Benmekanisme

En benmekanisme (gangmekanisme) er en mekanisme , ofte en samling af stænger forbundet med led ( mekaniske led ) beregnet til at simulere gåbevægelsen hos mennesker eller dyr. Mekaniske ben kan have en eller flere aktuatorer og kan udføre enkle eller komplekse plane bevægelser.

Sammenlignet med et hjul er en benmekanisme potentielt bedre egnet til ujævnt terræn, da den kan overvinde forhindringer.

Design mål

Udformningen af ​​en gangmekanisme skal ofte opfylde nedenstående kriterier, skønt denne liste ikke er udtømmende.

Statisk afbalancering

• Når foden er fra jorden, skal den bevæge sig så hurtigt som muligt for at øge forholdet mellem foden på jorden og lufttiden.
• Foden skal røre jorden i mindst halvdelen af ​​cyklussen for en to / firbenet mekanisme eller en tredjedel af cyklen for en tre / seks benmekanisme, så den altid kan være i statisk ligevægt .
• Den lodrette af midten af massen skal altid forblive inde i støtte overflade

Energisk

• Den lodrette acceleration af robotens tyngdepunkt skal være så konstant som muligt, når en pote rører jorden (støttefase)
• Konstant drejningsmoment / kraft (eller i det mindste ingen spids og / eller ekstrem ændring)
• Reducerede mobilmasser

specifikationer

• Skridthøjden skal være høj nok til ikke at trippe, men ikke for høj til at spare energi
• Hastigheden på hvert ben eller en gruppe af ben skal styres separat for at justere retningen
• Benmekanismen skal tillade at gå fremad og bagud

Et andet designmål kan være højde og skridtlængde osv. kan styres af operatøren. Dette kan let opnås med en hydraulisk benmekanisme, men det er ikke muligt med en krumtapmekanisme.

Optimering skal ske for hele mekanismen; ideelt set skulle variationen i kraft / drejningsmoment under en rotation annullere.

Historie

I 1770 forsøgte Richard Lovell Edgeworth at bygge en maskine, han kaldte en "træhest", men mislykkedes.

I 1878 oprettede Pafnouti Chebyshev en plantigrademekanisme designet af sin lambda-mekanisme ved hjælp af en krumtap som aktuator. Formålet med denne mekanisme var imidlertid at demonstrere effektiviteten af ​​lambda-mekanismen til at konvertere rotationsbevægelse til retlinet translation, plantigraden blev ikke videreudviklet.

I 1960 offentliggjorde professor Joseph E. Shigley en teoretisk undersøgelse af interessen for en benmekanisme i en militær sammenhæng. Han afprøvede mange konfigurationer ved kun at bruge drejninger og en aktuator-krumtap og definerede de vigtigste kriterier for valg af gangmekanisme.

Fra 90'erne begyndte Theo Jansen at designe sine "strandbeesten", benmekanismer, der fungerer på stranden, med ambitionen om, at de en dag bliver autonome. I 1991 udviklede han Jansen-mekanismen , der blev brugt som arkitekturen for et ben til nogle af hans opfindelser, som i dag er en af ​​de bedst kendte arkitekturer blandt benmekanismer på grund af bevægelsens flydende opnåelse og gode energiudbytter. Det inspirerer andre mekanismer, såsom Ghassaei-mekanismen, der blev præsenteret i 2011 i Ghassaeis speciale.

Designet i 1994 er Klann-mekanismen en anden populær mekanisme: den har kun fire stænger , den er enkel og robust, men dens bevægelse er mere rykkende end Jansen for det samme antal ben.

Fra 2015 udviklede og forbedrede "TrotBot-teamet", ledet af Wade Wagle, Strider- og TrotBot-mekanismerne med udgangspunkt i Shigleys arbejde. Den Strider Mechanism er undertiden anses for at være mere alsidig end Jansen Mechanism fordi den er designet til at arbejde på ujævnt terræn, i modsætning til Jansen Mechanism, som er designet til at gå på stranden.

