Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Grant Imahara Bercakap Mengenai Robotnya

Cinta saya kejuruteraan pergi jauh. Apabila saya berusia 3 tahun, saya mendapat set pertama Lego saya. Saya akan mengatakan ia mengubah hidup saya, tetapi pada masa itu, saya tidak mempunyai banyak pengalaman untuk pergi, jadi lebih baik untuk mengatakan ia membantu membentuk cara saya melihat menyelesaikan masalah. Saya belajar untuk bekerja dalam sistem modular dan menggunakan bahagian-bahagian di pelupusan saya untuk membina apa yang saya bayangkan. Dan apa yang saya bayangkan, pada dasarnya, adalah kerjaya dalam kejuruteraan.

[Artikel ini mula-mula muncul dalam Make: majalah Volume 39, halaman 38-45.]

Apabila saya berada di sekolah menengah, tidak ada program STEM (atau STEAM). Tiada Lego Mindstorms kit atau program robotik kanak-kanak seperti FIRST. Malah, saya hanya mengetahui apa seorang jurutera dari kaunselor bimbingan kolej. Apabila dia menerangkannya, cahaya diklik di kepala saya, dan saya berkata, "Ya, itu apa yang saya mahu buat. "

Selama bertahun-tahun saya telah meledakkan peralatan teater rumah, membantu mencipta filem ciri, dan menggunakan sains untuk membongkar legenda bandar. Dan sementara kesan khas, letupan, dan kemalangan kereta menarik, perkara yang paling saya nikmati adalah membuat robot. Semua jenis robot. Dari alam biasa hingga berbahaya.

Berikut adalah beberapa kawan lama dan kegemaran.

"The Spider"

Raksasa ini bermula dengan idea untuk membuat robot berjalan kaki yang cukup kuat untuk membawa seseorang. Saya bermula pada Mei 2007, dengan reka bentuk berkaki enam berdasarkan kit hexapod Lynxmotion. Saya menaikkan sendi dan menggunakan waterjet untuk memotong bahagian kaki dan panel badan daripada aluminium 5/8 "6061.

Setiap kaki mempunyai motor bertugas berat untuk mengangkatnya dan motor tugas yang lebih ringan untuk bergerak ke depan dan belakang. Reka bentuk kaki melalui beberapa revisi. Saya mencuba empat set kombinasi gear / gearbox / kombinasi gear luaran sebelum tiba pada kelajuan dan tork yang tepat untuk gerakan mengangkat. Pilihan gear luaran saya terhad disebabkan ruang di dalam dan sekitar setiap kaki, dan akhirnya saya menggunakan motor kerusi roda dengan brek elektromagnet terbina dalam.

Sistem kawalan dibina di sekitar mikrokontroler Parallax BS2p40 dan pengawal servo PSC yang disambungkan kepada pemacu servis Vantec RBSA23 yang sedozen. Mikrokontroler itu juga menjalankan satu set modul keluaran pepejal yang secara automatik melibatkan dan menghancurkan brek motor supaya robot itu tidak akan menyia-nyiakan kuasa memegang dirinya semasa berdiri diam.

Menguji Spider - tentunya robot terberat yang pernah saya buat pada lebih dari 625 gram - terbukti menjadi cabaran yang luar biasa. Bekerja pada lewat malam dengan sendiri, ada beberapa panggilan yang terlalu rapat apabila robot hampir hancur saya.

PRO TIP: Jangan lakukan apa yang saya lakukan. Jangan sekali-kali bekerja bersendirian di sekeliling peralatan berat atau sebaliknya berbahaya.

Kawalan glitches juga terbukti mahal. Saya telah melalui beberapa gear cast besi sebanyak $ 100 apabila kaki terbabas terhadap hentian mereka dan motor terus cuba untuk berbalik, mengakibatkan gigi gear terangkat dan turun di lantai seperti Tic Tacs. Apa yang telah mengekalkan projek di rak sejak beberapa tahun yang lalu adalah tork yang tidak mencukupi di dalam motor yang mengayunkan kaki ke belakang dan sebagainya - malangnya, bahagian utama pergerakan "berjalan". Mereka dipilih untuk saiz padat mereka, tetapi mereka perlu digantikan dengan motor yang lebih besar, lebih kuat sebelum projek itu dapat bergerak (secara literal dan kiasan) ke langkah seterusnya.

