro, articulaciones y palancas.
4. Finalmente ya ensamblado el mecanismo, los servomotores cumplen su tarea en mover los miembros correspondientes, previamente programados y controlados con el software atmel studio.

Diseño

La simulación, y su ensamble de piezas creadas fue en Autodesk 123D y luego probado en Autodesk Inventor's dynamic simulation program

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(Pieza mayor de unión, pata cuello)
El mecanismo tiene un par de extremidades, cada uno con una longitud diferente, pero el procedimiento es muy similar. En primer lugar usted quiere hacer que los dos puntos de giro, de la que la extremidad se adjunta con el resto del mecanismo. Lo que quiero hacer es conectar los dos puntos de giro con un arco de cuyo radio es suficiente para mantener la carga y no interrumpir el movimiento de las otras partes.

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(Pieza menor de relación, entre cuello y tornillos)
Después de girar la extremidad, es necesario cortar, en ambas direcciones, el exceso de material que impedirá a los dos puntos de giro

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(Disco de eje central, como soporte de las previas piezas)
Los discos son los que permiten el movimiento de las piernas, y cada punto del eje, como se muestra en el dibujo), tienen que ser estar en un ángulo de 60 grados de cada par de discos. Esta es la razón de que los puntos de conexión de eje son una 'estrella' de seis puntos, con cada ranura en exactamente 60 grados con respecto a la siguiente.

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(Simulación final en autodesk, ensamblado y coordinado)

Criterios para el diseño de los componentes

  • Formas adecuadas que proporcionen facilidad para el recorte de las piezas.
  • Dimensiones adecuadas para un fácil ensamblado.
  • El correcto funcionamiento de las articulaciones en el prototipo ensamblado.
  • Estética del prototipo, procurando que las dimensiones de las piezas sean las adecuadas.
  • Minimizar la fricción entre los componentes de modo que se minimice el desgaste de las piezas.

Conclusiones:

  • Se dedujo que el mecanismo debe procurar una debida estabilidad y relación entre sus piezas.
  • Se analizó de manera apropiada los eslabones, piezas y miembros pertinentes para el ensamble además de la incorporación de los elementos finales.

Referencias:

[1] Kai (2006, Nov. 3) Study of Jansen’s Beach Animals [Online]. Available: http://s88921297.onlinehome.us/Photography/blog/2006/11/06/jansens-beach-animals/
[2] M. Salazar, E. Idalgo, O. Villar, E. Guerrero (2011, Oct. 26). Diseño y ergonomia [Online]. Available: http://productouni.wikispaces.com/2.DISE%C3%91O+Y+ERGONOM%C3%8DA

Profesor Adjunto Archivo con Word,debido a que Las imágenes montadas ;no se dejan visualizar en ciertos dispositivos.

https://drive.google.com/file/d/0B5haSRfasEc1WG1RR0RENF8zUXM/view?usp=sharing]

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