Alternative to bearings for tiny robots
Summary
TLDRこのビデオでは、ロボット工学におけるローリングコンタクトジョイントの紹介がされています。球状ベアリングのサイズ制限に悩む開発者向けに、非常に小さなサイズで作ることができるこのジョイントは、非常に低い摩擦と独自の運動パターンを持ちます。ビデオでは、鳥のような動きをするロボットの開発に取り組んでいる制作者が、伝統的なボールベアリングを使いながらも新たな設計に移行する過程を紹介しています。また、ジョイントの組み立て方やその特徴について詳しく説明し、ロボットの外観にもこだわっている様子が伝わります。
Takeaways
- 🤖 スクリプトはロボット工学におけるローリングコンタクトジョイントの紹介とその製作方法について説明しています。
- 🔧 制作者は、小型のロボットプロジェクトで機械的なボールベアリングを挿入するのが難しいため、ローリングコンタクトジョイントを使用することを決めました。
- 🦜 ロボットは鳥を模したデザインで、ジャンプしたり飛び回る動作が可能です。
- 🔩 初期の試みでは、伝統的なボールベアリングとカーボンファイバーロッドを使用していましたが、サイズの制約によりデザインに不満を感じました。
- 🔄 ローリングコンタクトジョイントは、曲面を持つ2つの半分で構成され、それらの曲面が互いに回転して接するというシンプルなメカニズムです。
- 📐 曲面の設計には繊細さが存在し、異なる動作を実现するために接する曲面を設計することができます。
- 🦵 これらのジョイントは人体や鳥の関節のように非線形な動きを可能にします。
- 🪢 ローリングコンタクトジョイントは、柔軟なメカニズム(ケーブル、フレクチャなど)で固定されています。
- 🎣 制作者は釣り糸を使用してジョイントを固定し、細かい仕組みで繰り返し可能なローテーションを実現しています。
- 🔍 制作者はスケールされたバージョンのモデルを3Dプリンティングして、メカニズムをより明確に示しました。
- 👍 ローリングコンタクトジョイントは非常に低い摩擦を持ち、サイズに制限がなく、外観も魅力的です。
- 📅 制作者は、ロサンゼルスで開催される「Open Sauce」イベントに参加予定であり、他のクリエイターと交流したいと述べています。
Q & A
ローリングコンタクトジョイントとはどのようなものですか?
-ローリングコンタクトジョイントは、互いに曲面が接する2つの半分の部分で構成され、それらの曲面が互いに回転するシンプルなメカニズムです。
ビデオではどのようなロボットを製作していますか?
-ビデオでは、鳥をモデルにした、ジャンプしたり飛び回る動作をするロボットを製作しています。
従来のボールベアリングとローリングコンタクトジョイントの主な違いは何ですか?
-従来のボールベアリングは比較的複雑なアセンブリであり、サイズに限界があります。一方、ローリングコンタクトジョイントはより小さなサイズで作ることができ、非常に低い摩擦を持ちます。
ビデオで紹介されたローリングコンタクトジョイントの設計にはどのような特徴がありますか?
-ビデオで紹介されたローリングコンタクトジョイントは、平面部から緩やかなカーブ部、急カーブ部、そしてまた平面部へと遷移する曲線の表面を持っており、これにより異なる動作が可能になります。
ローリングコンタクトジョイントを組み立てる際に使用された綱線の種類は何ですか?
-ビデオではダイマという超高分子量ポリエチレンの釣り線を使用しており、非常に細い線で小さくなっているメカニズムに適しています。
ローリングコンタクトジョイントの組み立て方を説明してください。
-ビデオでは、綱線を穴から通し、チャンネルを周り、他方の側に通し、再び穴を通して繰り返す方法で組み立てられています。
ビデオで作成されたローリングコンタクトジョイントの動きの特徴は何ですか?
-ビデオで作成されたローリングコンタクトジョイントは、前方への回転と後方への回転で動きが大きく異なり、内側の形状によって異なる動作を示します。
ビデオの作成者が今後のプロジェクトで何を予定していますか?
