2013年10月27日 星期日

機器人下半身原型完成~

經過許多改良後   機器人的下半部終於完成了~  

在製作時我發現   骨盆連接到大腿的關節

必須要三軸以上才有辦法做出像外八或翹腳等動作

我想這隻機器人(下半身)最大的特點就是能做出和人類關節幾乎相同的動作

行走方面雖然力道沒有問題   但在製作時因為方便而先採用塑膠板製作

導致搖搖晃晃的不是很穩定     之後會將機器人整個換成又硬又輕的鋁合金來製作

並且會再將機器人的一些細部稍微改進   等到換成金屬機構時會再跟大家介紹機構的細部

最後就放上一些照片和影片讓大家欣賞吧~

                                                                     

                                                                     站立




                                                                       仰望




                                                                     斜站




                                                                       弓步
 



                                                                      跪姿




                                                                      半蹲
 



                                                                       內八




                                                                      外八
                                                        (這張角度好棒 = w = )




                                                                      坐姿




                                                                  女式翹腳




                                                                   男式翹腳




                                                                  單腳站立






最後附上兩個影片~





( 這個姿勢挺好笑的 = v =     但並不容易... )









2013年1月16日 星期三

機器人設計的心路歷程

一開始製作機器人時   是希望可以跟SD人偶做結合

在娃娃的身體裡放入馬達讓他能動

這樣就有現成的機器人身體可以用了

只要把重點放在製做頭部即可

但在馬達的選購時遇到了難題

夠小的馬達不夠力     夠力的馬達卻不夠小

選擇夠小的馬達不考慮  機器人做好動不起來沒有意義

選擇夠力的馬達的話  就要破壞人偶身體的一部分

且是否一定成功也是一未知數

雖然看過網路上有人是有這樣改造過   不過似乎也沒有做出能正常行走的功能

既然如此  乾脆就自己直接從做一副身體好了

這時娃娃的頭以經完成將近一半了

因為從新設計身體的關係  機器人的大小比例力也跟著變了

所以做到一半的頭部就沒有再繼續做下去了



開始製做身體時   想用上回提到的PVC板先做出能夠行走的骨架

因為材質夠硬又好加工   所以就決定先用這個材質開發看看了

如果以後有更硬更精緻的需求   再加工成鋁或其他金屬也是可以

自己一邊對照著骷髏模型一邊嘗試做成類似的簡單機構

一開始從骨盆開始做起    做到大腿  小腿    最後做到腳底板

最初腳踝的設計是直接使用兩顆伺服馬達做出兩個自由度的動作

再加上腳尖前的伺服馬達整個腳底板就有三顆伺服馬達

RS-1270 這顆伺服馬達各方面都算優秀  但就是重量並不算輕

再加上從腳底到膝蓋整個小腿的長度乘起來的力矩

對膝蓋的馬達造成的負擔實在太大了   在這裡面臨了一次考驗

後來想到的解決方法是把腳踝的其中一顆馬達移到膝蓋的附近

再利用機構原理讓動作點一樣維持在腳踝  就是現在的設計  上一篇給大家看過的





























雖然就只是移動了一顆馬達的位子   但對膝蓋馬達減輕的負擔真的不少

改善之後從幾乎快要舉不起來變成了能夠舉到自己想要的任何位子了

雖然看得出來馬達還是很吃力  但基本上各個角度是沒有問題得了

從最吃力的3點鐘方向舉到12點鐘方向也可以了

以上是膝蓋馬達只有一顆的情況  後來進一步改善的就是大腿的膝蓋部份

希望將只有一顆馬達增加到兩顆以上以增加力量

於是自己做了一個機構來測試自己的想法行不行得通
























可以從上圖看得出來  若是其中一顆馬達往順時鐘轉

會帶動ㄇ型軸讓另一顆馬達也向順時鐘轉動  反之亦然

這樣 一來若兩顆馬達同時往同方向出力力量應該會相家才對

根據自己施加負載測試後發現的確力量會提升

但因為使用的材質並不是很精確而且多少會彎曲一點的關係

會有少許的間隙產生造成力量不會完全傳遞的結果

距離較近負載的馬達比較燙  而另一顆因為力量沒有完全傳遞

就沒這麼熱  從這個實驗現像可以證明有一顆馬達並沒有把力量傳出去

除非把轉軸都改成軸承  把材料都換成像金屬這麼硬的才能有效改善這個問題

關於金屬材料要如何成型製做   這個就要等到寒假之後拉~

這個寒假小弟我有報名去上金屬加工的相關課程

希望之後能在製作機構的功力上再提升一層




到這裡為止是大致我所做的成品

還有很多其他的失敗品   就沒有拿出來跟大家現醜了

因為馬達選擇的問題   讓原本只設定要做大約六七十公分的機器人

變成了120公分左右   已經大約有一個小孩子的身高了 = =

本來是想從頭做起的也變成了從腳做起了   不知道以後還會發身什麼樣的問題

但不管是面對了什麼樣的難題要解決   我還是會繼續想辦法做下去的  ^^

那就期待下一次再跟大家分享摟~




































2013年1月13日 星期日

機構設計的實做歷程

開始設計機器人的身體時  自己是從骨盆開始做起的

對照人類骨骼的骨盆模型邊看邊做





























根據自己觀察發現   骨盆連接到大腿的中間還有一個大約120度的曲折

形狀大概如下圖所示






 於是就做成了下圖的機構







 在外型上可以感覺出與真實的骨盆有類似的形狀

希望這樣有助於行走時的穩定性



再來是大腿得部分









大腿設計的關鍵只有一個   就是膝蓋要夠力

上圖中看到了兩顆馬達    較上面的那顆也是使用在膝蓋的馬達

只是把傳遞力量的機構部分先拆掉  讓大家看看裡面的樣子

關於這個機構會在下一篇再做介紹



接下來就是小腿得部分了































小腿設計的重點在於腳踝的部分

是否能做出兩個靈活的自由度為成敗關鍵

因為自己希望腳踝馬達所站的空間縮小

和減輕腳底板的重量以減少膝蓋的負擔

把控制其中一個自由度的馬達往上提

下圖為簡單的圖示說明



























藍色部分皆為可動的轉軸   馬達1 是橫著擺放的   馬達2 是立著擺放的

這樣就算兩顆馬達沒有在一起   也可以做出一個點有兩個自由度的運動了

因為 RS-1270 這顆馬達的重量並不算輕

把馬達1 的位子提高  由力矩的角度來看大幅度減輕了膝蓋馬達的負擔

我認為這是這個設計最大的優點




接下來是腳底板得部分

一開始在設計時就希望做好的機器人能給他穿鞋子來增加摩擦力

所以完成時就能輕易得買到適合的鞋子^^

以下是拖了鞋子的樣子

























腳底板的設計  較有特色的地方就是腳尖的部分跟真人一樣也能動作

所以可以做出如下墊腳尖得的樣子



























自己研究自己走路時發現  腳尖的肌肉在行走時也幫了很大的忙

往往到了關鍵往前移動的那一步  若是去特別注意

會發現有被腳尖的關節部分給推出去的感覺

這一小推其實給了往前行走很大的動力

平常走起路來因為習慣了所以幾乎察覺不到

自己墊著腳尖站立時才發現這一小段的肌肉竟然這麼有力

只靠著這一點點的部分竟然可以支撐全身的重量

這時才注意到這可能在運動時是很重要的一部分

故特別設計了腳尖的關節



以上的機構設計是在經過多次改良後的結果

可能以後會發現更好的設計也說不定

到時候就再繼續跟大家分享摟~