Schlagzeugroboter

[Ranx]

Hallo zusammen,

ich bin wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachgebiet Mechatronik im Maschinenbau der Technischen Universität Darmstadt, und für meine Dissertation möchte ich einen humanoiden Roboter konstruieren, dessen Arme relativ große Beschleunigungen mitmachen, allerdings nur geringe Lasten tragen und eine Fläche von der Größe eines Pizzatellers treffen müssen. Dabei ist der Ort des Treffers auf der Fläche mit großer Toleranz bemessen (+- 50mm), der Trefferzeitpunkt muss jedoch präzise einstellbar sein, ähnlich etwa wie bei einem Schlagzeuger. Die Armbewegungen beim Schlagen der Flächen sollen denen eines Menschen möglichst ähnlich sein. Die Aktoren in den Handgelenken müssen mindestens 5 Vor- und Zurückbewegungen in der Sekunde machen können, also 5 Hz, besser etwas mehr. Die dabei gefahrenen Weg-Amplitude betrgägt etwa 50mm, bei minimaler Last (etwa Masse eines Schlagzeugstockes + Masse des beschleunigten Greifers). Man stelle sich einfach die mechanische Abbildung eines Schlagzeugers vor, der die programmierten Sequenzen spielt, natürlich als Sequenz programmier- und abspielbar. Der Roboter muss weder laufen, noch sehen noch hören können. Die Auslösung der vorprogrammierten Weg-Zeit-Verläufe der einzelnen Achsen soll via MIDI geschehen, ein Protokoll, mit dem auch Synthesizer und andere elektronische Musikinstrumente angesteuert werden. Die Übersetzung in ein für die Aktoren verständliches Signal sollte eigentlich das geringste Problem sein. Das Budget ist relativ klein, etwa 1000 € /Monat. Ende des Jahres soll der Roboter Schlagzeug spielen können. Ich habe den RB-1000 von Graupner gesehen und war danach der Meinung, dass das oben beschriebene Projekt mit dem zur Verfügung stehenden Geld realisierbar ist, d.h. ein dem RP1000 sehr ähnlicher, modifizierter Roboter in Menschengröße zu bauen ist, der sich wie ein Schlagzeuger bewegen kann. Sehr gerne würde ich dabei auf die von Graupner angebotenen Programmierungssoftware zurückgreifen können.

Ein erstes kinematisches Modell sieht etwa so aus:

1. Fußgelenke: jeweils 1 Freiheitsgrad (Heben und Senken des Fußes, max. Weg-Amplitude 50mm bei bis zu 5 Hz, Last = Eigenmasse+Trägheitskräfte + ca. 500g )
2. Hüfte: Ein Freiheitsgrad (Drehen des Oberkörpers), der Roboter ist sitzend fest montiert.
3. Schultergelenke: Jeweils 2 Freiheitsgrade (Drehung in Armachse, sowie Heben und Senken des Oberarmes)
4. Ellenbogen: jeweils 2 Freiheitsgrade (Drehung in Armachse sowie Beugen und Stecken)
5. Handgelenke: Jeweils 1 Freiheitsgrad (Hin- und Herbewegen der Faust mit Stock, 50mm Wegamplitude bei 5 Hz praktisch nur unter Eigenmasse und Trägheitskraft der Faust)
6. Kopf: 2 Freiheitsgrade (Drehen und Nicken)

Wichtig: Der Weg-Zeit Verlauf muss für jede Achse detailliert programmierbar sein, je intuitiver, desto besser, etwa durch Führen der Hand/des Armes/ und Aufzeichnung der kombinierten Bewegung.

Meine Frage ist jetzt an die erfahrenen Roboterbauer unter euch gerichtet:
Habe ich mit meiner Annhame recht, ist das mit moderatem Budget realisierbar, wenn alle Entwicklungs- und Konstruktionsarbeit selbst geleistet wird ?

Zweite Frage: Welche Bauteile, speziell welche Aktoren welcher Hersteller kommen für mich in Frage, bzw. welche erhältlichen. fertigen Baugruppen kann man verwenden und was kosten sie ungefähr ? Kann ein kleiner, ausgemusterter Industrieroboter (welcher? ) helfen oder sind die alle viel zu groß und zu stark ?
Am liebsten würde ich den RB-1000 einfach in Menschengröße nachbauen, etwa bis zur Hüfte, dann die Arme modifizieren. Was brauche ich dafür ?
Für alle Anworten höchst dankbar,

Ranx

[Manf]

Ist der Haile bekannt? Es ist immerhin schon mal ein erprobtes Modell.
http://www.youtube.com/watch?v=veQS6tsogAA
http://www.youtube.com/watch?v=3MvKY...elated&search=
http://www.youtube.com/watch?v=5w71p...elated&search=

http://createdigitalmusic.com/2005/1...w-they-did-it/

Sonst Fredy Fantastico
drum robot fredy fantastico
robotdrummer MIDI controlled
http://www.youtube.com/watch?v=UH9Ah...elated&search=

Oder Aisha
Newly named "Aisha" entered a robot competition in Tokyo. Aisha got tense so much in the debut. She froze in the middle of the song before the audience. So sorry, not her responsibility. again!! But she got the award of technology.
http://www.youtube.com/watch?v=3rLcU...elated&search=
Manfred

Bild hier   Bild hier   Bild hier  

[Ranx]

Ist der Haile bekannt? Es ist immerhin schon mal ein erprobtes Modell.

