Un mecanismo de pierna ( mecanismo para caminar) es un sistema mecánico diseñado para proporcionar una fuerza de propulsión por contacto de fricción intermitente con el suelo. Esto contrasta con las ruedas o las pistas continuas que están destinadas a mantener un contacto de fricción continuo con el suelo. Las patas mecánicas son enlaces que pueden tener uno o más actuadores y pueden realizar movimientos planos simples o complejos. En comparación con una rueda, un mecanismo de pata está potencialmente mejor adaptado a terrenos irregulares, ya que puede pasar por encima de obstáculos. [1]
En la Exposición Universal (1878) se mostró un diseño temprano para un mecanismo de patas llamado Plantigrade Machine de Pafnuty Chebyshev . Los grabados originales de este mecanismo de patas están disponibles. [2] El diseño del mecanismo de las patas del vehículo con suspensión adaptativa (ASV) del estado de Ohio se presenta en el libro de 1988 Machines that Walk . [3] En 1996, WB. Shieh presentó una metodología de diseño para mecanismos de patas. [4]
La obra de arte de Theo Jansen , [5] ver el enlace de Jansen , ha sido particularmente inspiradora para el diseño de los mecanismos de las patas, así como la patente de Klann , que es la base del mecanismo de las patas del Mondo Spider .
Objetivos de diseño
- velocidad horizontal lo más constante posible mientras toca el suelo (fase de apoyo) [1] [6]
- mientras el pie no toque el suelo, debe moverse lo más rápido posible
- entrada constante de par / fuerza (o al menos sin picos / cambios extremos)
- altura de zancada (suficiente para espacio libre, no demasiado para conservar energía)
- el pie debe tocar el suelo durante al menos la mitad del ciclo para un mecanismo de dos o cuatro patas [1] o, respectivamente, un tercio del ciclo para un mecanismo de tres o seis patas
- masa en movimiento minimizada
- centro de masa vertical siempre dentro de la base del soporte [1]
- la velocidad de cada pierna o grupo de piernas debe poder controlarse por separado para la dirección [6]
- el mecanismo de la pierna debe permitir caminar hacia adelante y hacia atrás [6]
Otro objetivo de diseño puede ser que el operador pueda controlar la altura y la longitud de la zancada, etc. [6] Esto se puede lograr con relativa facilidad con un mecanismo de pata hidráulico, pero no es factible con un mecanismo de pata con manivela. [6]
La optimización debe realizarse para todo el vehículo; idealmente, la variación de fuerza / par durante una rotación debe anularse entre sí. [1]
Historia
Richard Lovell Edgeworth intentó en 1770 construir una máquina que llamó "Caballo de madera", pero no tuvo éxito. [7] [8]
Patentes
Las patentes para los diseños de los mecanismos de las patas van desde manivelas giratorias hasta varillajes de cuatro y seis barras. [9] Véanse, por ejemplo, las siguientes patentes:
- Patente de Estados Unidos Nº 469.169 Figura de juguete, FO Norton (1892) .
- Patente de Estados Unidos Nº 1.146.700, Juguete animado, A. Gund (1915) . Un mecanismo de patas formado por una manivela deslizante invertida .
- Patente de EE.UU. nº 1.363.460, Walking Toy, JA Ekelund (1920) . Un mecanismo de patas formado por una manivela giratoria con extensiones que contactan con el suelo.
- Patente de Estados Unidos Nº 1.576.956, Mecanismo de marcha cuadrúpedo, E. Dunshee (1926) . Un mecanismo de patas de cuatro barras que muestra la curva del acoplador forma la trayectoria del pie.
- Patente de EE.UU. nº 1.803.197, Walking Toy, PC Marie (1931) . Otro mecanismo de pata de manivela giratoria .
- Patente de EE.UU. nº 1.819.029, Mechanical Toy Horse, J. St. C. King (1931) . Un mecanismo de manivela-balancín con un mecanismo de fricción unidireccional en el pie.
- Patente de Estados Unidos Nº 2.591.469, Juguete mecánico animado, H. Saito (1952) . Un mecanismo de manivela deslizante invertida para el pie delantero y un balancín de manivela para el pie trasero.
- Patente de Estados Unidos Nº 4095661, Vehículo de trabajo ambulante, JR Sturges (1978) . Un mecanismo lambda combinado con un enlace de paralelogramo para formar una rama de traslación que sigue la curva del acoplador.
- Patente de EE.UU. nº 6.260.862, Walking Device, JC Klann (2001) . La curva del acoplador de un varillaje de cuatro barras guía el eslabón inferior de una cadena en serie RR para formar un mecanismo de patas, conocido como varillaje Klann .
- Patente de EE.UU. nº 6.481.513, Hexapod robótico de actuador único por pata, M. Buehler et al. (2002) . Un mecanismo de pata que consta de una sola manivela giratoria.
- Patente de Estados Unidos Nº 6.488.560, Walking Apparatus, Y. Nishikawa (2002) . Otro mecanismo de pata de manivela giratoria.
