Bacak mekanizması

Bir bacak mekanizması (yürüme mekanizması), insanların veya hayvanların yürüme hareketini simüle etmeyi amaçlayan , genellikle eklemlerle ( mekanik bağlantılar ) birbirine bağlanan bir çubuklar grubu olan bir mekanizmadır . Mekanik bacaklar bir veya daha fazla aktüatöre sahip olabilir ve basit veya karmaşık düzlemsel hareketler gerçekleştirebilir.

Tekerleğe kıyasla bacak mekanizması, engellerin üstesinden gelebileceği için potansiyel olarak engebeli araziye daha uygundur.

Tasarım hedefleri

Yürüme mekanizmasının tasarımı, bu liste kapsamlı olmasa da, genellikle aşağıdaki kriterleri karşılamalıdır.

Statik dengeleme

• Ayak yere değmediğinde, yerde geçirilen zaman / havada geçen süre oranını artırmak için olabildiğince hızlı hareket etmelidir.
• Ayak , her zaman statik dengede olabilmesi için, iki / dört ayaklı mekanizma için döngünün en az yarısı veya üç / altı bacaklı mekanizma için döngünün üçte biri kadar yere temas etmelidir .
• Kütle merkezinin dikey kısmı her zaman destek yüzeyinin içinde kalmalıdır.

Enerjik

• Robotun ağırlık merkezinin dikey ivmesi, bir pençe yere dokunduğunda mümkün olduğunca sabit olmalıdır (destek aşaması)
• Sabit tork / kuvvet (veya en azından tepe noktası ve / veya aşırı değişiklik yok)
• Azaltılmış mobil kütleler

Teknik Özellikler

• Adım yüksekliği, tökezlemeyecek kadar yüksek olmalı, ancak enerji tasarrufu için çok yüksek olmamalıdır.
• Yönü ayarlamak için her bir bacağın veya bacak grubunun hızı ayrı ayrı kontrol edilebilir olmalıdır.
• Bacak mekanizması ileri ve geri yürümeye izin vermelidir

Başka bir tasarım hedefi, yükseklik ve adım uzunluğu vb. Olabilir. operatör tarafından kontrol edilebilir. Bu, bir hidrolik bacak mekanizması ile kolayca elde edilebilir, ancak bir krank bacak mekanizması ile mümkün değildir.

Tüm mekanizma için optimizasyon yapılmalıdır; ideal olarak, bir dönüş sırasında kuvvet / tork değişimi birbirini götürmelidir.

Tarih

1770'de Richard Lovell Edgeworth "tahta at" adını verdiği bir makine yapmaya çalıştı ama başarısız oldu.

1878'de Pafnouti Chebyshev , aktüatör olarak bir krank kullanarak lambda mekanizmasından tasarlanan bir planya mekanizması yarattı . Bununla birlikte, bu mekanizmanın amacı, lambda mekanizmasının dönme hareketini doğrusal ötelemeye çevirme etkinliğini göstermekti, plantigrade daha fazla geliştirilmemiştir.

1960 yılında Profesör Joseph E. Shigley, bir bacak mekanizmasının askeri bağlamdaki ilgisi üzerine teorik bir çalışma yayınladı. Sadece pivotlar ve bir aktüatör krank kullanarak birçok konfigürasyonu denedi ve bir yürüme mekanizması seçmek için ana kriterleri tanımladı.

90'lı yıllardan itibaren Theo Jansen , bir gün otonom hale gelme hırsıyla sahilde çalışan bacak mekanizmaları olan "Strandbeesten" i tasarlamaya başladı. 1991 yılında , hareketin akışkanlığı ve iyi enerji verimi sayesinde günümüzde bacak mekanizmaları arasında en çok bilinen mimarilerden biri olan icatlarının bir kısmı için bir ayak mimarisi olarak kullanılan Jansen mekanizmasını geliştirdi . 2011'de Ghassaei'nin tezinde sunulan Ghassaei mekanizması gibi diğer mekanizmalara ilham veriyor.

1994 yılında tasarlanan Klann mekanizması bir başka popüler mekanizmadır: sadece dört bara sahip , basit ve sağlamdır, ancak hareketi aynı sayıda bacak için Jansen'den daha sarsıntılıdır.

2015'ten itibaren, Wade Wagle liderliğindeki "TrotBot ekibi" Shigley'in çalışmalarından yararlanarak Strider ve TrotBot mekanizmalarını geliştirdi ve iyileştirdi. Strider mekanizması bazen sahilde yürümek için tasarlanmıştır Jansen mekanizması, aksine engebeli arazide çalışma için tasarlanmıştır çünkü Jansen mekanizması daha çok yönlü olarak kabul edilir.