KOMPONEN KUNCI

»Paralaks BS2p40 mikropengawal

»Pengawal servo Parallax PSC

»6 × NPC B81 / B82 motor

»6 × NPC EJ818 motor

»12 × Vantec RBSA23 (" Bully ") servo amplifiers

»6 × ODC5 modul output keadaan pepejal

»2 × NPC-B1812 12V 22Ah bateri AGM asid plumbum

FAKTA FUN

Memindahkan Spider ke garaj saya di rumah adalah proses sentuhan dan pergi. Memuatkan ke trak itu dilakukan dalam beberapa minit (terima kasih kepada MythBusters forklift), tetapi memunggahnya di rumah mengambil 4 orang hampir 6 jam, dan merupakan salah satu perkara yang paling tidak berbahaya yang pernah saya lakukan.


"Deadblow" (Battlebots)

Pada Perang Robot 1995 di San Francisco, saya melihat sebuah bot tukul yang sangat kuat, tanpa henti bernama "Thor" yang memberi inspirasi kepada saya untuk mereka bentuk sesuatu yang serupa, tetapi menggunakan kuasa pneumatik (udara) daripada hidraulik. Versi saya menggunakan tangki nitrogen paintball untuk simpanan gas termampat, penumpuk udara, dan injap berkelajuan tinggi, tinggi untuk memacu omboh udara ke belakang dan sebagainya, mengayunkan tukul.

Kami menentang robot dengan nama yang menakutkan seperti "BioHazard" dan "Vlad the Impaler," jadi saya memutuskan untuk menamakan robot tukul saya "Deadblow," selepas alat yang sama nama. (Pukulan mati pukulan adalah satu yang direka untuk meminimumkan keruntuhan selepas mogok.) Saya menyusun model 3D 3D, kemudian memotong prototaip laser daripada akrilik. Apabila saya berpuas hati dengan kesesuaian semua komponen dan panel, saya menggunakan kilang CNC untuk memotong bahagian "akhir" dalam aluminium.

Tetapi, bersaing dengan robot pertempuran adalah kehidupan peningkatan yang berterusan. Saya akhirnya melalui tiga atau empat konfigurasi perisai, enam sistem pemacu yang berbeza, dan banyak tweak senjata dan senjata sistem kecil dan utama untuk memerah lebih banyak prestasi dari bahagian saya.

Orang sering bertanya sama ada ia layak untuk meletakkan begitu banyak masa dan wang menjadi sesuatu yang mungkin dimusnahkan. Jawapan saya? BattleBots adalah seperti parti yang sangat sejuk di mana robot anda adalah tiket anda untuk masuk. Ia mengenai menguji idea anda terhadap pesaing pintar, sukar, dan tentang keseronokan pertempuran. Mengambil kerosakan adalah sebahagian daripada keseronokan. Dan membawa pulang kacang gergasi (trofi) tidak baik, sama ada.

KOMPONEN KUNCI

»6AL4V titanium armor dan lengan senjata

»2024 struktur super aluminium

»S7 alat kepala palu keluli

»Pek bateri NiMH

FAKTA FUN

Deadblow begitu popular sehingga ia menghasilkan garis mainan rasmi, dan saya diminta menulis buku, yang saya panggil Kickin 'Bot: Panduan Illustrated untuk Membangun Robot Combat.


"Artoo"

Masa: Mei, 1997. Tempat: Leavesden Studios, UK. Penggambaran Star Wars: Episod I, akan bermula, dan perkara-perkara tidak berjalan lancar di set hangar Theed. Khususnya, unit R2 tidak berjalan lancar - mereka terus terperangkap dalam trek pintu. Pasukan saya di Light Industrial & Magic telah berkurun-kurun lamanya untuk mendapatkan bentuk robot untuk penuaan.

Sehingga itu, semua unit R2 mempunyai beberapa bentuk roda kastor di pod kaki depan. Penyelesaian kami terhadap masalah pintu adalah menggunakan roda berdiameter yang lebih besar yang tidak akan jatuh ke dalam retak, dan dipasang pada gandar yang akan dikendalikan dengan aktif bersama seluruh robot. Kami menggunakan motor kerusi roda untuk pergerakan, yang tenang dan tepat. Saya mengendalikan kuasa elektronik dan sistem kawalan radio, termasuk pencampuran untuk komponen stereng baru.

Sebelum penggambaran Star Wars: Episod II, Saya dipanggil untuk mengemaskini elektronik di seluruh armada R2, bermula dengan lampu kubah (aka "memaparkan logik"). Sebelum ini, sekumpulan besar optik gentian ditamatkan pada roda warna berputar yang diterangi oleh lampu halogen yang cerah (tidak berubah sejak awal '80an), yang memberikan penampilan yang berpusing. Saya menggantikan kombo roda halogen / warna dengan dua array hoki berturut-turut hoki yang dipandu oleh satu mikropengawal yang menjalankan kod penjadualan PWM pseudo-rawak (asalnya dibangunkan untuk enjin-enjin meletup pada Pelindung dalam Galaxy Quest). Saya juga membuat PCB tersuai untuk menggabungkan semua fungsi pencahayaan dalam satu pakej kecil yang kemas.

