Bevezetés a manipulátorokba: 8 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:41

A kihívásoknak megfelelő manipulátor létrehozása az FIRST Robotics Competition (FRC) egyik legnehezebb része. Diákként eltöltött négy évem során mindig ez volt a csapatom legnagyobb kudarca. Bár az FRC játék kihívása évről évre változik, gyakran vannak olyan feladatok, amelyek hasonlóak a korábbi évekhez. Például a 2012 -es játék, a Rebound Rumble egyértelmű elemeket tartalmazott a 2001 -es játékból, a Diabolical Dynamics -ból és a 2006 -os Aim High játékból. Ezért előnyös, ha ismerjük a korábbi játékokban használt alapvető manipulátor terveket. Ez az oktatóanyag áttekintést nyújt az ELSŐ Robotika Versenyen (FRC) általánosan használt manipulátorokról. Minden lépés egy általános manipulátor típust tárgyal, és példákat mutat be a manipulátor megvalósításaira. Ez az oktatóanyag az Autodesk FIRST High School Intern programon keresztül készült. Előfeltételek: hajlandóság tanulni a fotóhitelekről:

1. lépés: Általános irányelvek

Mielőtt belevágnék a különböző manipulátorok csavarjaiba, néhány általános iránymutatást akartam adni, amelyek segítenek a manipulátor kiválasztásában és megtervezésében. Először is hagyja, hogy a stratégia vezérelje a manipulátor tervezését, és nem fordítva. Ez azt jelenti, hogy a manipulátornak meg kell felelnie a tervezési követelményeknek, amelyeket a csapata döntött a stratégia kialakításakor, ahelyett, hogy stratégiát alakítana ki a közösen kövezett manipulátor alapján. Másodszor, tervezzen a csapat határain belül. Ha tudod, hogy egyszerűen nincs erőforrásod a szuperbonyolult manipulátor megépítéséhez, amelyről úgy gondolod, hogy a játék minden aspektusát uralni fogja, akkor ne tedd! Válassza az egyszerűbbet, amelyet felépíthet, és nagyon jól teljesít egy szerepet. Ne féljen azonban arra sem, hogy a csapatát a határai leküzdésére kényszerítse. Például az elmúlt évben a csapatom arra késztette magát, hogy építsünk egy gyakorló botot, és végül nagyon előnyös volt. Harmadszor, mindig aktívan irányítsa a játékot. Például, ha egy labdát át kell szállítani a robotján, akkor azt szállítószalaggal végezze, ne rámpával. Ha nem aktívan irányítja a játékot, elkerülhetetlenül elakad vagy kiesik a manipulátorból. Végül a prototípus -készítés és az iteratív fejlesztés kulcsfontosságú a sikeres manipulátor felépítéséhez. Kezdje egy prototípussal, majd iteratíven fejlessze, amíg készen áll a végleges verzió elkészítésére. Akkor is keressen olyan fejlesztéseket, amelyek jobbá teszik. Fotóhitel:

2. lépés: Fegyverek

A fegyverek az egyik leggyakoribb manipulátor az FRC -ben. Általában a végjátékkal együtt használják őket a játék irányításához. A két gyakori típus az egy- és többcsuklós karok. Míg a többcsuklós karok messzebbre tudnak nyúlni, és jobban tudják irányítani a véghatás irányát, sokkal összetettebbek is. Másrészről az egycsuklós karok előnye az egyszerűség. A karok egyik általános kialakítása a 4 bar vagy párhuzamos kötés. Az ilyen összekapcsolást a harmadik kép mutatja. Ennek a kialakításnak a fő jellemzője, hogy a véghatást állandó tájolásban tartják. Tippek a kar kialakításához:

• Ügyeljen a súlyra - a kar lassúvá válását vagy akár meghibásodását okozhatja
• Használjon könnyű anyagokat, például kör vagy téglalap alakú csövet és fémlemezeket
• Használjon érzékelőket, például végálláskapcsolókat és potenciométereket, hogy egyszerűsítse a kar vezérlését
• Ellensúlyozza a kart rugókkal, gázütésekkel vagy súlyokkal, hogy stabilizálja és csökkentse a motorok terhelését

Fotóhitelek: 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 /media/photos/27982

