Alors, comment n'aimons-nous pas l'animatronique? Pliez la peau de silicone de n'importe quelle poupée et vous ouvrirez un groupe de magie mécatronique, lui donnant la vie sur grand écran. J'ai cherché sur Internet de bons documents d'introduction sur ce sujet, mais je n'en ai trouvé qu'un - des vidéos éducatives de Stan Winston . Après 30 secondes, j'ai senti les tentacules éveiller mes désirs les plus bas pour la construction de choses tangibles. J'écrase, je devais juste construire une telle chose ... ou plusieurs. Et voici comment créer un tentacule animatronique très réel.

Les débutants sont en fait mieux de commencer la plongée avec les tutoriels de Stan Winston. En deux heures, l'instructeur Richard Landon décrit l'essence générale, l'ensemble des composants et des techniques nécessaires pour fabriquer le mécanisme des tentacules à l'aide d'un ensemble d'outils typiques - sans parler d'un tas de bons exemples tirés du film. [1]

Nous avons également la possibilité de découvrir le monde de la fabrication d'appareils plus complexes sur la base des mêmes principes. Je voudrais commencer l'histoire à partir du moment où elle se termine - avec des tentacules à deux étages se pliant sur 4 côtés. De plus, je ferai un changement dans la conception des tentacules de Landon. Il vous permettra de construire votre propre tentacule et contrôleur à partir de quelques composants prêts à l'emploi, le polyformaldéhyde [derlin] et le laser cutter ... D'accord, et à partir de quelques pièces imprimées sur une imprimante 3D.

Comment fonctionnent les tentacules à deux étages

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Les deux étages du tentacule, chacun ayant deux degrés de liberté

Le tentacule a deux étages, chacun ayant deux degrés de liberté. Ils permettent à chaque étape de se plier dans deux directions perpendiculaires. En combinant ces degrés de liberté, nous en obtenons quatre au total, ce qui nous permet d'émuler des mouvements organiques complètement plausibles. En regardant l'animation, vous pouvez voir la jonction des deux étapes - environ au milieu du tentacule.

Avec un bon assemblage, nous pouvons contrôler les deux pièces indépendamment l'une de l'autre. Idéalement. En réalité, il n'y a rien de parfait et nos matériaux ont leurs limites. Nous devrons jouer avec la tension et la distance intervertébrale jusqu'à ce que nous obtenions des résultats satisfaisants.

Idéalement, en tirant sur la corde de l'une des étapes, nous obtiendrons un arc idéal, diminuant de diamètre avec une tension croissante. Mais en raison des pertes par frottement dans chacune des vertèbres, nous ne pourrons pas obtenir un arc idéal, bien que le résultat soit suffisamment bon pour tromper les gens de l'autre côté de l'écran.

Parmi les poses du tentacule à notre disposition, il n'y a pas de rotation autour de son axe. Cela a été fait exprès, car les marionnettistes du passé considéraient ces mouvements comme non naturels - par exemple, pour les queues de chat ou les troncs d'éléphants. [1].

Croquis de tentacule

Pour comprendre le principe de fonctionnement, nous allons construire un tentacule rugueux de deux plaques et un noyau flexible. Voici un dessin de notre embryon:

En conférant une rotation à la poulie, nous affaiblissons un câble et en tirons un autre à la même distance. Raccourcir la longueur plie le tentacule vers le fil. Étant donné que les câbles ne transmettent que de la tension, ils doivent être associés à des câbles complémentaires pour assurer un mouvement de pleine amplitude dans les deux sens le long d'un des degrés de liberté. Par conséquent, nous devrons travailler avec 8 câbles différents.

Le tentacule conserve sa forme grâce à ses deux caractéristiques. Tout d'abord, le conduit de câble résiste à la compression. Deuxièmement, les câbles sont tendus et reliés rigidement à la poulie. Changer la longueur du câble est le seul moyen de déplacer la vertèbre, et le canal de câble ne change pas la longueur. Par conséquent, la fixation de la poulie fixe également le tentacule.

Le rôle de la chaîne câblée

La chaîne câblée joue un rôle important dans le projet. Sans cela, le mouvement de l'étage supérieur entraînerait des mouvements parasites de l'étage inférieur, et nous n'en avons pas besoin. Nous devons contrôler indépendamment les deux étapes.

Le canal de câble vous permet de rediriger l'application de forces d'une extrémité du canal à l'autre sans apparition d'influences parasites. Le canal doit rester flexible tout en résistant à la compression.

Il est intéressant de noter que dans notre schéma, nous pouvons prendre n'importe quel point sur le canal de câble et le déplacer sans résistance, car:
1. Le canal est flexible.
2. Sa partie centrale, le long de laquelle passe le câble, ne change pas sa longueur.

Les coudes du canal ne changent pas sa longueur, nous pouvons donc le plier comme vous le souhaitez, et le tentacule restera immobile. Idéalement!

Cela nous permet de faire deux choses à la fois: étirer les câbles contrôlant l'étage supérieur à travers l'étage inférieur, et contrôler l'étage supérieur à travers l'étage inférieur, sans affecter ce dernier.

L'image montre que les câbles contrôlant le 1er étage passent par le 2ème étage.