-ビデオの作成者は今後、ロボットの他の部分を完成させ、特にフロントとバックにあるケーブルが関節ではなく、動作メカニズムとして機能する詳細を共有する予定です。
オープンソースカンファレンスに参加する予定はありますか?
-ビデオの作成者は、西海岸にいる場合または飛びに行く予定であれば、6月14日から16日にかけて開催されるオープンソースカンファレンスに参加する予定です。
ローリングコンタクトジョイントの利点は何ですか?
-ローリングコンタクトジョイントはサイズに制限がなく、非常に低い摩擦を持ち、外観もクールで、ロボット工学において魅力的な選択肢です。
Outlines
🤖 ローリングコンタクトジョイントの紹介
この段落では、ロボット工学のプロジェクトで使用しているローリングコンタクトジョイントについて紹介されています。伝統的なボールベアリングの代わりに、このジョイントを使用することで、より小型化された設計が可能になるという利点があります。特に、特徴のサイズが小さいため、機械的なボールベアリングを採用するのが難しい状況下での解決策として、ローリングコンタクトジョイントが考え出されました。また、このプロジェクトは、鳥を模したロボットの開発を目指しており、その動きを鳥のように再現することを目的としています。
🔧 ローリングコンタクトジョイントの作り方と特徴
この段落では、ローリングコンタクトジョイントの作り方とその特徴について説明されています。ジョイントは、曲がった表面を持つ2つの半分の部分で構成され、これらの表面が互いにロールして動きます。設計の繊細さは、これらの表面の形や、2つの半分の部分がどのように接続されるかにかかっています。また、このジョイントは、人間や鳥の関節のように非線形な動きを実現することができます。ジョイントを固定するためには、柔軟なメカニズムを使用しており、作者は釣り線を使用して2つの半分を結びつけています。このプロセスには、線を通し、繰り返しのパターンで結びつけることで、ジョイントが回転するメカニズムが完成します。
🛠 ローリングコンタクトジョイントの選択理由と未来の展望
最後の段落では、ローリングコンタクトジョイントを選んだ理由と、将来のプロジェクトに対する展望について話されています。ボールベアリングに比べて、ローリングコンタクトジョイントはより小型化ができ、非常に低い摩擦を持っている点が強調されています。また、このジョイントは外観上も魅力的であり、ロボット工学において「見た目」も重要な要素であることを示しています。作者は、このジョイントがアマチュアやホビープロジェクトであまり使われていないため、ビデオを通じてその知見を広めようとしています。また、今後のプロジェクトでは、このジョイントを使ったさらに詳細な情報を共有する予定であり、現在進行中のアクチュエータの開発にも触れています。
Mindmap
Keywords
💡ローリングコンタクトジョイント
💡ロボット工学
💡ボールベアリング
💡カーボンファイバー
💡コンプライアンス
💡ダイナミック
💡CAD
💡アクチュエータ
💡サイズの制約
💡摩擦
💡オープンソース
Highlights
正在研究的机器人项目中,由于特征尺寸问题,难以使用机械滚珠轴承。
决定使用滚动接触关节,因为它们非常有趣且不太为人所知。
项目将安装一段时间,因为还有其他事情要处理,但先制作了关于关节的视频。
尝试构建一个受鸟类启发的机器人,它将跳跃并看起来像鸟。
首次尝试使用传统滚珠轴承和碳纤维杆作为结构支持。
轴承的尺寸限制了设计,因为它们有最小的尺寸限制。
不满意当前设计,尤其是轴承,并开始研究新的滚动接触关节设计。
打印了一个缩小版的模型,以便于观察机制。
滚动接触关节由两半组成,它们有曲面,并且曲面相互滚动。
关节的设计允许在不同位置有不同的行为,这与常规滚珠轴承不同。
关节的工作原理类似于人体和鸟类的关节,通过非线性方式旋转。
关节通常使用柔性机制,如电缆、挠性或实心带固定。
使用钓鱼线作为柔性机制,称为Dyema,具有极高的分子量聚乙烯。
通过编织或缝纫线穿过关节,将两半固定在一起。
展示了如何在摄像机前缝制线,以固定关节。
关节的前后旋转动作由于接触关节的内部形状而非常不同。
关节在平面方向上非常强大,但允许在特定方向上旋转。
选择滚动接触关节而不是传统滚珠轴承,因为它们可以做得更小,摩擦更低。
滚动接触关节不仅实用,而且看起来很酷,这对于机器人项目很重要。
这种关节在许多不同的机器人项目中可以找到,但在业余或爱好项目中不太常见。
作者计划参加6月14日至16日的Open Sauce活动,并希望展示他的项目。
作者希望在未来分享更多关于这个项目的细节,包括其驱动机制。
Transcripts
today we're going to take a look
at rolling contact joints I've been
working on a robotics project and just
due to the size of the features it's
hard to get mechanical ball bearings in
here so I decided to use rolling contact
joints and this Project's going to be
installed for a little while just
because I've got other things to work on
but I decided to make a quick video
about the joints in particular because
they're really interesting and I don't
think a lot of people know about them so
I want to introduce this joint to folks
for what ever project you might be
working on a quick overview is that I'm
trying to build an Aven or bird inspired
robot basically it'll hop around and
look like a bird this was my first
attempt and it uses traditional ball
bearings and carbon fiber rods for
structural support as well as the shafts
going through the bearings and these
aren't the smallest bearing that you can
find but they are getting close to the
smallest there's kind of just a lower
limit as to how small barings you can
get and that puts some design
limitations just based on kind of
feature sizes around the outer diameter
and inner diameter of these bearings so
I wasn't overly happy with this design
for a lot of reasons but especially for
the bearings so I started working
on a new design which uses these rolling
contact joints because the design I'm
working on is so small I decided to
print out a scaled version so that we
could look at the mechanism a little
easier
okay so a rolling compliant rolling
contact joint is made up of two halves
that have some kind of curved surface
and the curved surface on both sides
roll against each other that's basically
it there's not much more to it than that
but there's a lot of nuance into the
types of surfaces you build here and
also how you connect the two halves
together so this particular joint is
designed to rotate in this manner and
there are two main surfaces that we care