3. lépés: Liftek

A karokhoz hasonlóan a felvonókat véghatással is szabályozzák a játékhoz. Általában dobon tekercselő kábellel emelik fel őket. Bár csak fel kell húzni a felvonót, bölcs dolog, ha olyan visszatérő kábelt is tartalmaz, amely le tudja húzni a liftet, hogy megakadályozza az elakadást. A kábelt úgy kell elvezetni, hogy az emelje fel a liftet: a folyamatos kötélzet és a lépcsőzetes kötélzet. A folyamatos kötélzetű lifteknél (a második képen látható) egy folyamatos kábel van a csörlőtől az utolsó szakaszig. A kábel behúzásakor a 3. szakasz az első, amelyik felfelé mozog, és az utolsó, amelyik lefelé mozog, amikor a kábelt kioldják. Ennek a kialakításnak két előnye, hogy a kábel ugyanolyan sebességgel megy felfelé, mint amennyire lefelé megy, vagyis egy visszatérő kábel elhelyezhető ugyanazon a dobon, és a kábel feszültsége alacsony. Fő hátránya, hogy középső részei érzékenyebbek az elakadásra. A lépcsőzetes kötélzetű felvonókhoz (a harmadik képen látható) a kábelek mindegyik lépcsőjét összekötik. Ez azt eredményezi, hogy a kábel behúzásakor minden szakasz egyszerre emelkedik. Bármely visszatérő kábelnek azonban eltérő sebességgel kell rendelkeznie, mint a főcsörlőnek, amelyet különböző átmérőjű dobok segítségével lehet kezelni. Míg a lépcsőzetes felvonó középső szakaszai kevésbé hajlamosak az elakadásra, az alsó fokozatú kábelek feszültsége sokkal nagyobb, mint a folyamatos kötélzetű liftben. Bár a liftek és a karok hasonlóak, van néhány fontos különbség. A liftek általában bonyolultabbak és nehezebbek, mint az egyesített karok. Ezenkívül a felvonók általában függőlegesen mozognak, és nem tudnak eljutni a robot kerületén kívülre. Mozgás közben azonban nem változtatják meg a robot súlypontját, és helyzetük pontosan szabályozható az érzékelők és a programozás megfelelő használatával. Lényegében mindegyiknek megvannak a maga előnyei és hátrányai, amelyek felhasználását a csapatokra bízzák. Egy másik lehetőség, hogy ezt a két opciót ötvözik úgy, hogy egy karot helyeznek a lift utolsó szakaszára, amelyre egy példa látható a negyedik képen. Fotóhitelek:

4. lépés: Fogók

Az FRC -ben körülbelül annyi különböző típusú fogó található, mint ahány csapat. A karmokkal közvetlenül irányítható és manipulálható a játék. Hasznosak azokban az években, amikor kevés játékgép van, amelyek közül csak egyet lehet egyszerre vezérelni. A két fő stílus a passzív karmok és a görgős karmok. A passzív karmok attól függnek, hogy az ujjaik megfelelően vannak -e elhelyezve, hogy megfogják a játékot, míg a görgős karmok kerekek vagy görgők segítségével húzzák be aktívan. A következő fogók listája megfelel a fenti képeknek:

• Kétujjas pneumatikus fogó
• Kétujjas lineáris pneumatikus fogó
• Háromujjas lineáris pneumatikus fogó
• Motoros fogó
• Pneumatikus fogó
• Alap görgős karom
• Pántos görgős karom

Végül néhány tipp a fogó kialakításához:

• Győződjön meg arról, hogy a fogója elegendő erőt fejt ki ahhoz, hogy a játékra lógjon
• Ragadja meg fogóját, és engedje el gyorsan a tárgyakat
• Könnyítse meg a vezérlést az érzékelők használatával az alapvető műveletek automatizálásához

Fotóhitelek:

5. lépés: Labdagyűjtés és szállítás

Míg a fogók hasznosak szokatlan formájú egyedi tárgyak manipulálásához, gyakran az FRC játékok egy rakás labdát tartalmaznak. Ezekben a játékokban általában két képességre van szükség: golyók gyűjtése és roboton belüli szállítása. A labdák gyűjtésének leghatékonyabb módja a szabályoktól függően évről évre változik. A 2012 -es játékban, a Rebound Rumble -ban a csapatok rendelkezhettek olyan függelékekkel, amelyek túlmutatnak a robotjukon. Sok csapat úgy döntött, hogy a legördülő labdagyűjtő rendszerek előnyösek lennének, ami olyan függelékeket eredményezne, amelyek görgőket használtak a golyók egyetlen beömlőnyílásba vagy a lökhárító fölé és a robotjába való betöltésére. Ezekre a robotokra számos példa látható az 1-3. Képen. A 2009 -es Lunacy játékban a csapatok nem rendelkezhettek olyan manipulátorokkal, amelyek túlnyúltak a keret kerületén. Ha labdákat akartak gyűjteni a padlóról, akkor a robot elülső részén egy nyílást kellett elhelyezniük. Ez sok széles bázisú robothoz is vezetett, mert nagyobb nyílást tesz lehetővé a labdák belépéséhez. Néhány példa ezekre a robotokra a 4. és az 5. képen látható. A golyók szállításának több módja is lehetséges, ha azokat egy robot gyűjti össze, de a leggyakoribb a poliuretán övek használata. A poliuretán szalagok (más néven polycord) állítható hosszúságú hevederek, amelyeket általában szállítószalagokhoz és kis terhelésű erőátvitelhez használnak. A fenti képen látható robotok mindegyike bizonyos mértékig polikordot használ. A végső kép részletesebben mutatja a polikordot. Fotó: https://www.simbotics.org/media/photos/2012-first-champion/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

