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12DOF-Q-XL - Big quadruped


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42 réponses à ce sujet

#1 Oracid

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Posté 20 octobre 2021 - 10:35

Un nouveau projet pour 2022.

 

Il s'agit d'un quadrupède basé sur les même principes techniques que mon 12DOF-Q, https://www.robot-ma...berte/?p=114366 .

La seule différence est la taille. Ce qui va entrainer un changement de servos pour des plus puissants et donc plus lourds. La batterie va sans doute suivre le même régime.

Je ne voulais pas dépasser un poids de 1kg, mais déjà la patte avec 3 servos pèse 260g. Ce qui fait 260 x 4 = 1040g.

Il faut se rendre à l'évidence, 1kg n'était pas réaliste. Aujourd'hui, j'espère ne pas dépasser 1,5kg.

 

Mon objectif est de monter des escaliers, mais s'il ne fait que marcher, ce serait déjà, pas si mal.

 

Voici quelques images montrant quelques "vues d'artiste" d'un prototype de patte. Il s'agit ici d'avoir une idée du poids et des dimensions et non pas de choix techniques après des tests.

Et puis, il faut bien alimenter le forum en montrant quelques réalisations.

 

Le tibia et le fémur font 20cm. C'est beaucoup et j'ai bien conscience des problèmes de flexibilité.

Au sujet de la flexibilité, j'ai imaginé une modification qui consiste à associer au palonnier du servo, un palonnier bis. Ce palonnier bis est fixé à une extrémité du palonnier, alors qu'à l'autre extrémité, la jonction se fait avec un élastique. Ce dispositif a pour objectif de soulager la pignonnerie du servo et éventuellement d'imiter l'élasticité des moteurs Brushless.

 

Vous pouvez apprécier l'évolution de la taille en comparaison du 12DOF-Q.

 

Cliquez moi.

DSC_3404-L.jpg DSC_3410-L.jpg DSC_3398-L.jpg DSC_3400-L.jpg

 



#2 Thot

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Posté 20 octobre 2021 - 01:00

Je viens de me mettre à jour sur le projet, ça pousse ! Les LEGO sont vraiment puissants, tu arrives à caser un degré de liberté supplémentaire en ayant une compacité équivalente. Avec de telles longueurs, sur 20cm de bras de levier, ça risque en effet de rajouter de la flexibilité, mais ça peut être pertinent de s'en servir. Ces flexibilités ne seraient pas suffisantes pour protéger les dents du servo ? Pour l'élastique que tu as rajouté, c'est pour amortir les chocs ou générer des mouvements plus fluides ?

En tous les cas, c'est un magnifique boulot.


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#3 Oracid

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Posté 20 octobre 2021 - 02:09

Merci pour les encouragements, Thot.

 

A vrai dire, pour la flexibilité, je n'ai pas de position toute faite. Jusqu'à maintenant, j'ai constaté qu'une bonne rigidité était un plus sur mes quadrupèdes, mais il n'empêche que dans le monde animal, tous les liaisons du squelette sont élastiques.

L'élasticité de la patte, elle n'est pas volontaire, elle est dû aux tiges fines que j'utilise. Ces tiges permettent de très facilement structurer les articulations et sont très légères, mais en contre parties, elles sont flexibles.

Quand au palonnier flexible du servo, j'ai voulu un peu tordre l'idée qu'il n'y avait pas de solution aux contraintes subies par un servo. Un peu de réflexion, et voilà une solution très simple à mettre en oeuvre dans toute utilisation de servo. Je ne voudrais pas que l'alternative servo, moteur Brushless, se fasse uniquement sur cet avantage.

Une jauge de contrainte associé au palonnier bis, permettrait de mesurer l'élasticité, pour effectuer un rebond, par exemple.

 

Ce quadrupède, comme les autres, sera très minimaliste et je n'envisage pas d'y apporter des améliorations qui n'apporteraient rien à l'objectif final qui est de monter des escaliers.

Par contre, je vais sans doute mettre en oeuvre une radio commande.



