Uvod u manipulatore: 8 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Stvaranje pravog manipulatora za izazov jedan je od najtežih dijelova FIRST Robotics Competition (FRC). U moje četiri godine kao student, to je uvijek bio najveći neuspjeh mog tima. Iako se izazov igre u FRC -u mijenja iz godine u godinu, često postoje zadaci koji su slični onima iz prethodnih godina. Na primjer, igra iz 2012. godine, Rebound Rumble, imala je jasne elemente igre iz 2001. godine, Diabolical Dynamics, te igre iz 2006., Cilj visoko. Iz tog razloga, korisno je upoznati se s osnovnim dizajnom manipulatora koji se koristi u prethodnim igrama. Ovaj će vodič pružiti pregled manipulatora koji se obično koriste na FIRST Robotics Competition (FRC). Svaki korak će raspravljati o općoj vrsti manipulatora i dat će primjere implementacije manipulatora. Ovaj je vodič napravljen putem programa Autodesk FIRST High School Intern. Preduvjeti: Spremnost za učenje Foto kredit:

Korak 1: Opće smjernice

Prije nego što sam uskočio u matice i vijke različitih manipulatora, htio sam dati neke opće smjernice koje će vam pomoći pri odabiru i dizajnu manipulatora. Prvo, dopustite strategiji da upravlja vašim dizajnom manipulatora, a ne obrnuto. To znači da bi vaš manipulator trebao ispuniti zahtjeve dizajna za koje se vaš tim odlučio pri oblikovanju strategije, umjesto da formira strategiju temeljenu na manipulatoru koji ste zajedno spojili. Drugo, dizajnirajte unutar granica svojih timova. Ako znate da jednostavno nemate sredstava za izgradnju super-kompliciranog manipulatora za koji mislite da će dominirati u svakom aspektu igre, nemojte to činiti! Idite na jednostavniji koji možete izgraditi i koji će vrlo dobro ispuniti jednu ulogu. Međutim, također se ne bojte gurati svoj tim da prevlada vaše granice. Na primjer, moj se tim prošle godine potrudio izgraditi praktičnog bota, što je na kraju bilo jako korisno. Treće, uvijek imajte aktivnu kontrolu nad komadom igre. Na primjer, ako se lopta mora transportirati kroz vašeg robota, učinite to pomoću transportera, a ne rampom. Ako ne kontrolirate aktivno komad igre, on će se neizbježno zaglaviti ili ispasti iz vašeg manipulatora. Konačno, prototipiranje i iterativni razvoj ključni su za izgradnju uspješnog manipulatora. Počnite s prototipom, a zatim ga iterativno poboljšavajte dok ne budete spremni za izradu konačne verzije. Čak i tada tražite poboljšanja koja će ga učiniti boljim. Fotografija:

Korak 2: Ruke

Oružje je jedan od najčešćih manipulatora koji se koristi u FRC -u. Općenito, oni se koriste zajedno s krajnjim efektorom za kontrolu igraćeg komada. Dvije uobičajene vrste su jednostruki i višezglobni krakovi. Iako višezglobni krakovi mogu doprijeti dalje i mogu imati veću kontrolu nad orijentacijom krajnjeg efektora, oni su također mnogo složeniji. S druge strane, jednostruko spojeni krakovi imaju prednost jednostavnosti. Jedan uobičajeni dizajn koji se koristi za ruke je 4 bara ili paralelna veza. Takva je veza prikazana na trećoj slici. Glavna značajka ovog dizajna je da se krajnji efektor drži u stalnoj orijentaciji. Savjeti za dizajn ruku:

• Obratite pažnju na težinu - može uzrokovati da ruka bude spora ili čak otkazati
• Koristite lagane materijale poput kružnih ili pravokutnih cijevi i lima
• Upotrijebite senzore kao što su krajnji prekidači i potenciometri za pojednostavljivanje upravljanja rukom
• Uravnotežite ruku oprugama, udarcima plina ili težinom kako biste je stabilizirali i smanjili opterećenje motora

Zasluge za fotografije: https://www.chiefdelphi.com/media/photos/36687https://www.thunderchickens.org/index.php? Option = com_content & view = category & layout = blog & id = 30 & Itemid = 41https://www.chiefdelphi.com /mediji/fotografije/27982