about there's this rotational surface on
this half and the inside section over
here these two outer walls are just to
help provide some rigidity to prevent
kind of outof plane movement in this
direction but it's not really the part
we're interested in we care about these
two faces that mate and rotate together
so on this side we've got a flat section
that transitions into a gentle curve and
then a steeper curve on the back side
before turning into another flat and
then I'll show a cross-section view of
CAD but here we've got a relatively flat
section followed by two steep curves on
either end and that's one of the nice
things about these contact joints is
that you can engineer the surfaces that
are you know mating together and get
different behaviors depending on where
they are in the travel which is not
something you can easily do with regular
ball bearings and this is basically how
joints in the human body works in
mammals in Birds you've got two sides of
the joint that are rotating against each
other in a nonlinear fashion and that
const strange the movements of your
limbs the other really striking feature
about these joints is how they're held
together typically using a compliant
mechanism either a cable flexure or a
solid band I'm using fishing line This
is actually called dyema it's a ultra
high molecular weight polyethylene I
think you can get it in very thin line
which is what I needed for these small
mechanisms but you can use metal cables
or metal straps like whatever works uh
and basically you have two Loops one
coming on the outside going in and the
inside coming out and that holds the two
halves together you can see that in my
design I have it split up into four
individual channels and this lets me
kind of braid or sew the line through
the joints and hold it together which
gives you a mechanism that rotates so
I'm going to try to show you how this is
sewn on camera but bear with me it's
kind of hard to capture it all hopefully
it's not too confusing but basically
we're going to go through a hole in one
side up around the
channel onto the other side and then
back through a hole and we just repeat
that process making kind of a figure
eight the whole time so first we'll
start on this side we thr thread it
through a hole pull it
through wrap it around the
channel grab our other
half and thread it back through the top
hole and pull that through and that is
the basic pattern so you can see here
we've gone on the underside and then it
comes up in the gap between the two and
then goes back down into the hole to the
underside now what we do is we go to the
other side so you go all the way across
and thread it through the last hole on
this side pull that
through and we repeat the pattern so
it's from the top now we go
underneath through the channel and then
we want to come back up through that
hole
okay now we need to basically do the
inverse for the the inner two so to do
that the best way I found is actually to
Loop it around the outside like
that you can hold on to
it and we'll want to go back
through this section here
so going through the second hole on the
underside out the
top and repeat the process in reverse
thread it back through the
middle and into the middle holes on the
other
half and to thread this back through the
middle
okay and now it is basically done so we
can tie it off however you
want I found just looping it through the
edge here a few times
is sufficient to hold
it okay so I tidied this up a bit off
camera but you can see that we have our
completed joint
now it naturally wants to
stop about this far there's some
compliance there cuz it's a cable but it
doesn't really want to bend much more
than that because there are two kind of
steep angles right next to each other
and so that prevents it from wanting to
move much further whereas this
side very easily rolls forward actually
rolls a bit too far forward this was a
