Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Grant Imahara谈论他的机器人

我对工程学的热爱又回归了。当我3岁时,我得到了我的第一个乐高套装。我会说它改变了我的生活,但在那个年纪,我真的没有太多的经验继续下去,所以更好的说它有助于塑造我解决问题的方式。我学会了在模块化系统中工作,并使用我可以使用的部件来构建我想象的东西。基本上,我想象的是工程职业。

[本文首次出现在Make:magazine第39卷,第38-45页。]

当我在高中时,没有STEM(或STEAM)课程。没有Lego Mindstorms套件或者像FIRST这样的儿童机器人程序。事实上,我只是从大学辅导员那里学到了一名工程师。当她描述它的时候,我的头上点了一盏灯,我说:“是的, 那是 我想做的事。”

多年来,我一直在炸毁家庭影院设备,制作故事片,并利用科学揭穿都市传说。虽然特效,爆炸和车祸是令人兴奋的,但我最喜欢的是制造机器人。各种机器人。从世俗到彻头彻尾的危险。

这里只是几个老朋友和最爱。

“蜘蛛”

这个怪物的想法始于创造一个足以携带一个人的大型步行机器人。我从2007年5月开始,采用基于Lynxmotion hexapod套件的六脚设计。我按比例缩小接头并使用水刀从5/8“-thick 6061铝制切割腿部和车身面板。

每条腿都有一个重型电动机可以提升它,还有一个轻型电动机可以前后移动它。腿部设计经历了几次修改。我尝试了四组不同的电机/变速箱/外齿轮组合,然后才能获得恰到好处的提升运动速度和扭矩。由于每条腿内和周围的空间,我的外部装备选择受到限制,最终我最终使用内置电磁制动器的轮椅电机。

该控制系统围绕Parallax BS2p40微控制器和PSC伺服控制器构建,该控制器连接到甚至十几台Vantec RBSA23伺服驱动器。微控制器还运行一组固态输出模块,可自动接合和断开电机制动器,因此机器人在静止不动时不会浪费电力。

测试蜘蛛 - 当然是我创造的最重的机器人,超过625磅 - 证明是一个巨大的挑战。我自己工作到深夜,当机器人几乎压碎我时,有几个太近的电话。

专业提示:不要做我做的事情。切勿单独在重型或其他危险设备周围工作。

控制故障也证明是昂贵的。当腿部靠近挡块时,我经历了几个100美元的铸铁齿轮,电机一直试图转动,导致齿轮齿剪掉,像Tic Tacs一样在地板上下雨。在过去的几年中,将项目保留在货架上的原因是电动机的扭矩不足,来回摆动腿 - 不幸的是,这是“行走”运动的主要部分。选择它们的尺寸很小,但在项目可以移动(字面和比喻)到下一步之前,需要用更大,更强大的电机进行更换。

关键零件

»Parallax BS2p40微控制器

»Parallax PSC伺服控制器

»6×NPC B81 / B82电机

»6×NPC EJ818电机

»12×Vantec RBSA23(“Bully”)伺服放大器

»6×ODC5固态输出模块

»2×NPC-B1812 12V 22Ah密封铅酸AGM电池

有趣的事实

将蜘蛛移到我家的车库里是一个轻松的过程。将它装到卡车上几分钟就完成了(感谢 流言终结者 叉车),但在家里卸货需要4个人差不多6个小时,这是我做过的最危险的非工作相关事情之一。


“Deadblow”(战斗机器人)

在1995年的旧金山机器人大战中,我看到了一个非常强大,无情的锤子'机器人,名为“雷神”,这激发了我设计类似的东西,但使用气动(空气)动力而不是液压。我的版本使用彩弹氮气罐进行压缩气体储存,空气蓄能器和高流量高速阀门来驱动空气活塞来回摆动锤子。

我们反对像“BioHazard”和“Vlad the Impaler”这样令人生畏的名字的机器人,所以我决定用同名工具命名我的锤子机器人“Deadblow”。 (一个死锤是一种旨在最大限度地减少撞击后反冲的锤子。)我绘制了一个3D CAD模型,然后用丙烯酸激光切割原型。当我对所有部件和面板的配合感到满意时,我使用CNC铣刀切割铝制的“最终”部件。