Fotoğraf Galerisi

Sabit

• Jansen mekanizması

• Klann mekanizması

• 8 çubuk bacak mekanizması

• Tokyo Teknoloji Enstitüsü Yürüyüş Koltuğu

• 2 serbestlik dereceli pantograf bacak mekanizması

• RPRPR tipi 2 serbestlik dereceli bacak mekanizması

• Strandbeest (Jansen mekanizmasının uygulaması)

• Ghassaei mekanizması

• Chebyshev plantigrade makinesi

• TrotBot mekanizması (topuk mekanizmasız)

• Strider Mekanizması

Çalışma

	4 bacak	6 bacak
Strandbeest
Ghassaei mekanizması
Klann Mekanizması 1
Klann Mekanizması 2
Plantigrade mekanizması
TrotBot mekanizması
Strider Mekanizması

Karmaşık mekanizmalar

Yukarıdaki mekanizmalar yalnızca düzlemsel mekanizmalardır, ancak hexapod robotlar gibi daha karmaşık mekanizmalar da vardır . Aşağıda bazı karmaşık mekanizmalar bulunmaktadır.

• Yürüteç kamyon (in)

• BigDog robotu

Ayrıca görün

• Sinematik
• Kinematik çift
• Bağlantı (mekanik)
• Mobil robot
• Hexapod robotu
• Biyomimikri

Referanslar

1. (in) Amanda Ghassaei, "  Krank Tabanlı Bacak Mekanizmasının Tasarımı ve Optimizasyonu  " ["Bacak krank mekanizmalarının tasarımı ve iyileştirilmesi"] [ arşivEkim 19, 2018] [PDF] , Pomona Koleji ,20 Nisan 2011(erişim tarihi 17 Mart 2019 )
2. (en) Shigley, Joseph E., Yürüyen Araçların Mekaniği: Bir Fizibilite Çalışması , Michigan Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü,Eylül 1960( çevrimiçi oku [ arşiv27 Temmuz 2016] )
3. (in) Daniel Giesbrecht ( trans.  Tasarım ve yürüyen makineleri için bir bacak mekanizması, özgürlük, sekiz bar derecesi optimizasyonu), "  Tasarım ve tek dereceli serbestlik Optimizasyonu için bacak mekanizmasını sekiz bar yürüyen bir makine  ” , Manitoba Üniversitesi ,8 Nisan 2010(erişim tarihi 27 Temmuz 2016 )
4. (içinde) Jenny Uglow ( çev.  Kaprisli adamlar: merakı dünyayı değiştiren beş adam), Ay Adamları: Merakı Dünyayı Değiştiren Beş Arkadaş , New York, New York, Farrar, Strauss ve Giroux,2002( ISBN  0-374-19440-8 , çevrimiçi okuyun )
5. (in) "  Theo Jansen Strandbeest  " üzerine strandbeest.com ,27 Temmuz 2017(erişim tarihi 9 Şubat 2019 )
6. (in) "  Explains - Strandbeest  " ["Explanations - Strandbeest"], strandbeest.com'da ( 27 Nisan 2019'da erişildi )
7. (in) "  - DIY Yürüyenler Ana  " üzerine diywalkers.com (erişilen 2019 27 Nisan )
8. (içinde) "  Yürüyen Tanklar? Prof. Shigley'in Yolcuların Bağlantısına Mekanik Yürüyüşçülerle İlgili Öncü Çalışması  " [" Yürüyüşçü tankları mı? Profesör Shigley'in Strider mekanizmasına yürüme mekanizmaları üzerine öncü çalışmasının uygulaması ”], diywalkers.com'da ( 27 Nisan 2019'da erişildi )
9. (inç) "  Strandbeest Üzerinden Geç, İşte Strider!  " [" Yolu en iyi şekilde yapın, işte Strider geliyor! " »], Hackaday.com'da ( 27 Nisan 2019'da erişildi )
10. ( 20–24 Haziran 1999) “  Bir bacak mekanizmasının kinematik ve kinetostatik simülasyonu  ” 10. Dünya Kongresi'nde Makineler ve Mekanizmalar Teorisi  : 572–577 s .. Erişim tarihi 27 Temmuz 2016. 
11. ( 20–24 Haziran 1999) 10. Dünya Makine ve Mekanizma Teorisi Kongresi'nde “engebeli arazide dengeli yürüme için kendi kendine tutum ayarlayan bir mekanizmaya sahip bir yürüme sandalyesinin geliştirilmesi”  : 1164–1169 s. 
12. ( 21–24 Ağustos 2016) “  MeKin2D: Suite for Planar Mechanism Kinematics  ” ASME 2016 Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference  : 1–10 s .. Erişim tarihi 7 Ocak 2017. 
13. (in) PA Simionescu , AutoCAD Kullanıcıları için Bilgisayar Destekli Grafik ve Simülasyon Araçları , Boca Raton, FL, CRC Press,2014( ISBN  978-1-4822-5290-3 )
14. (in) "  Plantigrade Machine  " on Mechanisms on Tchebyshev (erişim tarihi 8 Eylül 2020 ) .
15. (in) Wade Vagle , "  TrotBot Bağlantı harita  " üzerine diywalkers.com (erişilen 2019 27 Nisan )
16. (in) Wade Vagle , "  Strider Bağlantı harita  " üzerine diywalkers.com (erişilen 2019 27 Nisan )

Dış bağlantılar

Bir krank (fr) kullanarak bacak mekanizmalarının karşılaştırılması

• (fr) Bu makale kısmen veya tamamen alınır İngilizce Vikipedi başlıklı makalesinde "  Bacak mekanizması  " ( yazarların listesini görmek ) .