design flaw with my current model it
kind of gets here and then just keeps
going which is not ideal uh so that's
just a mistake on my part but you can
see how the forward versus back rotation
motions are very different due to the
inner shape of the contact joints
and if we look
closely you can see the pattern so I've
got on this side it's over under under
over and then the reverse on the top
under over over
under you'll notice it's also pretty
strong out of plane so obviously it
rotates in this direction but we don't
really want it to rotate in this
direction up and down and there's a
little bit of play
there but it's pretty
robust and that's a combination of these
two outer guards help prevent it from
rotating and also just this mechanism
because it's a cable the cable doesn't
really want to stretch in a rotational
Direction and so applying Force like
this there's just not a lot of room for
the cable to stretch and Pull It in that
direction whereas this works easily
because the cable isn't stretching at
all it's just shifting where it's
Landing inside the trench so it's
basically zero friction this way and
pretty pretty strong in that direction
and this is just tied those are just two
little knots so if you actually had a
mechanism to hold this cable firmly in
place mechanically uh this would be a
pretty robust joint until that happens
and then the poor guy has a dislocated
joint so you can see this joint that we
built is
effectively this joint
here so why choose rolling contact
joints over just a traditional ball
bearing as I mentioned size can be an
important factor ball bearings just have
a lower limit as to how small you can
make them because they're relatively
complicated assemblies whereas a rolling
contact joint can be made basically as
small as you want they have extremely
low friction so as you can see here this
is one of my earlier tests due to the
nature of the two surfaces rolling on
each other and being held together with
some kind of compliant flexure mechanism
there's very little in the way of
friction between the two halves and
honestly they just look cool which I
think is an important part for robotics
you got to make them look neat now I
didn't invent this joint at all you can
find it in tons of different robotics
projects but you don't really see it too
much in amateur or hobby projects which
is why I thought you know i' make this
video just to kind of spread some
awareness because it is a neat mechanism
and it lets you build in my case very
small joints that would be otherwise
pretty impractical to do with bearings
we're watching this video before June
14th and you're on the West Coast or
feel like flying out to the West Coast
you should come to open sauce uh I'll be
there I think 150 other creators are
signed up to be there and something like
500 exhibits from folks in the community
so I think it'll be a lot of fun I
really wanted to go last year but it
conflicted with something so I just
couldn't make it but I'm excited to be
there this year and see all the cool
projects I'm hoping to bring the little
prototype camera sensor that I made in
the last video and set it up with like a
microscope or something so people can
take a look at it with their their own
eyes but yeah June 14th June 16th hope
to see you there I'll share some more
details about this project in the future
once I get a little bit more done for
example you can see there are these
cables on the front and back and those
are actually unrelated to the joints
those are the actuation mechanism and
they'll basically act like muscles that
pull different parts of the structure to
make it hop but I don't have nearly
enough of this done to actually share
yet so we'll just hang on to that for a
future video but otherwise I hope this
was interesting and just a nice quick
primer on a new type of Robotics joint
thanks for watching and I'll see you
next time
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