但是,与战斗机器人竞争是一种不断升级的生活。我最终经历了三到四种装甲配置,六种不同的驱动系统,以及大量的轻微和主要的武器臂和空中系统调整,以便从我的部件中挤出更多性能。

人们常常会问,将这么多时间和金钱投入到可能被摧毁的东西中是否值得。我的回复? BattleBots就像一个非常酷的派对,你的机器人就是你进入的门票。它是关于测试你的想法对抗聪明,强硬的竞争对手,以及战斗的快感。受到伤害是乐趣的一部分。带回家的巨型坚果(奖杯)也不错。

关键零件

»6AL4V钛装甲和武器臂

»2024铝制上层建筑

»S7工具钢锤头

»镍氢电池组

有趣的事实

Deadblow非常受欢迎,它催生了一系列官方玩具,我被要求写一本书,我打电话给他 Kickin'Bot:构建战斗机器人的插图指南.


“Artoo”

时间:1997年5月。地点:英国的Leavesden工作室。拍摄 星球大战:第一集,即将开始,在Theed机库集上的事情并不顺利。具体来说,R2单位并不顺利 - 他们一直被抓到门轨道。我在Industrial Light&Magic的团队几乎没有时间让老化的道具机器人成型。

到目前为止,所有R2单位都在前脚荚中有一些形式的脚轮。我们对门问题的解决方案是使用不会落入裂缝的较大直径的车轮,并将其安装在可与机器人的其余部分一起主动转向的轴上。我们使用轮椅电机进行运动,安静而精确。我负责处理电力电子设备和无线电控制系统,包括混合新的转向部件。

拍摄之前 星球大战:第二集,我被要求更新整个R2车队的电子设备,从圆顶灯(又名“逻辑显示器”)开始。以前,大束光纤端接在由明亮的卤素灯照亮的旋转色轮上(自80年代早期以来没有改变),这给出了旋转的外观。我将卤素/色轮组合替换为两个冰球大小的LED阵列,由一个运行伪随机PWM序列器代码的微控制器驱动(最初是为Protector中的warp引擎开发的) Galaxy Quest)。我还制作了一个定制PCB,将所有照明功能整合在一个整齐的小包装中。

关键零件

»2×Invacare Power9000轮椅电机

»2×精工Tonegawa SSPS-105伺服系统(穹顶和转向轮)

»RC接收器

»Microchip PIC16C系列8位微控制器

»Vantec RDFR33电子调速

有趣的事实

我们制作的R2单元 第一集 最终成为“英雄”单位 - 最常用于拍摄特写镜头的单位。


“The Energizer Bunny”

2008年初,Eveready Battery公司委托Industrial Light&Magic为电视广告制作新一代Energizer Bunny吉祥物。我的八人小组有三个月的时间来完成三个新的机械兔子和两个非机械化的“装腔作势者”。我的责任是:所有的电子和无线电控制系统。

每个Bunny都有一个定制电路板和定制RC继电器,带有多个8位微控制器,用于解释无线电控制命令和执行多步运动 - 例如: 停止跳动, 举起武器, 旋转棍棒, 停止旋转, 下臂,和 恢复殴打.

内部结构是铝,具有真空形成的苯乙烯外壳。 Bunny总共有10个伺服电机,3个辅助电机和2个驱动电机,需要三个操作员:一个用于头部,一个用于臂,一个用于驱动。

该项目最具挑战性的部分之一是(出于合法,真实的广告原因)Bunny必须使用消费级Energizer电池。但是,由于有十几个车载电机 - 包括两个重型驱动电机 - Bunny具有巨大的功率要求,远远超出了现成的电池和电池组的容量。我的解决方案是并行连接大量的电线。我将总共44节AA电池塞入香蕉形包装盒中,就像AK-47夹子一样,它与鼓体内的所有其他电子元件一起隐藏起来。

关键零件

»3×RC接收器

»2×Microchip PIC16C系列8位微控制器

»4×RC速度控制

»10×Futaba S9402伺服系统

»44×AA电池

有趣的事实:

兔子有名字!他们是E,F和G - 又名伯爵,弗洛伊德和加思。


“杰夫彼得森”