#4 Alexa76A

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Posté 20 octobre 2021 - 03:00

Salut,

Est ce que tu as fait une étude RDM ? Avec l'augmentation des dimensions est ce que tu n'a pas peur a la déformation des Lego ?
Notamment pour monter des escaliers , tu envisage quelle hauteur de marche ? Avec ou sans bec de marche ?
Comment tu va gérer le changement d'appui au niveau de l'équilibre ?
Tu as fait des calculs de moments au niveau des rotules de tes pattes ? (Quand tu monte un escalier)

C'est un projet super intéressant et j'ai hâte de lire la suite !

#5 Oracid

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Posté 20 octobre 2021 - 04:07

Je ne sais pas ce qu'est une étude RDM.

Oui, effectivement, j'ai peur de la déformation des tiges noirs, mais en fonction de leur déformation, j'essaierai d'y apporté une solution.

Les marches ont une hauteur standardisée. En France, elle est de 17cm pour les intérieurs des particuliers et de 16cm dans les sites publiques et en extérieur. 

Ah! Le nez de marche . . . j'ai quelque expérience dans ce domaine, mais c'était pour monter des escaliers avec un char. Je t'invite à jeter un coup d'oeil à ma chaine YouTube,( le lien est en signature) .

Non, je n'ai fait aucun calcul, j'en suis bien incapable, mais de mes faiblesses, j'essaye d'en faire une force en contournant les problèmes.

A vrai dire, j'ai déjà fait quelques quadrupèdes. Avec le dernier qui a 12 degrés de liberté, je suis arrivé au bout de ma logique mécanique pour une taille moyenne. https://www.robot-ma...berte/?p=114366

 

Il me reste quand même à fortement améliorer l'allure et à augmenter la taille.



#6 Alexa76A

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Posté 20 octobre 2021 - 04:26

Je ne sais pas ce qu'est une étude RDM.
Oui, effectivement, j'ai peur de la déformation des tiges noirs, mais en fonction de leur déformation, j'essaierai d'y apporté une solution.
Les marches ont une hauteur standardisée. En France, elle est de 17cm pour les intérieurs des particuliers et de 16cm dans les sites publiques et en extérieur. 
Ah! Le nez de marche . . . j'ai quelque expérience dans ce domaine, mais c'était pour monter des escaliers avec un char. Je t'invite à jeter un coup d'oeil à ma chaine YouTube,( le lien est en signature) .
Non, je n'ai fait aucun calcul, j'en suis bien incapable, mais de mes faiblesses, j'essaye d'en faire une force en contournant les problèmes.
A vrai dire, j'ai déjà fait quelques quadrupèdes. Avec le dernier qui a 12 degrés de liberté, je suis arrivé au bout de ma logique mécanique pour une taille moyenne. https://www.robot-ma...berte/?p=114366
 
Il me reste quand même à fortement améliorer l'allure et à augmenter la taille.


Une étude RDM (résistance des matériaux) permet de modéliser des forces sur une structure et de prédire des points de faiblesses éventuels , dans le but de solidifier les points critiques.

Le calcul de moment est pas trop dur et si tu modélise ton châssis sur SolidWorks par exemple , tu devrais pouvoir voir si ta structure est viable ou si elle a besoin d'ajustement.

Du coup pour monter les marchés tu monte les pattes a 90° et ainsi de suite ?

Comment tu as dimensionné les moteurs et les éventuelles réducteurs ? Est ce que c'est essai-erreur ?

C'est super cool et j'irai voir ta chaîne youtube !

#7 Oracid

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Posté 20 octobre 2021 - 07:54

Du coup pour monter les marchés tu monte les pattes a 90° et ainsi de suite ?

Il y a une vidéo qui explique point par point la cinématique de la marche du chien. J'ai récupérer la vidéo, et image par image j'ai repris cette cinématique sur mon quadrupède. Et bien, cela ne fonctionne pas. En tout cas, pas sur mon quadrupède.

 

Je n'ai pas accès à SolidWorks, mais peu importe. S'il suffisait de modéliser pour faire marcher un quadrupède ou un bipède, alors, tout le monde, ici, y serait parvenu. Ce qui n'est pas le cas.

Pour les servos, j'ai commencé avec les moins chers, les SG90, aujourd'hui j'utilise de MG92B qui sont beaucoup mieux, mais presque aussi léger.

 

Oui, c'est, inlassablement, essai-erreur.