KOMPONEN KUNCI

»2 × Invacare Power9000 motor kerusi roda

»2 × Seiko Tonegawa SSPS-105 servos (kubah dan steered wheel)

»Penerima RC

»Microchip PIC16C siri mikropengawal 8-bit

»Kawalan kelajuan elektronik Vantec RDFR33

FAKTA FUN

Unit R2 yang kami buat Episod I akhirnya menjadi unit "pahlawan" - yang paling banyak digunakan dalam penggambaran filem dekat.


"The Energizer Bunny"

Pada awal tahun 2008, Syarikat Eveready Battery menugaskan Light Industry & Magic untuk membina maskot Energizer Bunny generasi baru untuk pengeluaran komersial TV. Pasukan lapan orang saya mempunyai tempoh tiga bulan untuk menyelesaikan tiga kelinci mekanikal baru ditambah dua "poser" yang tidak dibenarkan. Tanggungjawab saya: semua sistem kawalan elektronik dan radio.

Setiap Bunny mempunyai papan litar tersuai dan relay RC adat, dengan pelbagai mikrokontroler 8-bit untuk mentafsir arahan kawalan radio dan melaksanakan pergerakan multistep - contohnya: berhenti memukul, mengangkat senjata, kayu berputar, berhenti berpusing-pusing, lengan bawah, dan meneruskan pemukulan.

Struktur dalamannya adalah aluminium, dengan cangkang luar styrene yang dibentuk vakum. Secara keseluruhan, Bunny mempunyai 10 servo, 3 motor aksesori, dan 2 motor pemacu, dan memerlukan tiga operator: satu untuk kepala, satu untuk lengan, dan satu untuk memandu.

Salah satu bahagian yang paling mencabar projek ialah (untuk sebab-sebab undang-undang, kebenaran dalam pengiklanan) Bunny terpaksa berjalan pada bateri Energizer gred pengguna. Tetapi dengan lebih daripada sedozen motor onboard - termasuk dua motor berkuasa berat - Bunny mempunyai keperluan kuasa besar, jauh di luar kapasiti bateri rak dan bateri. Penyelesaian saya adalah untuk wayar tan mereka secara selari. Saya memasukkan 44 bateri AA ke dalam pek berbentuk pisang, seperti klip AK-47, yang menyembunyikan bersama-sama dengan semua elektronik lain dalam badan drum.

KOMPONEN KUNCI

»3 × penerima RC

»2 × Microchip PIC16C siri microcontrollers 8-bit

»4 × Kawalan kelajuan RC

»10 × Futaba S9402 servos

»44 × bateri AA

FAKTA FUN:

The Bunnies mempunyai nama! Mereka adalah E, F, dan G - alias Earl, Floyd, dan Garth.


"Geoff Peterson"

Pada tahun 2010, Craig Ferguson meminta saya untuk mereka bentuk dan membina "sidekick rangka robot" untuk membantunya menjadi tuan rumahPertunjukan Akhir Lewat di CBS. "Pastikan ia mudah," katanya kepada saya.

Saya menggunakan rangka kelas biologi plastik standard, tetapi menggantikan batang tubuh dengan plat aluminium di mana saya memasang servos dan elektronik lain. "Geoff" dilengkapi dengan tiga servo berkuasa tinggi - satu untuk setiap lengan dan satu di leher - mampu memberikan 27 kilogram torsi setiap kaki. Terdapat juga servo jenis hobi yang lebih kecil di kepala, yang mengepakkan rahang.

Pada asalnya, Geoff mempunyai sistem kawalan wayarles berasaskan iPad dan penghala wi-fi di atas kapal. Mikrokontroler menafsirkan arahan pencetus yang dihantar dari iPad dan memainkan fail bunyi yang sepadan, dan juga mengatur satu set servo serentak yang disegerakkan untuk memberikan Geoff ilusi kehidupan. Pada dasarnya, anda akan menolak butang, dan robot akan bertindak balas dengan sendirinya. Sebelum setiap persembahan, pengeluar akan memuatkan banyak klip pra-program dan kemudian memilih dari perpustakaan itu untuk bertindak balas kepada Craig. (Secara kebetulan, ini adalah bagaimana "bola" menjadi salah satu kata kunci Geoff, kerana ia boleh digunakan dalam banyak situasi yang berbeza.) Pada kebelakangan ini, mereka telah mengendalikan Geoff dengan seorang dalang hidup, yang membolehkan spontanitas yang lebih besar dan banyak lagi pilihan komedi. Peningkatan sentiasa dirancang untuk Geoff, dan baru-baru ini, dia mendapat keupayaan untuk mengedipkan matanya.

