Как нарисовать робота двойника карандашом поэтапно: Как нарисовать Дженни из мультсериала Икс-Джей 9 карандашом

Как нарисовать робота самостоятельно?

Каждый из нас хотя бы раз в жизни пытался нарисовать робота. У некоторых это получалось лучше, у кого-то хуже. Но все же у многих возникал вопрос о том, как нарисовать робота наиболее реалистично. В этой статье мы расскажем как правильно сделать рисунок, чтобы он получился максимально правдоподобным.

Первые шаги

Прежде чем приступить к самому процессу рисования, необходимо к нему подготовиться. Для этого ознакомьтесь с объектом и с его расположением. После этого проведите небольшую разминку, а именно – попытайтесь отдельно рисовать некоторые детали и элементарные фрагменты. Проделав данную работу, можете приступать к основному рисунку. Так давайте же более детально поговорим о том, как нарисовать робота.

Пошаговая работа

Первое, что необходимо сделать – так это создать эскиз. Для этого нужно начертить основные контуры будущего робота. Такие линии не нужно делать «толстыми». Для их исполнения лучше всего подбирать карандаш с мягким стержнем, чтобы линии получились почти невидимыми. Далее переходим к большим деталям, а именно – к наибольшим составляющим робота. Почему именно к наибольшим? Это поможет вам «набить руку» и немного освоиться в образе художника, особенно если вы новичок. Для более удобного рисования начинать нужно с туловища, постепенно дорисовывая остальные части. Так вы не только не собьётесь, но и быстрее завершите работу. Когда все большие части нарисованы – переходим к мелким деталям. Здесь нужно быть очень внимательным, так как их может быть очень много, да и расположение порой не совсем удобное для рисования. Поэтому, если вы только учитесь искусству рисования, то наш вам совет – для начала выбирайте что-то не слишком детализированное, со временем переходя к более сложным вещам. И вот, когда уже все сделано согласно правилам о том, как нарисовать робота, можно добавить заключительные штрихи. Для этого наведите контур острым карандашом или ручкой, делая его более отчетливым. По возможности можно создать эффект тени или зарисовки, но только в том случае, если вы уже умеете это делать, ведь что-то лишнее может испортить всю работу.

Рисование особых роботов

Немного затруднительным может быть рисование особых роботов, то есть трансформера или Валли, например. Хотя, если разобрать в ходе работы, то ничего особо сложного здесь нет. Давайте мы разберемся, в чем же состоит суть проблемы. Начнем со сложного. Прежде чем впадать в панику, задаваясь вопросом о том, как нарисовать робота трансформера, необходимо запомнить, что нет ничего невозможного и имея лишь желание и терпение можно добиться всего. Особенностью данного вида является множество маленьких деталей, расположенных по всему корпусу. Именно на это и следует обращать главное внимание. Пошаговая работа исполняется в вышеперечисленном порядке с учетом большего количества маленьких деталей. Рисование трансформера значительно отличается от того, как нарисовать робота Валли, поскольку он имеет значительно меньшие размеры и не так много сложных деталей.

Подведем итоги

Прочитав данную статью, вы уже знаете о том, как нарисовать робота. Если ответственно подойти к данному вопросу, то все не так сложно, как может казаться на первый взгляд. Давайте еще раз повторим, какие шаги нужно предпринять во время всей работы: сначала вам необходимо выбрать объект, сделать его эскиз, начертив начальные линии, после этого добавить оставшиеся детали, а затем навести контур и главные линии. Вот видите – здесь нет ничего чрезвычайно сложного. Если вы серьезно возьметесь за работу, то уже за час-полтора будете иметь готовый результат. Главное — верить в себя и не опускать руки в случае неудачи. У вас все получится!

Как рассчитать переднюю кинематику робота за 5 простых шагов

Расчет прямой кинематики часто является первым шагом к использованию нового робота. Но как начать?

Несмотря на то, что в Интернете доступно несколько хороших руководств, до сих пор не было простого пошагового руководства для расчета прямой кинематики.

Вот простое руководство по расчету кинематики любого робота-манипулятора.

[С тех пор, как я впервые опубликовал эту статью в 2015 году, она стала одной из наших самых популярных статей! С тех пор я обновил и улучшил его, но основная простота осталась прежней. .]

Вычисление кинематики является краеугольным камнем для инженеров-робототехников. Но кинематика иногда может быть проблемой (например, понимание разницы между прямой и обратной кинематикой).

Когда я впервые начал заниматься исследованиями в области робототехники, мне часто говорили: «иди и посчитай переднюю кинематику этого робота».  По сути, эта фраза является сокращением для исследования робототехники для «иди и познакомься с этим роботом».

Расчет прямой кинематики является жизненно важным первым шагом при использовании любого нового робота в исследованиях, особенно для манипуляторов.

