Wirbelsäule für humanoiden Roboter

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

Zitat:

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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.

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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.

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 ;)

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. :-b

Gruss

Devid

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.

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)

Ich habe die Idee von AlKI einmal in eine Zeichnung gefasst, ich hoffe das stimmt so, wenn nicht bitte korrigiert mich :-)

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,

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

Zitat:

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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)

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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

deshalb war mein Vorschlag, einzelne Abschnitte zu machen.

eigentlich müsste man die Seile durch viele Muskeln ersetzen. wenn jemand von euch den "Pneumatische Muskeln- ..."-thread beobachtet:
https://www.roboternetz.de/phpBB2/vi...er=asc&start=0
sowas bräuchte man eigentlich^^
Pro Glied 4 Muskeln und 8 ventile...
da gibts auch links zu humanoiden roboterteilen, nur sind die ohne wirbelsäule.

Ich glaube 3-5 Abschnitte mit jet 5-15Gliedern (das letzte Kreuz des einen und erste des nächsten Abschnittes sind halt dasselbe) sollten genügen.

Das schwerste wird die realisierung der kopfdrehung...


Ich glaube, deine Idee hat auch einen Haken: was ist, wenn du nur in der mitte eine bewegung haben willst? da stören dann die drüber und drunter weil sie die seile blockieren.

Die natürlichen Bandscheiben der Wirbelsäule sind im verhältnis breiter als hoch. der Druck verteilt sich also auf ner großen Fläche. Bei den Kugeln ist es immer nur ein recht kleiner Punkt. Deswegen würde so ne Kugelketten anortnung eher seitlich ausknicken als eine Wirbelsäulenkonstruktion mit künstlichen Bandscheiben. Deswegen währe
eine künstliche Wirbelsäule mit flachen, breiten Bandscheiben sicherer.
Auch wenn man dadurch pro Wirbelkörper mit Bandscheibe nur nen recht kleine krümmung hin bekommt. Wie ichs schon oben erklärt habe summieren sich die einzelnen Krümmungen der Wirbelkörper mit Bandscheiben zusammen.

Es seiden man möchte unbedinkt, so einen spielraum in der Wirbelsäule hinkriegen, wie bei den Zirkusartisten (Schlangenmenschen), die in der lage sind sich den eigenen Kopf in den :-# :-# :-# stecken. 8-[ . Dann funktioniert es mit der selbstgebauten Wirbelsäule mit Badscheibenkonstruktion eher nicht.

Was auch ginge, aber recht schwer zu bauen ist, dass man die Wirbelkörper obennach innen gewölbt und unten eine Halbkugel anbringt. Dass ganze hält aber nur auf Druck. Man könnte es aber mit der Kreuzteil Methode von ALKi kombinieren. :-k

Gruss Devid

Also erstmal vielen Dank für die Antworten!

Das Prinzip bleibt ja in allen Fällen das Gleiche.
Die Wirbelsäule in mehrere Segmente aufzuteilen, ist auch mein Plan.
Ich vergaß zu erwähnen, sorry.

Mit den Seilzügen habe ich mir das genau so vorgestellt.
Der einzige Unterschied zu der Variante mit den Kreuzen ist, dass die Zugbefestigung nicht absteht.
Ich habe mir das ganze mehr wie Eierbecher vorgestellt, an denen außen 4 Ösen angebracht sind, durch welche die Zugseile gefädelt wären.

Die in meiner Skizze grün gezeichneten Zugringe wäre unabhängig von den Zugseilen zur Stabilisierung der einzelnen Gelenke, also um den Druck auch bei bewegung der Zugseile auf einem gewissen niveau zu halten, damit die Konstruktion nicht zur Seite ausbricht.

Mir stellt sich die Frage, ob das ganze realisierbar ist, da die Materialien auch eine große Rolle spielen.

Etwas möglichst leichtes, bezahlbares, abriebresistentes, was zudem noch halbwegs gut bearbeitet werden kann wird sich kaum finden, jedoch sind diese Voraussetzungen für die Konstruktion unerlässlich ^^
Ich bin hier leicht am verzweifeln ;)

...Marco

aus Rohren kardangelenke bauen? die kugeln können ja durch sowas ersetzt werden.

wenn man beispielsweise ein 7cm Metallrohr mit 1mm wandstärke nimmt und alle 7cm das rohr pfeilförmig absägt (ansicht von oben: >> von der seite: <<) und in die Spitzen (von einer zur anderen seite) achsen mit nem kugellager in der mitte drauf. wenn man die kugellager zweier rohrstücke dann (naja eher vor dem einbau) in einen gemeinsamen Lagerblock steckt, hat man ein kardangelenk.
man muss halt bei dem anbringen des lagerblocks darauf achten, dass er und die kugellager zugkräften und nicht druckkräften ausgesetzt sind. (die achse des oberen rohrstücks in das untere kugellager, die des unteren rohres in das obere kugellager)

man bräuchte für das erste gelenk 2 rohre (für jedes weitere nur ein rohr mehr), 2 achsen, 2 kugellager und einen lagerblock.
für die seile einfach 4 (gewinde)stangen ausen an das rohr dran (loch reinbohren, mit muttern befestigen) und da drauf ne öse oder so befestigen.

