Design af tobenet robot AAU-BOT1

Student thesis: Master thesis (including HD thesis)

  • Lars Fuglsang Christian
  • Allan Agerbo Nielsen
  • Mikkel Melters Pedersen
4. term , Design of Mechanical Systems, Master (Master Programme)
Formålet med dette projekt er at udvikle det mekaniske design til en antropomorf tobenet robot med menneskeproportioner, inklusive den mekaniske og elektriske effekttransmission. Designet verificeres og dokumenteres i form a tekniske tegninger. Fremstilling og efterfølgende montage igangsættes, således at en færdig robot står klar før påbegyndelsen af efterårssemestret 2007. Et overblik over den forhåndenværende opgave præsenteres gennem indledende analyser af eksisterende robotter og principperne bag menneskelig gang, herunder koncepter vedrørende balance vedligeholdelse. En kravspecifikation for robotten, baseret herpå, opstilles i samarbejde med alle forskere der deltager i projektet. De dimensionerende belastninger tilvejebringes gennem invers dynamisk analyse af bevægelsesmønstret for en testperson, hvilket opnås eksperimentelt vha. motion capture. Et dimensioneringsgrundlag der leder til et meget let design opstilles efterfølgende. Designet udvikles iterativt pga. den indbyrdes afhængighed af strukturelle dele og effekttransmissionsdele. Den lettest mulige motor/gear kombination udvælges fra en population af kandidater vha. et computerprogram. De strukturelle dele designes parallelt hermed under anvendelse af intuitiv vægtminimering. Det endelige design verificeres mht. strukturel tilstrækkelighed og levetid for de udvalgte effekttransmissionskomponenter. Disse belastes hårdt for at opnå en lav totalvægt, ved brug af lette komponenter. For at sikre at effekttransmissionskomponenterne ikke beskadiges pga. for store belastninger opstilles en øvre grænse for hvor meget strøm der må ledes til hver enkelt motor. Et tidsdomæne simuleringsværktøj fremstilles, baseret på forward dynamisk analyse og en foreløbig styringsstrategi. Vha. dette kan kompositionen af de udvalgte effekttransmissionskomponenter og det endelige mekaniske design verificeres, under hensyntagen til alle dynamiske og kontaktrelaterede effekter, ved at simulere forskellige gangcyklusser. Tillige udvikles en letvægts kraft og moment sensor, som skal levere input til den endelige styring, angående kontaktkræfter mellem fødderne og gulvet. Den udviklede sensor kalibreres og dens funktion verificeres eksperimentelt. Slutteligt udvikles en optimeringsrutine til vægtminimering af strukturelle dele. Dette baseres på complex optimeringsmetoden i samspil med FEM programmet Ansys. Optimeringsrutinen foreslår kontinuerligt forbedrede designs som evalueres automatisk vha. FEM, indtil et optimum findes.
LanguageEnglish
Publication date2007
Number of pages195
Publishing institutionInstitut for Maskinteknik
ID: 9778651