Несмотря на то, что я изучал теорию кинематики в университете, только когда я рассчитал различные кинематические решения для нескольких реальных роботов, весь процесс стал интуитивно понятным. Даже тогда, поскольку я не рассчитывал кинематику каждый день, мне приходилось возвращаться к своим заметкам, чтобы напоминать себе, как это сделать, каждый раз, когда я сталкивался с новым роботом.

Было бы очень полезно иметь пошаговое руководство по этапам прохождения. Таким образом, мне не пришлось бы читать сотни страниц академически написанных уравнений в учебниках.

Было бы полезно что-то вроде «шпаргалки» по кинематике.

Этот пост как раз и есть шпаргалка.

В первую очередь я сосредоточусь на подходе Деванита-Хартенберга (DH) к прямой кинематике, поскольку он является наиболее распространенным.

Надеюсь, вам понравится!

Шаг 1: Возьмите карандаш и бумагу

При запуске нового робота может возникнуть соблазн сразу перейти к компьютеру. Однако, даже если робот выглядит как «стандартный» манипулятор 6R (наиболее распространенный тип робота), я всегда сажусь с карандашом и бумагой, чтобы нарисовать кинематическую схему.

Эта простая задача заставляет вас тщательно рассмотреть реальную физическую конфигурацию робота, избегая ложных предположений, которые могут нанести ущерб позже во время кодирования.

Существуют различные способы рисования кинематической цепи. Выберите любой стиль, который вы предпочитаете.

Я предпочитаю простые цилиндры для поворотных соединений и линии для звеньев, как показано на рисунке. Выполните поиск картинок в Google по запросу «кинематическая диаграмма» и просмотрите несколько доступных стилей.

Во время рисования определите, в каком направлении движется каждый сустав, и нарисуйте это движение в виде двусторонних стрелок на диаграмме.

Шаг 2: Нарисуйте оси

Следующим важным шагом является нанесение осей на каждый сустав. Подход DH назначает разные оси каждому подвижному суставу.

Если правильно настроить оси, работать с роботом будет легко. Настройте их неправильно, и вы будете страдать бесчисленными головными болями. Эти оси потребуются симуляторам, решателям обратной кинематики и вашим коллегам в вашей команде (никто не хочет решать решение прямой кинематики, если это уже сделал кто-то другой).

Посмотрите это видео, чтобы узнать, как их настроить:

Две важные оси для работы:

• Ось Z — Ось Z должна лежать на оси вращения вращательного шарнира или оси растяжения призматического шарнира.
• Ось X — Ось X должна лежать вдоль «общей нормали», которая является кратчайшей ортогональной линией между предыдущей осью Z и текущей осью Z (серьезно, смотрите видео).
• Ось Y — После того, как вы рассчитали две другие, эта ось должна встать на место, следуя «правилу правой руки» (см. ниже).

Лично я рисую оси, используя следующую раскраску: ось z (синяя) , ось x (красная) и ось y (зеленая) . Кстати, это цветовая схема, которая используется в визуализаторе RViz от ROS, которую я широко использовал во время работы над диссертацией.

Еще когда я был студентом, наш лектор предложил нам сделать ось «скульптуру» из трех цветных соломинок, воткнутых в сферу синей гвозди, чтобы объяснить нам теорию. Хотя это может показаться немного «игровой школой», это может быть очень полезно, поскольку вы можете расположить скульптуру рядом с физическим роботом, чтобы убедиться, что оси указывают в правильном направлении. Чтобы получить виртуальную версию, воспользуйтесь этим интерактивным инструментом.

В качестве альтернативы вы можете использовать «правило правой руки».

Правило правой руки

Быстрый и простой способ запомнить направление оси Y — следовать правилу правой руки. Это мнемоника (помощь для запоминания), широко используемая в физике для запоминания ориентации трехмерной оси.

Чтобы использовать его, вытяните правую руку перед собой, вытянув большой, указательный и средний пальцы под углом 90 градусов друг к другу. Каждый палец соответствует оси:

• Большой палец = ось Z.
• Указательный палец = ось X.
• Средний палец = ось Y.

При направлении большого и указательного пальцев вдоль осей z и x шарнира робота, ваш средний палец естественным образом упадет в направлении оси y.

Шаг 3: Запомните свой концевой эффектор

Цель расчета прямой кинематики состоит в том, чтобы иметь возможность рассчитать положение конечного эффектора по положению суставов.

В большинстве учебных пособий по прямой кинематике конечный эффектор рассматривается как одно расстояние от конечного сустава. Это нормально для простого захвата «открыть-закрыть». Однако, поскольку современные захваты часто более сложны, стоит рассмотреть, как работает концевой эффектор.