#8 Alexa76A

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Posté 20 octobre 2021 - 10:44

Même si la simulation aide énormément je trouve , c'est sur que ça n'est pas une garantie de fonctionnement malheureusement.

J'ai hâte de lire tes avancées

#9 Oracid

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Posté 21 octobre 2021 - 07:50

aujourd'hui j'utilise de MG92B qui sont beaucoup mieux, mais presque aussi léger.

Petite précision. Pour cette nouvelle patte, ce sont des MG996R que j'utilise, et non pas des MG92B.



#10 TNERA

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Posté 02 novembre 2021 - 08:59

Oracid, this looks like a great start. I am curious about your progress. 

 

One thing that I like about the 5-bar diamond solution, is that the top of the diamond connects to the frame of the robot. This should transfer a lot of the load (weight) of the robot from the leg to the frame, and thus not to the servo.  Many quadruped designs have the legs directly connected to the servos. I believe this would not be good for the servos. 

Have you observed that the servos are more free, with the reduction in load based on your design? 

Also, how do you find the results of the elastic band (rubber) on the servo horn?  is this working as you hoped?

 

by the way, your last video convinced me that I should try this 5-bar approach!

 

<<replies in French are fine if it helps others.  I can google translate!  ;)  >>



#11 Oracid

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Posté 02 novembre 2021 - 09:31

I am curious about your progress.

Well, I work hard ! Three days ago, it was on its 4 feets, but I have destroyed it and start a new one. It is almost ready, but I am waiting for some pieces. I hope to make some pictures in one or two weeks.

 

Most of the quadruped are based on 5 bars but only a few are based on diamond which is a 5 bars with the the chassis bar equal to 0.
I was very impressed by the Stanford Doggo, which use the diamond. I just used servos instead of Brushless motors.
Of course, I am not the inventor of the 5 bars, but I have never seen a 5 bars with my paw solution.
Here is the Stanford Doggo :
 
With a 5 bars, it is also called parallel linkage, the servos are on the chassis, not on the joints. This is the best way for the torque of actuators.
All great quadrupeds are based on this linkage.
If you like my work, why don't you start with my 5 bars paw.


#12 TNERA

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Posté 07 novembre 2021 - 12:33

@Oracid,

 

In looking through your old designs. I noticed that you shifted point A (top of the diamond) and attached it to the Chassis.  Is this Big Quad the first time you did this? It makes sense to me that it should be fixed to the chassis, and that it would help with stability when you added the additional DoF.

 

Do you have any more thoughts on fixing point A?  (advantages, disadvantages?)

 

(also - I completely agree, brushless motors are a bit out of my price/design range)



#13 Oracid

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Posté 07 novembre 2021 - 02:33

In all my Quads the point A for diamond or A1 and A2 for 5 bars are fixed on chassis.

Now with the 12 DOF the point A is fixed on the leg chassis. And the leg chassis is fixed to the chassis with axis, as you can see here :

https://www.robot-ma...berte/?p=114288

https://www.robot-ma...avec-extension/

 

But all this don't means much ! Just words !

My Quads are like a H. Two axles connected by a cross, the body. The front legs are connected to one axle, and the back legs are connected to the other axle.

This make a modular and easy mounting.



#14 Oracid

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Posté 10 novembre 2021 - 07:16

Voilà la bête !

 

J'ai repris au plus près l'architecture de mes précédents quadrupèdes. Non sans mal ! A cette échelle, j'ai dû renforcer toute la structure.

Avec 12 servos de 60g chacun, j'arrive à un total de 2,2Kg. C'est énorme, et j'ai quelques doutes sur la faisabilité.

Ici, les servos sont des MG996R qui ne sont pas très chers et ont un couple de 11kg.cm. Si nécessaire, je devrais les changer par des plus puissants.  Heureusement, le poids ne devrait pas augmenter.

 

Sur la photo du bas, vous pouvez le comparer avec mon précédent 12 DOF. Il est vraiment très gros, mais cela est nécessaire s'il doit monter des escaliers.

Je ferai quelques photos plus détaillés sur la mécanique.

Maintenant, je vais essayer de faire bouger tout cela et vous tiendrai informer de l'évolution.

