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Thema: Wirbelsäule für humanoiden Roboter

  1. #1

    Wirbelsäule für humanoiden Roboter

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    Hallo zusammen!

    Ich möchte mich an einen humanoiden Roboter wagen, der eine Körpergröße von ca. 1.200 mm haben soll.

    Nach einigen Testläufen stelle ich fest, dass ein natürlicher Bewegungsablauf nur mit einer Nachbildung eines menschlichen Skeletts realisierbar ist.
    Ich habe in diversen Online-Shops Skelettmodelle gefunden, die mit entsprechenden Modifikationen gut als Grundgerüst geeignet wäre, jedoch bleibt das Problem der Wirbelsäule.

    Da ich natürlich keine Bandscheiben nachbilden kann, weiß nicht nicht, wie ein natürlicher Bewegungsablauf mit möglichst geringer Abnutzung zu realisieren wäre. Die Bewegung erfolgt durch vier Stahlseile und zwei entsprechende Motoren.
    Das ganze muss natürlich auch zur Seite geneigt werden können (Gleichgeweichts-Ausgleich).
    Ich dachte daran, die Wirbelsäule Maschinengerecht nachzubilden
    (Siehe Skizze).

    Hat jemand schon Erfahrungen mit einer solchen Konstruktion gemacht?
    Welche Materialien wären geeignet und nicht zu teuer (Abnutzungsresistent)?

    Bandscheibenvorfälle sollte es nicht zu oft geben

    Schonmal vielen Dank!

    Gruß,

    Marco
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken wirbel.jpg  

  2. #2
    Benutzer Stammmitglied Avatar von Devid
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    Da ich natürlich keine Bandscheiben nachbilden kann, weiß nicht nicht, wie ein natürlicher Bewegungsablauf mit möglichst geringer Abnutzung zu realisieren wäre.
    Klinkt interessand.
    Hab mich auch mal damit auseinandergesetzt. Bandscheiben brauchst Du nicht selber zu Bauen! Nimm Schwingungsdempfer oder auch Gummidempfer für die Bandscheiben. Die konnen sich auch gut neigen.

    zB. http://www.bikertech.de/html/gummidampfer.html
    http://www.strom-erzeuger.com/schwingungsdaempfer.htm

    Viel erfolg dabei.

  3. #3
    Vielen Dank für den Hinweis!
    Die Idee ist super, da das Ganze wohl auch wesentlich stabiler ist!

    Das einzige Problem ist dann nur noch die Beweglichkeit bzw. der Kraftaufwand um diese nachgebildete Wirbelsäule zu krümmen.

    Die Schwingungsdämpfer federn wieder in ihre Ursprungsposition zurück, was das ganze sehr unbeweglich macht bzw. sehr viel Motorleistung für die Krümmung erfordert.

    Für einen ausgeprägten Gleichgewichtssinn sollte eine Korrektur der Position schnell und mit möglichst geringem Kraftaufwand für die Motoren möglich sein.
    Oder habe ich vielleicht das System dieser Idee falsch verstanden?

    Die jeweilige Krümmung sollte bei stehendem Moter ggf. auch beibehalten werden können, was ohne riesige Motoren nur durch eine entsprechende Untersetzung möglich ist.
    Ist die Untersetzung jedoch zu groß, verliere ich natürlich wiederum an Reaktionsgeschwindigkeit.

    Ich hoffe du kannst meinen etwas wirren Ausführungen folgen

  4. #4
    Benutzer Stammmitglied Avatar von Devid
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    Eine gewisse steiffichkeit wird die Wirbelsäule schon haben. Doch die natürliche Wirbelsäule hat auch ihre steifichkeit. Die Muskeln, die eine Beugung im Lendenwirbelbereich herforruhfen liegen ja lateral also seitlich, aussenliegend am Körper. Dadurch ergibt sich ein grösserer Hebel
    Es dürfte sich also leichter biegen lassen. Jenachdem währe es besser, wenn Du einen möglichst grossen Hebel erzeugst.

    Und zumal, wenn Du mehrere Wirbelkörper mit Gummidempfer aufbaust, dann werden sich schon bei kleineren Kräften, jeder Dempfer um wenige Krad neigen. Diese einzelnen Neigungen der Gummidempfer zusammen gerechnet ergibt sich eine deutlich grössere Neigung.

    Da dein Projeckt schon ziemlich hochgesteckt ist, ist dies eher das Kleinste problem. Vieleicht dass Ganze ersteinmal als modell Betreiben um die mechanische Funktion zu testen. Den Torso deines Bots, soltest du vileicht so aufbauen, dass der Schwerpunkt möglichst mittig liegt. Dann dürfte er nicht so schnell ausem gleichgewicht kommen. Ist aber nur ein gedanke von mir.

    Gruss

    Devid

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Ganz klar ist mir die geplante Konstruktion noch nicht geworden.
    Ich möchte aber trotzdem zu Bedenken geben, dass eine Anordnung von mehreren Gelenken hintereinander gegenüber Druckkräften nicht stabil ist, sondern bei entsprechender Belastung seitlich ausknickt (dieser Effekt wird einem intuitiv klar, wenn man versucht, eine Fahrradkette senkrecht hinzustellen). Auch die seitlich angeordneten Seile sind nicht geeignet größere Druckkräfte zu übertragen, soweit ich es verstanden habe sollen sie auf Zug beansprucht werden, also die Wirbelsäule zusätzlich auf Druck vorspannen.
    Ich kenne mich in der Anatomie zuwenig aus, vermute aber, dass beim biologischen Vorbild zu jedem Gelenk und Freiheitsgrad ein Muskelpaar gehört, das das entsprechende Gelenk stabilisiert. Das ist freilich eine aufwändige und bekanntlich fehleranfällige Konstruktion die nicht wirklich befriedigt. Im technischen Nachbau bräuchte man dann entsprechend viele Aktuatoren, was die Sache zusätzlich schwierig macht.