KOMPONEN KUNCI »Pengawal selia asas Parallax» Pengawal servo Parallax »Pengawal MP3 SparkFun» Penghala Wi-fi »3 × Seiko Tonegawa SSPS-105 servos» Servis Futaba S9402 »Antara muka Wiznet Ethernet» 2 × membuang bekalan kuasa

Fakta Fakta Craig sendiri merekodkan versi pertama suara Geoff. Dia terdengar seperti Dalek dengan aksen Scotland. Kemudian pelakon Josh Robert Thompson mengambil alih menyuarakan dan mengawal Geoff dan melakukannya sehingga hari ini.


"Oddjob"

Senjata pilihan untuk penculik jahat dari pencuri James Bond di Jari emas adalah topi pembonceng yang dilontarkannya yang dilemparkan dengan kelajuan dan ketepatan yang mematikan. Untuk MythBusters ujian, kami membina pemanah kami sendiri-chakram dengan cincin keluli tajam di dalam. Malangnya, ia menjadi terlalu berat bagi manusia untuk melemparkan dengan tepat.

Kami memerlukan kekuatan, kelajuan, dan ketepatan yang luar biasa, jadi saya membina sebuah robot berbingkai besi dengan lengan yang dibuang oleh silinder pneumatik yang besar. Lengan mempunyai "siku," silinder udara kedua untuk merangkul "lengan bawah", dan "jari" pneumatik pada akhir yang dipegang pada topi. Silinder itu bertekanan lebih awal daripada masa dan lengannya dipegang di bawah ketegangan dengan selendang pelepasan cepat 1-ton. Caranya adalah bahawa masa telah menjadi sangat tepat. Saya menggunakan suis had untuk mencetuskan injap udara; sebagai pusingan lengan utama ', ia memukul suis ini, yang menyebabkan lengan bawah diperluas dan jari untuk melepaskan topi pada saat-saat yang tepat.

KOMPONEN KUNCI

»4.5" dia. Silinder pneumatik × 24 "×

»2" dia. × 10 "silinder pneumatik strok

»1.5" dia. Silinder pneumatik × 6 "×

»2 × injap pneumatik berkelajuan tinggi, tinggi

»1-ton pelepasan cepat pelepasan

»ANSI # 80 sprocket dan rantaian roller

»Had suis

FAKTA FUN

Topi berbingkai besi benar-benar melepaskan kepala dari patung sasaran pada cubaan kedua, dan kami sangat teruja ... sehingga kami mendapati patung "marmar" kami sebenarnya terongga. Seterusnya, kami menggunakan patung konkrit yang padat, yang topi itu hanya dapat dipotong.


"Pengantin"

In Bunuh Rang Undang-Undang, Watak Uma Thurman Pengantin dimakamkan hidup dalam peti kayu. Daripada menerima nasibnya, dia menggunakan kemahiran seni mempertahankan diri untuk menumbuk keranda keranda terus-menerus sehingga ia runtuh, dan kemudian dia menggali jalan keluarnya. Untuk MythBusters ujian, kita memerlukan seseorang yang boleh menumbuk berulang-ulang selama berjam-jam - dengan kekuatan fenomenal - tanpa berputus asa. Senarai sukarelawan manusia sangat singkat, jadi kami memilih robot.

Untuk membinanya, saya menggunakan tangki udara kecil sebagai penumpuk dan melekatkan injap udara yang besar, berkelajuan tinggi / tinggi serta empat injap udara yang lebih kecil. Injap udara utama mengendalikan strok tebukan kuat, manakala injap yang lebih kecil mengendalikan penarikan balik. Kami menghubungkan mereka ke silinder udara jongkong (tetapi kuat) yang dilengkapi dengan penumbuk genggam dari gelatin balistik. Seluruhnya dihubungkan dengan bekalan udara luaran gergasi dan dikawal oleh sepasang pemasa selang digital.

Kami menembak robot itu, dan kemudian pergi ke THUMP, THUMP, THUMP pada penutup keranda selama berjam-jam. Setelah kira-kira 600 pukulan, ia benar-benar membuat retak di dalam kayu, tetapi ia tidak memukul melalui. Maaf, Uma! Berehat dengan selamat!

KOMPONEN KUNCI »pemasa jam interval digital OMRON

»4 × injap pneumatik kecil

»Injap pneumatik tinggi aliran / volum

»4.5" dia. × 10 "silinder pneumatik strok

FACT FUN Injap berkelajuan tinggi / tinggi yang tinggi dipinjam dari syarikat kesan khas M5 Industries, dan beberapa injap udara yang lebih kecil datang dari robot pertempuran peribadi saya, Deadblow.


Kongsi

Meninggalkan Komen