 

Cliquez moi.

DSC_3422-L.jpg DSC_3419-L.jpg

 



#15 TNERA

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Posté 10 novembre 2021 - 11:30

It looks incredible!

 

amazing how much has to change as you start changing scale!



#16 Oracid

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Posté 12 novembre 2021 - 12:32

Voici quelques photos qui montrent les mécanismes et les entrailles du quadrupède.

 

La première photo montre le principe du losange vers la patte.

La deuxième photo montre le losange qui lie le servo à la patte.

Ensuite, quelques détails de la patte et le palonnier du servo.

Puis, le panneau arrière avec le bouton de mise sous tension, le connecteur XT60 pour la recharge de la batterie, et le connecteur USB de l'Arduino Nano.

En bas, on peut voir l'intérieur avec batterie, Nano +Shield, Boomer, contrôleur de tension avec à sa droite le bouton Start. Notez à l'arrière plan, l'UBEC (5V,6V,7.4V) qui peut délivrer de 8A à 12A.

 

Cliquez moi.

DSC_3424-S.jpg DSC_3429-S.jpg

DSC_3428-S.jpg DSC_3426-S.jpg

ServoArm-M.jpg DSC_3439-S.jpg

DSC_3441-S.jpg DSC_3444-S.jpg



#17 Oracid

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Posté 30 novembre 2021 - 05:20

Les premiers tests ont été catastrophiques, le quadrupède n'arrive même pas à se tenir sur ses pattes.

 

J'ai donc décidé de commencer une série de tests avec ma tour.

Le servo fait des va et vient verticaux avec des valeurs de 30° à 68°. Au delà du couple du servo, je prends surtout en compte le poids total de la patte avec la charge maximum résultant du test. C'est cela qui m'intéresse.

Pour que la comparaison soit cohérente, j'ai choisi la même longueur de 112mm pour le coté du losange, pour tous les servos.

 

Voici deux images.

La première donne le résultat avec des MG92B qui ont un couple d'environ 4kg.cm et qui fonctionnent très bien sur mon dernier quadrupède 12DOF.

Sur la deuxième image, j'utilise des JX-BLS-HV7146MG qui ont un couple 46kg.cm. Le résultat peut paraitre impressionnant, mais c'est trompeur car il faut soustraire le poids des servos ainsi que le poids de la surcharge du durcissement de la structure, batterie etc.

Au final, si on considère que le losange devrait avoir un coté de 200mm, il ne va pas rester grand chose.

Si pour faire plus grand, il faut accroitre le poids des servos et de la batterie, le résultat peut être nul voir négatif.

Sur YouTube, on peut voir des réalisations avec des servos puissants et lourds, mais ils ne sont jamais très grands.

Alors autant utiliser des petits servos. Bien entendu, c'est bien tout cela l'objet de mes tests.

 

Cliquez moi.

DSC_3463-L.jpg          DSC_3465-L.jpg



#18 TNERA

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Posté 30 novembre 2021 - 10:05

Very nice Test Stand!

 

I am very interested in hearing your results. This concept of the servos being too weak for the robot is one of my fears.  And it seems it only gets identified and solved after the practical components are built and wired up.

 

Good Luck - I am looking forward to your findings.



#19 Sandro

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Posté 01 décembre 2021 - 02:25

Bonsoir,

intéressant cette question!

Essayons de voir un peu ce que ça donne de manière théorique si on agrandit les différents composants.

NB : ma réponse est assez longue : si tu décroches, saute directement aux conclusions, je mets le "détail" en spoiler

 

Spoiler

 

 

Récapitulatif (nb : j’écris des égalités en omettant les coefficients de proportionnalités qui ne dépendent ni du poids du robot, ni de la longueur des jambes) :

1+2) masse moteurs+batterie : M_mot_bat=C où C=couple des moteurs (en pratique, on est un petit peu moins que proportionnel)

3) masse commande : M_commande = constante

4) masse jambe (longueur de jambe=L) :

- si on ne se soucie que de la flexion avant arrière : M_jambes=racine_cube(M_robot)*L²*racine_cube(L)

- si on se soucie aussi de la flexion gauche-droite : M_jambes= racine_carrée(M_robot)*L³

5) Couple nécessaire : C=M_robot*L

6) Vitesse robot : v=L

7) Masse du tronc : entre M_tronc=L² et M_tronc=L³

 

 

Spoiler

 

Bilan : si tu cherches à agrandir ton robot à « architecture/technologie » donnée, tu finiras forcément par être limité par la masse de tes moteurs et batteries.

