要約
振動台は、地震イベントをシミュレートし、地震力に対する構造の応答をテストするための重要なツールを提供します。
ただし、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) とロボットの概念を使用して構築された、地震工学の研究と教育のための 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 プリンターの手頃な価格で高精度のコンポーネント、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 11.8 m/s^2 (1.2 g) の最大水平加速度と 0.5 m/s の速度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。
低コストで使いやすい Shakebot は、学生、教育者、リソースの少ない研究者など、幅広いユーザーが利用できるようになっています。
Shakebot の重要なアプリケーションは、自然界の地震の負の指標である不安定なバランスの取れた岩石 (PBR) のダイナミクスを調べることです。
私たちの以前の研究では、PBR 研究のためにシミュレーションで仮想シェイク ロボットを構築しました。
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モーション ソフトウェアは、仮想シェイク ロボットから物理的な Shakebot へのコードの移行を容易にします。
制御プログラムを再利用することで、実装された地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を保証します。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 provide 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 Shakebot for earthquake engineering research and education, built using Robot Operating System (ROS) and robotic concepts. 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 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 low-resource settings. An important application of the Shakebot is to examine the dynamics of precariously balanced rocks (PBRs), which are negative indicators of earthquakes in nature. Our earlier research built a virtual shake robot in simulation for the PBR study. 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 | 2023-03-01 03:59:13+00:00 |
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