Kardangelenke sind im Gegensatz zu Kugelgelenken torsionssteif. Das dürfte dem natürlichen Bewegungsablauf nicht entgegenkommen.
Eine einfache Konstruktion eines Gliederarms findet man häufig bei Meßstativen, z.B. hier aus Rohrstücken und Kugeln (die Eierbecherversion findet man auch gelegentlich):
http://www.okm-jena.de/index.php?Nod...94&Language=DE
Die Kugeln sind durchbohrt und auf ein Stahlseil gefädelt, damit das ganze nicht auseinanderfällt. Durch Spannen des Stahlseils an dem kleinen Hebelgriff kann die Konstruktion versteift werden.
Will man Verschleiß durch gleitende Reibung vermeiden, bieten sich, wie Devid schon sagte, elastische Glieder an. Neben Gummidämpfer könnte man auch an steife Schläuche, Kunststoff (Well)rohre, Stäbe aus Metall / faserverstärktem Kunststoff oder Schraubenfedern denken.

das is auch mal genial!

die Konstruktionsweise muss ich mir merken. das Stahlseil in der Mitte gibt dem ganzen noch mehr Stabilität

Hier noch kurz die "Eierbecherversion". Man findet solche Gelenkschläuche häufig an Werkzeugmaschinen für die Zufuhr von Kühl-Schmiermittel:
http://www.cncprofi.eu/index.php?act...777aee8ee2584d
Die Konstruktion ist denkbar einfach, die Kunststoffteile sind ineinandergeklipst und haben soviel Reibung, dass der Schlauch in der Form bleibt, wie man ihn gebogen hat.

@marcoveric: Wie hast du das Problem mit der Wirbelsäule jetzt gelöst?

Kannst du ein paar Bilder der Lösung posten? Würde mich sehr interessiern.

Grüßle

Ich sehe bei dem Projekt bei einem Humanoiden schwarz.
Bei einer Schlange, Fisch, Wurm funktioniert das prima.
Aber bei einem Humanoiden ist das Gewicht (aufrechte Wirbelsäule),
die zu stützenden Kräfte und daraus resultierenden Muskeln nicht realisierbar.
Nicht umsonst hat es noch Niemand gemacht.
Wie willst Du das Skelett bewegen. Servos + Stahlseile?
Das Problem ist weniger die Wirbelsäule (obwohl auch ein Problem, sondern die nachträgliche Stützung durch Muskeln.

Moderne teure Humanoide arbeiten viel mit Materialforschung.
Sprich z.B. Magnesiumlegierungen um Gewicht zu sparen.
Eine Wirbelsäule allerdings führt durch die aufwendige Steuerung zum Gegenteil. Schließlich hängt oben ja noch Kopf und Arme dran.

Die Natur ist da eine ganze Ecke weiter.

Hier ist ein interessantes Video dazu

http://netzspannung.org/cat/servlet/...105406&lang=de

Da steht zwar was von künstlicher Intelligenz im Titel, es geht dort aber tatsächlich darum, wie man den Körper eines Roboters möglichst effizient gestaltet um mit einer minimalen Steuerung auszukommen. z.B. durch geschickte Wahl der Materialen, richtige Elastizität, geschickte Anordnung der Sensoren usw.
Witzig fand ich den erwähnten "Forkleg" Roboter, der zu einem Grossteil aus Plastikbesteck gebaut wurde, weil das gute mechanische Eigenschaften hat(Leicht, elastisch).

ähm das video geht nicht :(

War ein Fehler im Link.
Jetzt sollte es gehen.

sicher? ich komm auf dieselbe seite wie voher.

kanns sein, dass man nicht über links draufkommt?

sag doch mal, wie man auf die seite kommt (von nem garantiert funktionierenden link aus)

Komisch, bei mir funtioniert der Link.
Wenn es nicht funktioniert, versuchs mal hier
http://netzspannung.org/tele-lecture...-turn/#WS_2002
Und dann unter "Rolf Pfeiffer" auf "Video" klicken