Petite question : est-ce que tu as une idée de la proportion du poids de ton robot constitué par les moteurs + batteries ?

Il me semble que tu dois être à environ 50 % du poids du robot (avec ton grand) en servos + batterie : je pense que tu ne dois donc plus être très loin de la limite de taille avec la « techno » actuelle.

 

Après, il reste heureusement au moins 2 pistes pour aller (beaucoup) plus loin en taille possible :

1) choisir des moteurs plus légers par rapport au couple : soit en prenant des moteurs « mieux optimisés » (si tu en trouves), soit en prenant des moteurs avec une réduction plus importante (un moteur qui tourne 2 fois moins vite peut te donner deux fois plus de couple pour le même poids).

2) le gros problème actuellement, c’est que les moteurs portent tout le poids de ton robot : si les moteurs n’avaient qu’à déplacer la jambe au lieu de porter tout le poids du robot, ça irait beaucoup mieux : pour ça, il existe une solution « assez » simple : rajouter des ressorts ou des élastiques qui supportent une bonne partie du poids du robot. Pour commencer, tu peux tendre un élastique entre deux sommets de tes losanges (les deux qui sont à mi-hauteur). Je pense que l’idéal est que l’élastique compense à peu de chose près le poids du robot (ie que le robot tienne debout si tu n’alimentes pas les servos, voir même si tu détache les palonniers des servos)



#20 Oracid

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Posté 01 décembre 2021 - 11:40

Merci, Sandro, pour cette très longue et très intéressante réponse. J'ai quand même un peu honte de voir que tu es éveillé, tard dans la nuit, à cause de mon ignorance.

Je ne vais pas commenter point par point toutes tes remarques, j'en serai bien incapable. Néanmoins, je pense, j'espère, avoir compris le sens de tes explications.

 

- le poids des servos et de la batterie cumulés est d'environ 1kg. Considérant que mon robot fait environ 2kg, oui effectivement, on est à 50%.

 Mais attention, le poids d'une partie de la structure est dû à la taille nécessaire pour monter des escaliers, ce qui est mon objectif, alors que l'autre partie est dû à la rigidification obligatoire, en raison du poids des servos.

- faire une réduction de la vitesse du servo pour augmenter le couple est tout à fait envisageable, mais c'est exactement ce qui est fait par les fabricants dans leurs séries de servos. Voici un lien qui montre plusieurs séries de servos basées sur les différentes tensions ou les différentes motorisations.  http://www.spt-servo.com/ Autant, utiliser le servo qui est le plus proche de sa convenance.

- ton idée d'élastique entre les "genoux" du losange est très intéressante, mais je me demande si cela ne va pas nécessiter une augmentation du couple des servos. Je vais faire le test, je veux en avoir le cœur net !

- il ne m'a pas semblé que tu ais évoqué la possibilité d'augmenter le couple par l'augmentation de la tension. C'est précisément ce que je fais avec les MG92B qui sont prévus pour max 6V. Je les alimente en 7.4V(8.5V, 2S). Je considère ce servo comme étant réellement exceptionnel. C'est grâce à son faible poids, sa vitesse et son prix que mes quadrupèdes fonctionnent. Si je pouvais augmenter la tension de ces servo j'aurais peut-être une partie de la solution.

- existe t-il des servos qui répondent à mon besoin ? Malheureusement, je ne les connais pas tous, mais j'en ai commandés quelques uns . . .

 

Voici 2 vidéos qui montrent que, néanmoins, un grand quadrupède est réalisable. Les servos utilisés sont dans la gamme des 25kg.cm à 50kg.cm ce qui est acceptable pour moi. Bizarrement, le mécanisme utilisé est un mécanisme série et non pas parallèle (5 barres), ce qui à mon avis est une erreur. Mais bon, ça fonctionne.

 

 

 

Merci encore, Sandro.






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