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Es gibt modelle von wirbelsäulen, die funktionieren mit eben diesen 4 (2 doppelt genutzten) Seilen.

    nimm ein kreuz, mach in die mitte ein Loch, leg darauf ne Kugel die deutlich größer ist als das loch (1,5-2x so groß) und leg da drauf nochmal son kreuz. so kannst du weitermachen. dann machst du an die 4 enden jedes kreuzes ein kurzes rohrstück und ziehst die 4 seile durch (besser 2, jedes einmal auf der einen seite durchgezogen und dann auch noch auf der anderen (eben 90°versetzt))

    wenn du jetzt die enden der Seile an den letzten Röhrchen festbindest (an einem ende der "Wirbelsäule") kannst du durch nachlassen/anziehen der Seile gegenüber der konstruktion die wirbelsäule biegen. du musst eben wenn du an einer seite das seil kürzer machst an der anderen seite nachlassen.

    Ist etwas schwer zu erklären. hoffe man verstehts...


    evtl muss auch ne begrenzung des bewegungsradius der einzelnen elemente eingebaut werden (kurzes rohr über die kugel/etc)
    Gruß, AlKi

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  7. #7
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    Ich habe die Idee von AlKI einmal in eine Zeichnung gefasst, ich hoffe das stimmt so, wenn nicht bitte korrigiert mich
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken wirbels_ule.jpg  

  8. #8
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    öh, ja, so ähnlich, die Kreuze evtl etwas dicker, also in er höhe mehr und die kugeln kleiner, aber ansonsten: genau so.
    Die Seile halt unten an dem kreuz festmachen, und oben wo sie sich kreuzen auch(an der kugel), und wenn dann die obere kugel gedreht wird, sollte sich das ganze biegen.

    das ist jetzt natürlich nur recht grob, muss "man" XD noch verbessern, aber vom prinzip genau das was es schon gibt (als anschauungsmodell)


    Hab langfristig vor, mir mal ne art Exoskelett in Dinoform als Faschingskostüm (und zum andere erschrecken) zu bauen, darum hab ich mir darüber mal Gedanken gemacht. wenn die obere Kugel jetzt durch zwei Motoren ersetzt wird, kann man das ding steuern.

    für ne "echte" wirbelsäule sind dann wohl mehrere abschnitte nötig, die unabhängig voneinander funktionieren (oberer/unterer Rücken wohl bei dir marco (evtl auch Hals) bei mir oberer/unterer Hals, mind. 1x Schwanz)
    Gruß, AlKi

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  9. #9
    Benutzer Stammmitglied
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    Moin,

    mit dem thema hat sich auch schon mal gemand auseinander gesetzt, aber leider nicht mehr recht weitergemacht.
    http://www.xrobots.co.uk/android10part2/
    die bilder und erklärungen finde ich jedenfalls recht aufschlussreich

  10. #10
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Zitat Zitat von AlKI
    öh, ja, so ähnlich, die Kreuze evtl etwas dicker, also in er höhe mehr und die kugeln kleiner, aber ansonsten: genau so.
    Die Seile halt unten an dem kreuz festmachen, und oben wo sie sich kreuzen auch(an der kugel), und wenn dann die obere kugel gedreht wird, sollte sich das ganze biegen.

    das ist jetzt natürlich nur recht grob, muss "man" XD noch verbessern, aber vom prinzip genau das was es schon gibt (als anschauungsmodell)


    Hab langfristig vor, mir mal ne art Exoskelett in Dinoform als Faschingskostüm (und zum andere erschrecken) zu bauen, darum hab ich mir darüber mal Gedanken gemacht. wenn die obere Kugel jetzt durch zwei Motoren ersetzt wird, kann man das ding steuern.

    für ne "echte" wirbelsäule sind dann wohl mehrere abschnitte nötig, die unabhängig voneinander funktionieren (oberer/unterer Rücken wohl bei dir marco (evtl auch Hals) bei mir oberer/unterer Hals, mind. 1x Schwanz)
    Moin moin.

    Wird so nicht wirklich klappen, diese Wirbelsäule kann so nur gesamt
    gekrümmt werden. Achtet einmal bei euch selber darauf wie vielfältig
    sie eure Wirbelsäule beim Bücken, Heben, Aufstehen .....bewegt!

    Eine Möglichkeit so etwas technisch nachzubauen währe z.B. die
    einzelnen oder mehrere Wirbel, je nach Bedarf, FEST zusammen zu
    Schalten. Dann können die Zugseile immer nur einen bestimmten
    Bereich der Wirbelsäule Krümmen, das währe dann schon einmal ein
    möglicher Ansatz.

    Damit aber die Beweglichen Absätze der Wirbelsäule auch noch
    in unterschiedlichen Richtungen gerümmt werden können, müssen
    die Zugseile an jeden einzelnen Wirbel eine gesteuerte Freilauf
    Möglichkeit haben.

    Gruß Richard

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