Например, 3-пальцевый адаптивный захват Robotiq имеет несколько различных режимов захвата. Каждый режим будет соответствовать немного отличающемуся желаемому положению конечного эффектора. Если вы хотите зажать объект между его пальцами, для этого потребуется другое расстояние, чем если бы вы хотели обхватить объект пальцами.

При построении кинематической модели всегда следует тщательно учитывать концевой зажим.

Шаг 4: Расчет параметров DH

Параметры Denavit-Hartenberg (DH) часто требуются для ввода модели робота в симулятор и начала выполнения любого анализа на ней.

Лучший способ визуализировать параметры DH — посмотреть видео, которое я уже включил выше.

Параметры DH разбивают каждое соединение робота на четыре параметра, каждый из которых берется относительно предыдущего соединения. Они рассчитываются относительно «общей нормы», описанной выше. Обратите внимание, что если предыдущая ось z пересекает текущую ось z, что часто бывает, общая нормаль имеет нулевую длину.

• d — расстояние между предыдущей осью x и текущей осью x, по предыдущей оси z.
• θ — угол вокруг оси z между предыдущей осью x и текущей осью x.
• a (или r) — длина общей нормали, которая представляет собой расстояние между предыдущей осью z и текущей осью z
• α  — угол вокруг общей нормали между предыдущей осью z и текущей осью z.

Просмотрите все соединения на чертеже и запишите параметры DH для каждого соединения. Каждое соединение должно иметь одно значение, которое является переменной, представляющей приводимое в действие соединение.

Для получения более подробного объяснения и некоторых примеров я рекомендую этот раздаточный материал Питера Корка или эту главу из Введение в робототехнику.

Альтернативы параметрам DH

Подход DH является наиболее распространенным подходом к прямой кинематике, но он не идеален. Одним из его недостатков является то, что он не очень элегантно обрабатывает параллельные оси Z. Существуют различные альтернативы, в том числе представления теории винтов, Hayati-Roberts и другие геометрические модели (см. эту статью для сравнения). Это могут (или не могут) быть лучшие подходы. Однако большинство кинематических библиотек принимают параметры DH, и по этой причине это разумный подход для начала.

Шаг 5. Объедините параметры в робота целиком

Последний шаг — объедините все параметры DH в робота целиком. Есть два способа сделать это, сложный и простой:

Трудный путь: Создайте свой собственный решатель

«Первый» метод использования параметров DH состоит в том, чтобы «свернуть свой собственный» решатель Forward Kinematic, используя ваш любимый язык программирования.

Я сам использовал этот подход в прошлом, хотя, вероятно, в наши дни я бы не стал этого делать.

Когда у вас есть параметры DH для каждого соединения, вы можете использовать этот метод, чтобы закодировать его в решатель прямой кинематики:

1. Найдите библиотеку на вашем языке программирования, которая позволяет выполнять матричное умножение. Кроме того, напишите свой собственный код, используя методы из этого списка.
2. Для каждого соединения робота заполните новую матрицу 4 x 4 следующими значениями:

3. Перемножьте все матрицы вместе, начиная с первого сустава и заканчивая концевым эффектором.
4. Окончательный вектор T будет содержать положение концевого эффектора. Матрица R будет содержать ориентацию концевого эффектора.

Если вы просто хотите попробовать это с некоторыми значениями, не кодируя свой собственный решатель, вы можете использовать этот удобный онлайн-инструмент, чтобы создать рабочий пример полного робота из его параметров DH.

По моему опыту, создание собственного решателя не дает больше преимуществ, чем использование существующей библиотеки. Тем не менее, это хорошее упражнение для обучения.

Простой способ: используйте существующие библиотеки

Гораздо более эффективный способ расчета прямой кинематики, если у вас есть параметры DH, — использовать существующую библиотеку.

Существует множество кинематических программных библиотек, и многие из них делают гораздо больше, чем просто рассчитывают прямую кинематику. Большинство из них включают в себя решатели обратной кинематики, динамику, визуализацию, планирование движения и обнаружение столкновений, и это лишь некоторые из функций. Эти библиотеки преобразуют ваши параметры DH в матрицы, которые затем перемножаются, чтобы рассчитать взаимосвязь между положениями суставов и положением конечного эффектора.

Некоторые хорошие библиотеки разработки включают Robotics Library, Orocos Kinematics and Dynamics Library, ROS MoveIt, OpenRave, RoboAnalyzer и Matlab Robotics Toolbox.

Несмотря на то, что для фактического управления роботом обычно требуется инверсная кинематика, расчет прямой кинематики является необходимым шагом для знакомства с любой новой роботизированной рукой.

Если вы нашли эту статью полезной, обязательно добавьте ее в закладки, чтобы вы могли найти ее, когда в следующий раз столкнетесь с новым роботом!