Galería
Estacionario
Enlace de Jansen
Enlace de Klann
Mecanismo de patas de ocho barras [10]
Silla para caminar del Instituto de Tecnología de Tokio [11]
Mecanismo de pata de pantógrafo 2 DOF [12]
Mecanismo de 2 patas DOF del tipo RPRPR. [13]
Strandbeest (enlace Jansen aplicado)
Vinculación Ghassaei [1]
Máquina plantígrada de Tchebyshevs [14]
Varillaje TrotBot (sin varillaje de talón) [15]
TrotBot [16] Variabilidad de la velocidad del varillaje a medida que cambia la altura del suelo
Strider [16] Variabilidad de la velocidad del varillaje a medida que cambia la altura del suelo
Vínculo de Strider [17]
Sendas peatonales de vínculos Strandbeest, TrotBot, Strider y Klann
Para caminar
* | 4 patas | 6 patas |
---|---|---|
Strandbeest | ||
Ghassaei | ||
Enlace de Klann 1 | ||
Enlace Klann 2 | ||
Mecanismo plantígrado | ||
Trotbot [18] | ||
Vínculo de Strider [17] | Strider Prototype, 4 patas / lado |
Mecanismo complejo
Los que se muestran arriba son solo mecanismos planos, pero también hay mecanismos más complejos:
Ver también
- Hexapod (robótica)
- Enlace de Jansen
- Cinemática
- Pares cinemáticos
- Enlace de Klann
- Mecanismo Lambda de Chebyshev
- Enlace (mecánico)
- Máquina
- Mecha
- Robot móvil
Referencias
- ↑ a b c d e f Ghassaei, Amanda (20 de abril de 2011). El diseño y optimización de un mecanismo de pierna basado en manivela (PDF) (Tesis). Pomona College. Archivado (PDF) desde el original el 29 de octubre de 2013 . Consultado el 27 de julio de 2016 .
- ^ PL Tchebyshev. Grabado a máquina plantígrado . almacenado en el Musée des arts et métiers du Conservatoire national des arts et métiers París, Francia CNAM 10475-0000.
- ^ SM Song y KJ Waldron (noviembre de 1988). Máquinas que caminan: el vehículo con suspensión adaptativa . La prensa del MIT.
- ^ WB Shieh (1996). Diseño y optimización de mecanismos de patas planas con trayectorias simétricas de puntos de pie (tesis). Tesis de Doctorado, Universidad de Maryland.
- ^ Theo Jansen. Strangdbeest .
- ^ a b c d e Shigley, Joseph E. (septiembre de 1960). La mecánica de los vehículos para caminar: un estudio de viabilidad (PDF) (Informe). Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Michigan. Archivado (PDF) desde el original el 4 de marzo de 2016 . Consultado el 27 de julio de 2016 . URL alternativa
- ^ Giesbrecht, Daniel (8 de abril de 2010). Diseño y optimización de un mecanismo de patas de ocho barras con un grado de libertad para una máquina para caminar (Thesis). Universidad de Manitoba. hdl : 1993/3922 .
- ^ Uglow, Jenny (2002). Los hombres lunares: cinco amigos cuya curiosidad cambió el mundo . Nueva York, Nueva York: Farrar, Strauss y Giroux. ISBN 0-374-19440-8. Consultado el 27 de julio de 2016 .
- ^ J. Michael McCarthy (marzo de 2019). Síntesis cinemática de mecanismos: un enfoque basado en proyectos . Prensa MDA.
- ^ Simionescu, PA; Tempea, I. (20 a 24 de junio de 1999). Simulación cinemática y cineostática de un mecanismo de pierna (PDF) . X Congreso Mundial de Teoría de Máquinas y Mecanismos. Oulu, Finlandia. págs. 572–577 . Consultado el 27 de julio de 2016 .
- ^ Funabashi, H .; Takeda, Y .; Kawabuchi, I .; Higuchi, M. (20 a 24 de junio de 1999). Desarrollo de una silla para caminar con un mecanismo de autoajuste de actitud para caminar de manera estable en terrenos irregulares . X Congreso Mundial de Teoría de Máquinas y Mecanismos. Oulu, Finlandia. págs. 1164-1169.
- ^ Simionescu, PA (21 a 24 de agosto de 2016). MeKin2D: Suite para cinemática de mecanismos planos (PDF) . ASME 2016 Design Engineering Technical Conferences y Computers and Information in Engineering Conference. Charlotte, NC, Estados Unidos. págs. 1-10 . Consultado el 7 de enero de 2017 .
- ^ Simionescu, PA (2014). Herramientas de simulación y gráficos asistidos por computadora para usuarios de AutoCAD (1ª ed.). Boca Raton, Florida: CRC Press. ISBN 978-1-4822-5290-3.
- ^ http://en.tcheb.ru/1
- ^ Vagle, Wade. "Planes de vinculación TrotBot" . DIYwalkers .
- ^ a b "Estudio de Shigley aplicado" . DIYwalkers .
- ^ a b Vagle, Wade. "Planes de vinculación de Strider" . DIYwalkers .
- ^ https://www.diywalkers.com/trotbot.html
enlaces externos
- Medios relacionados con el mecanismo de la pierna en Wikimedia Commons