Galleri

Stationær

• Jansen-mekanisme

• Klann-mekanisme

• 8 bar benmekanisme

• Tokyo Institute of Technology Walking Chair

• 2 frihedsgrader strømaftager benmekanisme

• RPRPR type 2-graders frihedsmekanisme

• Strandbeest (anvendelse af Jansen-mekanismen)

• Ghassaei-mekanisme

• Chebyshev plantigrade maskine

• TrotBot-mekanisme (uden hælmekanisme)

• Strider Mechanism

Arbejder

	4 ben	6 ben
Strandbeest
Ghassaei-mekanisme
Klann-mekanisme 1
Klann-mekanisme 2
Plantigrade mekanisme
TrotBot-mekanisme
Strider Mechanism

Komplekse mekanismer

Ovenstående mekanismer er kun plane mekanismer, men der er også mere komplekse mekanismer, såsom hexapod-robotter . Nedenfor er nogle komplekse mekanismer.

• Den rollator lastbil (i)

• BigDog- robot

Se også

• Filmisk
• Kinematisk par
• Tilslutning (mekanisk)
• Mobil robot
• Hexapod-robot
• Biomimicry

Referencer

1. (in) Amanda Ghassaei, "  Design og optimering af en krumtap-baseret benmekanisme  " ["Design og forbedring af krumtapmekanismer til ben"] [ arkiv19. oktober 2018] [PDF] , Pomona College ,20. april 2011(adgang til 17. marts 2019 )
2. (en) Shigley, Joseph E., The Mechanics of Walking Vehicles: A Feasibility Study , University of Michigan Department of Mechanical Engineering,September 1960( læs online [ arkiv af27. juli 2016] )
3. (i) Daniel Giesbrecht ( trans.  Design og optimering af et ben mekanisme, en grad af frihed, otte barer, for en walking maskiner), "  Design og optimering af en en-grad-af-frihed otte-bar ben mekanisme for en gangmaskine  ” , University of Manitoba ,8. april 2010(adgang til 27. juli 2016 )
4. (i) Jenny Uglow (overs .  Lunefulde mænd: fem mænd hvis nysgerrighed ændrede verden), The Lunar Men: Five Friends Whose Curiosity Changed the World , New York, New York, Farrar, Strauss og Giroux,2002( ISBN  0-374-19440-8 , læs online )
5. (in) "  Theo Jansen Strandbeest  " på strandbeest.com ,27. juli 2017(adgang til 9. februar 2019 )
6. (in) "  Explains - Strandbeest  " ["Explanations - Strandbeest"], på strandbeest.com (adgang til 27. april 2019 )
7. (in) "  DIY Walkers - Home  " på diywalkers.com (adgang 27. april 2019 )
8. (in) "  Walking Tanks? Anvendelse af Prof. Shigleys banebrydende undersøgelse af mekaniske vandrere til Striders kobling  " [" Walkers tanks? Anvendelse af professor Shigleys banebrydende undersøgelse af gangmekanismer til Strider-mekanismen ”] på diywalkers.com (adgang til 27. april 2019 )
9. (i) "  Move Over Strandbeest, Her er Strider!  " [" Find vej strandbest, her kommer Strider! " »], På hackaday.com (adgang til 27. april 2019 )
10. ( 20. - 24. juni 1999) “  Kinematisk og kinetostatisk simulering af en benmekanisme  ” i 10. verdenskongres om teorien om maskiner og mekanismer  : 572–577 s .. Adgang til 27. juli 2016. 
11. ( 20. - 24. juni 1999) ”Udvikling af en gåstol med en selvindstillingsmekanisme til stabil gang på ujævnt terræn” i 10. verdenskongres om teorien om maskiner og mekanismer  : 1164–1169 s .. 
12. ( 21. - 24. august 2016) “  MeKin2D: Suite for Planar Mechanism Kinematics  ” i ASME 2016 Design Engineering Tekniske konferencer og computere og information i ingeniørkonference  : 1–10 s .. Adgang til 7. januar 2017. 
13. (i) PA Simionescu , Computer Aided Graphing og simuleringsværktøjer til AutoCAD brugere , Boca Raton, FL, CRC Press,2014( ISBN  978-1-4822-5290-3 )
14. (i) "  Plantigrade Machine  " på mekanismer, ved Tchebyshev (adgang 8 September 2020 ) .
15. (in) Wade Vagle , "  TrotBot Linkage maps  " på diywalkers.com (adgang 27. april 2019 )
16. (in) Wade Vagle , "  Strider Linkage maps  " på diywalkers.com (adgang 27. april 2019 )

eksterne links

Sammenligning af benmekanismer ved hjælp af en krumtap (fr)

• (fr) Denne artikel er helt eller delvist taget fra den engelske Wikipedia- artikel med titlen "  Benmekanisme  " ( se listen over forfattere ) .