Какой ваш любимый метод изучения кинематики нового робота? Вы предпочитаете другой метод параметрам DH? У вас есть вопросы по реализации Forward Kinematics в вашем роботе? Расскажите нам в комментариях ниже или присоединяйтесь к обсуждению в LinkedIn, Twitter или Facebook.

Во время карантина / Новые роботы обслуживают студентов, преподаватели обучаются в клинических лабораториях

Хейли Олсон (слева) из Су-Фоллс и Джордан Нойбранд из Су-Сити, штат Айова, наблюдают за манекеном пациента в лаборатории моделирования в кампусе Брукингса 27 октября. За студентами-медсестрами второго семестра наблюдает преподаватель Николь Карлсон, возможность участвовать благодаря новому роботу телеприсутствия, несмотря на то, что он находится на карантине дома в Су-Фолс.

Когда из-за COVID-19 Николь Карлсон была помещена на карантин в ее доме в Су-Фолс, инструктор по медсестринскому делу Университета штата Южная Дакота не могла не наблюдать за тем, как ее студенты демонстрируют базовые навыки в симуляционной лаборатории колледжа в Брукингсе.

Благодаря роботу телеприсутствия, приобретенному за счет средств Федерального управления медицинских ресурсов и услуг, Карлсон был рядом со студентами. На самом деле, она играла роль матери трехлетнего симуляционного манекена. До этой осени Карлсону пришлось бы искать коллегу, который бы занимался лабораторными упражнениями и опирался на этот отчет.

«Сестринское дело определяется нашей связью с пациентами, семьями и другими поставщиками медицинских услуг, — сказал Карлсон. «Мне нравится взаимодействовать со студентами с помощью робота, потому что я все еще могу поддерживать эту связь, разговаривая, задавая вопросы и наблюдая за ответами студентов.

«В условиях нынешней пандемии поставщики медицинских услуг должны еще больше полагаться на технологии, поэтому моя роль члена семьи, связанного с помощью технологий, сейчас актуальна как никогда. Использование этой технологии готовит наших студентов к карьере».

Робот телеприсутствия — один из 10, приобретенных за счет гранта в размере 78 000 долларов США, предназначенного для решения проблем, вызванных пандемией COVID-19.

10 роботов, приобретенных через Double Robotics, распределяются между колледжами в Брукингсе, Су-Фолс, Абердине и Рапид-Сити. Колледж также планирует использовать 20 000 долларов из премии HRSA для покупки оборудования для телемедицины, по словам Хайди Менненга, доцента из Брукингса, которая является директором проекта премии HRSA 2018 года.

Эта сумма в размере 2,7 миллиона долларов США на 2018–2022 годы предназначена для более полного использования дипломированных медсестер и студентов в учреждениях первичной медико-санитарной помощи по месту жительства.

По словам Менненги, именно благодаря этому финансированию HRSA SDSU имел право на получение финансирования HRSA COVID-19.

Роботы прибыли в середине октября, и SDSU может быть единственной программой медсестер в штате, оснащенной таким оборудованием, сказал Менненга.

Однако роботы, которые выглядят как камера-планшет с селфи-палкой на колесах, использовались и в других образовательных учреждениях. Линн Хорсли, заместитель декана по сестринскому делу SDSU в Су-Фолс, была знакома с их использованием в Университете Дьюка. Дюк дал роботам положительную рекомендацию, когда SDSU опросила своих чиновников.

Поздравления также поступили от студентов SDSU, которые использовали роботов.

 

Студент в восторге от робота

Алекс Стаут, студент-медик четвертого семестра из Брукингса, находился на карантине из-за COVID-19, когда в конце октября столкнулся с роботом.

«Во время симуляции моя роль как регистратора заключалась в том, чтобы записывать все, что происходило во время эксперимента, будь то лекарства, введенные в определенное время, в какое время начался код, сколько раз мы нажимали определенное лекарство и когда ты снова сможешь протолкнуть это лекарство, — сказал Стаут.

В другом симуляторе он играл роль наблюдателя.

«Я просто мог наблюдать за тем, что делали мои сверстники, и делать заметки о том, как, по моему мнению, прошла симуляция. Лично эти задачи выполнялись бы точно так же, но я просто присутствовал бы в комнате и делал пометки карандашом и бумагой», — сказал он.

Какова кривая обучения использованию робота телеприсутствия?

Стаут сказал: «Мне потребовалось около трех минут, а потом я почувствовал себя профессионалом, использующим робота. Программное обеспечение очень простое в использовании и работает хорошо. Я бы определенно хотел снова использовать робота. Мне нравилось проводить симуляцию со своими сверстниками и получать почти те же впечатления, что и они, сидя у меня дома.

«Я думаю, что это было здорово и будет отличным дополнением к программе медсестер».

 

Применяется после ослабления COVID-19

Менненга сказал, что реакция Стаута типична. «Есть общее волнение по поводу чего-то нового, что мы можем использовать.