Korak 3: Liftovi

Kao i ruke, dizala se koriste s krajnjim efektorom za kontrolu igraćeg komada. Obično se podižu navijanjem kabela na bubnju. Iako je dizalo potrebno samo povući, pametno je uključiti povratni kabel koji može povući dizalo prema dolje kako bi se spriječilo zaglavljivanje. Postoje dva glavna stila postavljanja kabela tako da podiže dizalo: kontinuirano i kaskadno postavljanje. Dizala s kontinuiranim postavljanjem (prikazano na drugoj slici) imaju jedan kontinuirani kabel od vitla do njegove posljednje faze. Kako se kabel uvlači, stupanj 3 prvi se pomiče prema gore i posljednji prema dolje kad se kabel otpusti. Dvije prednosti ovog dizajna su da se kabel uspinje istom brzinom kojom se spušta, što znači da se povratni kabel može postaviti na isti bubanj i da je napetost kabela mala. Njegov glavni nedostatak je što su njegovi srednji dijelovi podložniji zaglavljivanju. Dizala s kaskadnim postavljanjem (prikazano na trećoj slici) imaju pojedinačne kabele koji povezuju svaku fazu dizala. To rezultira istovremenim podizanjem svih stupnjeva dok se kabel uvlači. Međutim, svaki povratni kabel mora imati različitu brzinu od glavnog vitla, s kojim se može rukovati pomoću bubnjeva različitih promjera. Dok su srednji dijelovi kaskadnog dizala manje osjetljivi na zaglavljivanje, napetost na kabelima niže razine mnogo je veća nego u liftu s kontinuiranim postavljanjem. Iako su dizala i ruke slični, postoje neke važne razlike. Dizala su obično složenija i teža od jednostruko spojenih krakova. Osim toga, dizala se obično kreću okomito i ne mogu doseći izvan oboda robota. Međutim, oni ne mijenjaju težište robota tijekom kretanja, a njihov se položaj može precizno kontrolirati pravilnom upotrebom senzora i programiranjem. U biti, svaki od njih ima svoje prednosti i nedostatke, a odluku o tome koje će koristiti prepustiti je timovima. Druga je mogućnost kombinirati ove dvije opcije postavljanjem ruke na posljednju fazu dizala, čiji je primjer prikazan na četvrtoj slici. Foto zasluge:

Korak 4: Hvataljke

U FRC -u se nalazi otprilike toliko različitih vrsta hvataljki koliko i timova. Kandže se koriste za izravnu kontrolu i manipulaciju igraćim komadom. Korisni su u godinama u kojima postoji nekoliko komada igre, od kojih se samo jedan može kontrolirati odjednom. Dva glavna stila su pasivne kandže i kandže valjaka. Pasivne kandže oslanjaju se na to da su im prsti pravilno postavljeni za hvatanje igraćeg komada, dok kandže valjaka koriste kotače ili valjke za aktivno uvlačenje. Sljedeći popis različitih hvataljki odgovara gornjim slikama:

• Pneumatska hvataljka s dva prsta
• Linearni pneumatski hvatač s dva prsta
• Linearni pneumatski hvatač s tri prsta
• Motorizirana hvataljka
• Pneumatski hvatač
• Osnovna valjkasta kandža
• Zglobna valjkasta kandža

Na kraju, nekoliko savjeta za dizajn hvataljki:

• Pobrinite se da vaš hvatač primijeni dovoljno sile da se okači na komad igre
• Neka vaš hvatač brzo uhvati i pusti predmete
• Olakšajte upravljanje pomoću senzora za automatiziranje osnovnih operacija

Foto zasluge:

Korak 5: Skupljanje i transport loptica

Dok su hvataljke korisne za manipulaciju pojedinačnim predmetima koji mogu biti neobičnog oblika, često FRC igre uključuju hrpu lopti. Dvije mogućnosti koje su obično potrebne u ovim igrama su prikupljanje loptica i njihov transport unutar robota. Najučinkovitija metoda prikupljanja loptica mijenja se iz godine u godinu ovisno o pravilima. U igri Rebound Rumble 2012., timovima je dopušteno imati dodatke koji se protežu izvan njihovog robota. Mnogi su timovi odlučili da bi bilo korisno imati padajuće sustave za skupljanje loptica, što je rezultiralo dodacima koji su pomoću valjaka lijevali kuglice u jedan usis ili preko njihovih odbojnika i u njihovog robota. Nekoliko primjera ovih robota vidi se na slikama od jedne do tri. U igri Lunacy iz 2009. timovi nisu smjeli imati manipulatore koji su se proširili izvan njihovog okvira. Ako su htjeli skupljati loptice s poda, morali su za to imati otvor ispred robota. To je također dovelo do mnogih robota široke baze jer omogućuje veći otvor za ulazak loptica. Neki primjeri ovih robota vide se na slikama četiri i pet. Postoji nekoliko mogućih načina prijevoza loptica nakon što ih prikupi robot, ali najčešći je korištenje poliuretanskih remena. Poliuretanski remeni (poznati i kao polikord) remeni su podesive duljine i obično se koriste za transportne trake i prijenos snage pri niskom opterećenju. Svaki od gore prikazanih robota u određenoj mjeri koristi polikord. Konačna slika prikazuje polikord detaljnije. Foto zasluge: https://www.simbotics.org/media/photos/2012-first-cha Championship/4636https://www.chiefdelphi.com/media/photos/37879https://www.chiefdelphi.com/media/photos /37487https://www.chiefdelphi.com/media/photos/33027https://www.chiefdelphi.com/media/photos/33838https://www.made-from-india.com/showroom/chetna-engineering/gallery.html