Pièces détachées

Matériel principal

Des mouvements fluides à tous les degrés de liberté sont obtenus en construisant des tentacules à partir de matériaux qui résistent à la rotation autour de son axe. La plupart des gens utilisent des câbles pour les compteurs de vitesse de vieilles voitures qui ont exactement cette propriété. [1] J'ai également utilisé de tels câbles pour la première fois. Malheureusement, leur diamètre n'est que d'un: 0,125 pouces, c'est pourquoi il est impossible de faire une grande poupée qui ne se plie pas sous son propre poids. Maintenant, je préfère les arbres flexibles aux outils de torsion . Mais la plupart des images de cet article sont réalisées à l'aide de câbles de compteur de vitesse.

Segments

Chaque segment vertébral doit être fermement fixé afin qu'il ne glisse pas et ne tourne pas. Ils doivent guider correctement le câble, et aux bons endroits - le canal de câble, tout en étant fermement connectés au câble du compteur de vitesse. Pour cela, Landon utilise des pièces en aluminium fabriquées sur une machine CNC. Mais moi, en fouillant dans les magasins, j'ai trouvé un moyen plus simple d'utiliser des composants prêts à l'emploi. Aujourd'hui, les pièces de rechange pour robots sont très populaires en raison de la prévalence de ce passe-temps, et j'ai pu fabriquer des vertèbres à partir du manchon universel du Pololu [Pololu Universal Aluminium Mounting Hub] et des plaques en polyformaldéhyde [derlin].

Câble de commande

Prenez le câble de commande de la même manière que sur les vélos, mais la vérité est plus mince. J'ai utilisé avec succès deux diamètres de câble - 1,2 mm et 0,8 mm. Vous pouvez utiliser des câbles coûteux, qui sont traités de manière à ce qu'ils ne se déchirent pas, ou simplement faire briller l'extrémité coupée du câble jusqu'à ce qu'il brille. [3]

Canal de câble

Il existe de nombreuses options pour le canal - tubes en nylon, tresse de vélo, ressorts. Tout ce dont nous avons besoin, c'est que le canal résiste à la compression et soit flexible. La résistance à la compression devrait fournir une force «égale et opposée» pour le mouvement.

La flexibilité est nécessaire pour que le canal n'interfère pas avec les autres sections du tentacule à plier. Pour les mécanismes à une seule étape, l'une des options répertoriées convient. Pour la flexibilité à plusieurs étapes est plus importante. Jusqu'à présent, d'après mon expérience, les ressorts de traction ont été les mieux adaptés comme les plus flexibles de tous les matériaux.

Vous pouvez acheter n'importe quoi au magasin McMaster-Carr si vous connaissez le bon nom. Notre canal de câble est appelé «ressort d'extension de longueur continue» ( 9664K12 ) et ne coûte que 4,40 $ par 36 pouces. [300 rub / m]

Des ressorts plus petits peuvent être commandés auprès du Dr. Et Co Templeman . Le coût des ressorts sera plus important, mais l'assortiment est plus riche. De très petits diamètres peuvent être trouvés chez Molex .

Point de pliage

Pour la première fois, il m'a été assez difficile d'imaginer le design de cet élément. Néanmoins, ayant compris l'emplacement des extrémités des câbles, cette pièce est facile à construire. Chaque câble contrôlant la section inférieure se termine en boucle. Sur la même vertèbre, les canaux de câbles se terminent, contenant le jeu de câbles de commande suivant. De là, le prochain jeu de câbles continue.

Modèles alternatifs

Pourrions-nous utiliser un autre matériau pour les vertèbres, par exemple du bois - pour économiser sur les bagues métalliques? Peut-être, mais un tel design a été fait non seulement comme ça, mais avec un calcul.

Tout d'abord, la complexité de la conception doit être équilibrée avec des pièces finies ou une méthode de fabrication abordable (découpe laser et imprimante 3D). Par conséquent, même les personnes ayant un œil et une dextérité atypiques peuvent faire une telle conception.

Deuxièmement, la technologie de fabrication de prototypes doit être déterministe et reproductible. L'appareil devrait se comporter de la même manière, étant fabriqué dans n'importe quelle partie du monde. Pas besoin de pratiquer la magie et de prier les dieux de la colle, debout sur une jambe, tandis que votre époxy durcit à un niveau d'humidité inhabituel. Des technologies simples qui se comportent de la même manière partout et toujours.

Mais cherchez vous-même des alternatives de conception. J'ai finalisé le contrôleur et le tentacule, mais cela ne signifie pas que le travail est terminé. Au moment où la troisième partie de l'article est terminée, tout le développement sera entre vos mains et vous pourrez en faire ce que vous voudrez.

2e partie

Les références

[1] Stan Winston Cable Mechanics Basics
Tutoriel détaillé sur la création de tentacules simples

[2] Démo Animatronics avec Rick Lazzarini 1:21:01
Exemples d'utilisation de câbles de compteur de vitesse

[3] CS235: Applied Robot Design, Lecture 7-Introduction to Cable Transmissions
Introduction sur l'utilisation des câbles en robotique

Guide pour créer des tentacules mécaniques à la maison: Partie 1