2010年,Craig Ferguson邀请我设计并制作一个“机器人骷髅搭档”来帮助他主持深夜秀 在CBS上。 “保持简单,”他告诉我。

我使用了标准的塑料生物教室骨架,但用铝板替换了躯干,我安装了舵机和其他电子设备。 “Geoff”配备了三个高功率伺服系统 - 每个臂一个,颈部一个 - 每个可以提供27英尺磅的扭矩。头部还有一个较小的爱好型伺服器,可以颚部襟翼。

最初,Geoff有一个复杂的,基于iPad的无线控制系统和板载Wi-Fi路由器。微控制器解释了从iPad发送的触发命令,并播放了相应的声音文件,以及编排一组同步伺服动作,给予Geoff生命的幻觉。基本上,你会按下一个按钮,机器人会自行响应。在每个节目之前,制作人会加载一堆预编程的剪辑,然后从该库中选择以回应Craig。 (顺便说一下,这就是“球”成为杰夫的标语之一,因为它可以在许多不同的情况下使用。)最近,他们一直在操作杰夫与现场木偶操作者,这允许更大的自发性和更多的喜剧选择。 Geoff总是计划进行升级,最近,他有能力眨眼睛。

关键部件»Parallax Basic Stamp微控制器»Parallax Propeller伺服控制器»SparkFun MP3触发器»Wi-fi路由器»3×精工Tonegawa SSPS-105伺服器»Futaba S9402伺服»Wiznet以太网接口»2×开关电源

有趣的事实克雷格自己录制了杰夫的第一个声音。他听起来像一个带有苏格兰口音的Dalek。然后演员约什罗伯特汤普森接管了声音和控制杰夫,直到今天。


“Oddjob”

詹姆斯邦德的克星邪恶追随者的首选武器 金手指 是一个razorrimmed圆顶礼帽,他以致命的速度和准确性投掷。为了 流言终结者 测试,我们建立了自己的投球手 - 环刃 里面有一个削尖的钢圈。不幸的是,事实证明,对于人类来说,准确投掷太重了。

我们需要超人的力量,速度和精度,所以我建造了一个带有由大型气动缸驱动的投掷臂的钢架机器人。手臂上有一个“肘部”,第二个气缸用于扣住“前臂”,另一个气动“手指”指在帽子上。气缸提前加压,并通过1吨快速释放闩锁使臂保持张紧状态。诀窍是时机必须非常精确。我用限位开关来触发空气阀;当主臂摆动时,它击中了这些开关,导致前臂伸展,手指在恰当的时刻释放帽子。

关键零件

»4.5“直径。 ×24“行程气缸

»2“直径。 ×10“行程气缸

»1.5“直径。 ×6“行程气缸

»2×高速,大容量气动阀

»1吨快速释放闩锁

»ANSI#80链轮和滚子链

»限位开关

有趣的事实

在第二次尝试时,钢框帽实际上将头部从目标雕像上掉下来,我们非常兴奋......直到我们发现我们的“坚固的大理石”雕像实际上是空心的。随后,我们使用了一个坚固的混凝土雕像,这个帽子只能够切割。


“新娘”

杀死比尔,Uma Thurman的角色The Bride被活埋在一个木制的棺材里。她不是接受她的命运,而是利用她的武术技巧一遍又一遍地打开棺材盖子,直到它坍塌,然后她挖掘出来。为了 流言终结者 测试,我们需要一个可以反复冲击数小时的人 - 具有非凡的力量 - 而不会放弃。人类志愿者的名单非常短,所以我们选择了一个机器人。

为了构建它,我使用一个小型空气罐作为蓄能器,并连接了一个大型,高速/大容量的空气阀以及四个较小的空气阀。主空气阀处理强大的冲压行程,而较小的阀门处理收缩。我们将它们连接到一个深蹲(但功能强大)的气缸上,该气缸装有弹道明胶的拳头。整个过程与巨大的外部空气供应相连,并由一对数字间隔定时器控制。

我们开了机器人,然后在棺材盖上打了几个小时的THUMP,THUMP,THUMP。在大约600次冲压之后,它实际上确实在木材中产生裂缝,但它没有穿透。对不起,乌玛!安息!

关键部件»双欧姆龙数字间隔定时器

»4×小型气动阀

»高流量/容量气动阀

»4.5“直径。 ×10“行程气缸

有趣的事实主要的高速/大容量阀门来自特殊效果公司M5 Industries,几个小型空气阀来自我的个人战斗机器人Deadblow。


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