Korak 6: Snimanje

Dobijanje lopte od robota na inače nedostupno mjesto još je jedan uobičajen zadatak u FRC -u. To zahtijeva lansiranje lopte, obično pomoću katapulta ili strijelca na kotačima sličnog stroju za bacanje bejzbola. Najčešće rješenje za ovaj izazov je stisnuti loptu uz kotač koji se ubrzava dovoljno da je lansira na značajnu udaljenost. Dvije glavne varijacije ovog dizajna su strijelci s jednim i dva kotača. Strijelci s jednim kotačem jednostavni su i imaju tendenciju stavljati puno povratne lopte na loptu. Izlazna brzina lopte približno je jednaka ½ površinske brzine kotača. Strijelci s dvostrukim kotačima mehanički su kompliciraniji, ali mogu loptu pogurati dalje. To je zato što je izlazna brzina loptice približno jednaka površinskoj brzini kotača. Prve dvije slike prikazuju neke primjere strijelaca. Kako su mnogi timovi naučili 2012. godine, ključ izgradnje točne strijelce je stroga kontrola što je moguće više varijabli uključenih. To uključuje kontrolu brzine kotača, kuta lansiranja, brzine loptica koje ulaze u strijelca, orijentacije strijelca u odnosu na njegov sustav za hranjenje i klizanja loptice na površini kotača i poklopca. Katapulti su mnogo rjeđi u igrama pucanja jer ne mogu brzo pucati. Međutim, njihova je glavna prednost što mogu biti točniji od tradicionalnih strijelaca. Katapulti se obično pokreću pneumatikom ili oprugama. Konačna slika je tima koji je prošle godine upotrijebio pneumatiku za pogon katapulta. Foto zasluge: https://www.chiefdelphi.com/media/photos/37418https://gallery.raiderrobotix.org/2012-Championships/2012ChampDSP/IMG_3448https://www.teamxbot.org/index.php? Option = com_content & view = članak & id = 47 & Itemid = 55

Korak 7: Vitla

Vitla imaju višestruku moguću uporabu u FRC -u pa se stoga nalaze kao elementi većih manipulatora. Dvije njihove najčešće uporabe su spremanje energije za veći mehanizam i podizanje cijelog robota. Kad se koriste za učitavanje uređaja za skladištenje energije, vitla su obično projektirana samo za rad u jednom smjeru, s otpuštanjem koje mu omogućuje slobodno okretanje, čime se oslobađa pohranjena energija. Slika vitla dizajnirana za to prikazana je na prvoj slici. Druga upotreba vitla je podizanje robota. U tom slučaju obično nije dovoljno imati zaseban mjenjač koji je posvećen tom zadatku, što dovodi do toga da timovi izrađuju mjenjač za prijenos snage, koji je sposoban preusmjeriti snagu s pogonskog sklopa na zasebni mehanizam. Iako je to samo način vožnje vitlom, odlučio sam pokazati primjer jednog na drugoj slici jer je to zanimljiv mehanizam. Zasluge za fotografije:

Korak 8: Zaključak

Kao što ste počeli vidjeti, postoji mnogo različitih mogućih dizajna manipulatora koji se mogu koristiti na PRVOM natjecanju u robotici. S toliko timova koji rade na rješavanju izazova, svaki sa svojim iskustvom, to će se naravno dogoditi. Postati svjestan onoga što je već učinjeno može vam uštedjeti dragocjeno vrijeme korištenjem prethodnih manipulatora kao polaznih osnova za prototipove vašeg tima i konačne dizajne. Međutim, također budite oprezni kako ne biste dopustili da prethodni dizajni ograničavaju vaše razmišljanje. Ako po primitku izazova odmah odaberete stari dizajn koji ćete koristiti, možda previđate bolje rješenje. Osim toga, ponekad na kraju prevladavaju najkreativnija, neobična rješenja koja su posebno prilagođena izazovu. Na primjer, prikazani manipulator bio je vrlo različit od većine u godini kada je korišten, ali je bio vrlo uspješan. Sjećate li se ovoga i općih savjeta koje sam predložio na početku, već ćete biti na dobrom putu da stvorite uspješnog manipulatora. Hvala Andyju Bakeru iz AndyMarka što je svoju prezentaciju o manipulatorima učinio javno dostupnom. Mnoge slike u ovom vodiču su iz njega. Fotografija: