要約
振動表は、地震現象をシミュレートし、地震力に対する構造物の応答をテストするための重要なツールとして機能します。
しかし、既存の振動台は高価であるか、独自のものです。
この論文では、ロボット オペレーティング システム (ROS) とロボット工学の原理を使用して構築された、地震工学の研究と教育用の \textit{Shakebot} という名前の低コストのオープンソース振動台の設計と実装について説明します。
Shakebot は、3D プリンターからの手頃な価格の高精度コンポーネント、特に作動用の閉ループ ステッピング モーターと伝達用の歯付きベルトを採用しています。
ステッピングモーターにより、ベッドは 2 $kg$ の試験片で最大水平加速度 11.8 $m/s^2$ (1.2 $\mathbf{g}$) と速度 0.5 $m/s$ に達することができます。
Shakebot には、ベッドの動きを推定するための加速度計と高フレームレートのカメラが装備されています。
Shakebot は低コストで使いやすいため、リソースに制約のある環境にいる学生、教育者、研究者を含む幅広いユーザーが利用できます。
Shakebot は、そのデジタル ツイン (仮想振動ロボット) とともに、地震動研究の進歩において大きな可能性を示してきました。
具体的には、この研究は不安定なバランスの岩石のダイナミクスを調べます。
Shakebot は、物理実験を通じてシミュレーションを検証するアプローチを提供します。
ROS ベースの認識および動作ソフトウェアにより、仮想シェイク ロボットから物理シェイクボットへのコード移行が容易になります。
制御プログラムを再利用することで、実装された地震動がシミュレーションと物理実験の両方で一貫していることが保証されます。これは、シミュレーション実験を検証するために重要です。
要約(オリジナル)
Shake tables serve as a critical tool for simulating earthquake events and testing the response of structures to seismic forces. However, existing shake tables are either expensive or proprietary. This paper presents the design and implementation of a low-cost, open-source shake table named \textit{Shakebot} for earthquake engineering research and education, built using Robot Operating System (ROS) and principles of robotics. The Shakebot adapts affordable and high-accuracy components from 3D printers, particularly a closed-loop stepper motor for actuation and a toothed belt for transmission. The stepper motor enables the bed to reach a maximum horizontal acceleration of 11.8 $m/s^2$ (1.2 $\mathbf{g}$), and velocity of 0.5 $m/s$, with a 2 $kg$ specimen. The Shakebot is equipped with an accelerometer and a high frame-rate camera for bed motion estimation. The low cost and easy use make the Shakebot accessible to a wide range of users, including students, educators, and researchers in resource-constrained settings. The Shakebot, along with its digital twin–a virtual shake robot–has showcased significant potential in advancing ground motion research. Specifically, this study examines the dynamics of precariously balanced rocks. The Shakebot provides an approach to validate the simulation through physical experiments. The ROS-based perception and motion software facilitates the code transition from our virtual shake robot to the physical Shakebot. The reuse of the control programs ensures that the implemented ground motions are consistent for both the simulation and physical experiments, which is critical to validate our simulation experiments.
arxiv情報
| 著者 | Zhiang Chen,Devin Keating,Yash Shethwala,Aravind Adhith Pandian Saravanakumaran,Ramon Arrowsmith,Albert Kottke,Christine Wittich,Jnaneshwar Das |
| 発行日 | 2024-07-01 00:35:50+00:00 |
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