Nein, vielen Dank für den Hinweis !!! Weiß jemand, was der da verbaut hat ? Ich konnte keine Homepage des Erbauers finden. Die Bewegungen sind jedoch nicht so flüssig, wie etwa die des Graupner RB-1000, siehe

http://www.graupner-robotics.de/flash/robotics_d.html

In unserer Anwendung geht es neben der zeitlichen (nicht der örtlichen !) Präzision auch sehr um die Abbildung realistischer, d.h. menschlicher Armbewegungen sowie um ein höheres Tempo !!

was die Handgelenke und Füße angeht, scheinen diese Jungs hier eine Lösung gefunden zu haben:

http://www.graffagnino.net/wwwpeart/

Ich stelle mir nun einen lebensgroßen RB-1000 vor, dessen Hand- und Fußgelenke pneumatisch bewegt werden, mit der von den graffagnino-Kollegen verwendeten Technologie. Schulter- und Ellenbogengelenke sowie Hals und Hüfte sollen servoelektrisch angetrieben werden, allerdings sollen die Weg-Zeit-Funktionen flüssiger sein, d.h. bei Auslösen der Bewegung einer Achse ein frei editierbarer Weg-Zeit-Verlauf abgefahren werden, der zugehörige Geschwindigkeits-Zeit-Verlauf sollte zunächst linear ansteigen bis Vmax, eine Zeit t auf Vmax verweilen und dann linear abfallen. Die Parameter Steigung des Geschwindigkeitsanstiegs, Vmax, t mit Vmax sowie Steigung des Geschwindigkeits-Abfalls sollten editierbar sein. Große Frage: Was brauche ich dafür, speziell welche Servos und welche Steuerungen ? Wer hätte vielleicht sogar etwas passendes zu verkaufen ?


Gruß, Ranx

[Manf]

Weiß jemand, was der da verbaut hat ? Ich konnte keine Homepage des Erbauers finden.

1. http://www-static.cc.gatech.edu/~gilwein/

2. http://www-static.cc.gatech.edu/~gilwein/Haile.htm

3. http://coa.gatech.edu/~gil/The%20Per...0submitted.pdf
Manfred

[Ranx]

Weiß jemand, was der da verbaut hat ? Ich konnte keine Homepage des Erbauers finden.

1. http://www-static.cc.gatech.edu/~gilwein/

2. http://www-static.cc.gatech.edu/~gilwein/Haile.htm

3. http://coa.gatech.edu/~gil/The%20Per...0submitted.pdf
Manfred

Nein, nein, ich meinte den Japaner mit seiner Aisha

[Manf]

Hier gibt es weitere Angaben zum Aufbau von Aisha.
http://robot.watch.impress.co.jp/cda...03/13/405.html
http://translate.google.com/translat...&hl=de&ie=UTF8

[goara]

hab mal sowas gebaut: http://dyyyh.de/pics2/060206congatronic/index.htm , zum begleiten von elektrtonischer musik... sieht zwar net sehr robotisch aus, aber macht shcoenen sound.. isnd auch 2 videos unten dran..
wird nur mit hubmagnetan angetrieben...

[sigo]

Für sehr genaue Weg-Zeit-Profile würde ich wie folgt vorgehen:

Unterlagerten digitalen Lageregler, da du unter Kostendruck stehst, entweder als fertigen Chip oder aus µController selbstprogrammiert, der folgendes kann:

Einen Bewegungsvektor "on the fly" also während der Fahrt selbstständig umsetzen, sodass der Servomotor immer genau am Ort- und Zeitpunkt ist.

Dann einen Controller, der die einzelnen Achsen mit den Vektoren versorgt. Das kannst du dann selber proggen..

Wenn du den o.g. Bewegungscontroller nicht selbst programmieren möchtest, kannst du z.B. auf den LM629 von National Semiconductor zurückgreifen. Der regelt das Weg-zeit-profil im 250µs Raster.

Der regelt quarzgenaue Weg-Zeit-Profile (immer trapezförmig) mit einstellbarer Drehzahl, Beschleunigung, und Position.
Man kann die Position und Drehzahl (n+1 te) während der Fahrt ändern.
Normalerweise kann man die Beschleunigung nicht während der Fahrt ändern. Aber dazu gibt es eine Applikation, wie es eben doch geht..
Wenn du alle 3 Parameter on the fly an den Controller schicken kannst, wird er auch nach der gegeben delta T und delta S an der Position sein...
Ohne Regelaufwand für den Master. Der Controller bietet die Möglichkeit, dass man einen sog. Breakpoint setzt, eine Position, bei der der Controller beim Master einen Interrupt auslöst. So kann man den Controller interruptgetrieben mit dem n+1 ten Wert versehen...
Streng genommen macht das Teil zwar trapezförmige Drehzahlzeitprofile, aber wenn man oft genug Vektoren schickt, wird die Bewegungsehr flüssig, da es je nur geringe Beschleunigungsänderungen pro dT sind und man die Beschleunigung eben auch ändern kann..

Da der LM629 schon ein bisle betagt ist, aus Zeiten, da die Microcontroller noch nicht so leistungsstark waren, liegen meine Erfahrungen mit dem Teil schon ca. 15 Jahre zurück. Aber es gibt ihn immer noch, und man kauft sich eben ne Menge Programmierstunden damit ein.

Die Alternative wäre einen ähnlichen Regler selbst zu proggen.
Ich benutze hier einen AVR ATtiny 2313 mit 1ms Sample-time.
"on the fly" kann ich leider bisher nur eine Position mit max. Beschleunigung anfahren. Er kann auch ein Trapezförmiges Drehzahlprofil abfahren, mit einstellbarer Beschleunigung und Drehzahl, leider aber (bisher) nicht "on the fly".

Evtl. bringt dich ja das Lesen der LM 629 Manuals auch in BEzug auf andere Lösungen weiter.

Sigo