6. lépés: Fényképezés

A labda eljuttatása a robotból egy egyébként hozzáférhetetlen helyre egy másik gyakori feladat az FRC -ben. Ehhez el kell indítani a labdát, általában egy baseball -dobógéphez hasonló katapult vagy kerekes lövő segítségével. Ennek a kihívásnak a leggyakoribb megoldása az, hogy a labdát egy forgó kerékhez nyomják, ami eléggé felgyorsítja ahhoz, hogy jelentős távolságot indítson el. Ennek a kialakításnak a két fő változata az egy- és kétkerekű lövészek. Az egykerekű lövők egyszerűek és hajlamosak sok hátráltatást tenni a labdára. A labda kilépési sebessége megközelítőleg a kerék felületi sebességének a felével egyenlő. A dupla kerekes lövők mechanikailag bonyolultabbak, de messzebbre tudják hajtani a labdát. Ennek az az oka, hogy a labda kilépési sebessége megközelítőleg megegyezik a kerék felületi sebességével. Az első két kép néhány példát mutat a lövöldözőkre. Amint azt sok csapat megtanulta 2012 -ben, a pontos lövöldözés felépítésének kulcsa az, hogy a lehető legtöbb változót szigorúan ellenőrizzék. Ezek közé tartozik a kerék fordulatszámának szabályozása, az indítási szög, a lövőbe érkező golyók sebessége, a lövő tápellátási rendszeréhez viszonyított iránya, valamint a labda csúszása a kerék és a motorháztető felületén. A katapultok sokkal ritkábbak a lövöldözős játékokban, mert nem tudnak nagyon gyorsan tüzelni. Fő előnyük azonban, hogy pontosabbak lehetnek, mint a hagyományos lövők. A katapultokat általában pneumatika vagy rugók hajtják. A végső kép egy csapatról szól, amely az elmúlt évben pneumatikával hajtott katapultot. Fotóhitelek: https://www.chiefdelphi.com/media/photos/37418https://gallery.raiderrobotix.org/2012-Cha Championships/2012ChampDSP/IMG_3448https://www.teamxbot.org/index.php? Option = com_content & view = cikk & id = 47 & Itemid = 55

7. lépés: Csörlők

A csörlőknek többféle felhasználási lehetősége van az FRC -ben, ezért nagyobb manipulátorok elemeiként találhatók meg. Két leggyakoribb felhasználásuk az energia tárolása egy nagyobb mechanizmushoz és egy egész robot felemeléséhez. Amikor egy energiatároló eszköz betöltésére használják, a csörlőket általában csak egy irányban kell működtetni, egy kioldóval, amely lehetővé teszi, hogy szabadon forogjon, és így felszabadítsa a tárolt energiát. Az erre a célra tervezett csörlő képe látható az első képen. A csörlő másik felhasználása a robot felemelése. Ebben az esetben általában nem elegendő, ha külön sebességváltót rendelnek a feladathoz, ezért a csapatok egy erőátviteli sebességváltót építenek, amely képes az erőátvitelt a hajtásláncról egy külön mechanizmusra irányítani. Bár ez csak a csörlő meghajtásának módja, úgy döntöttem, hogy egy példát mutatok be a második képen, mert érdekes mechanizmus. Fotóhitelek:

8. lépés: Következtetés

Amint azt már látta, az ELSŐ Robotika Versenyen sokféle lehetséges manipulátor tervezés használható. Mivel sok csapat dolgozik a kihívások megoldásán, mindegyik saját háttérrel, ez természetesen megtörténik. A korábbi műveletek tudatosítása értékes időt takaríthat meg, ha korábbi manipulátorokat használ alapul a csapat prototípusaihoz és végleges terveihez. Arra azonban ügyeljen, hogy a korábbi tervek ne korlátozzák gondolkodását. Ha a kihívás fogadásakor azonnal egy régi kialakítást választ, amelyet használ, akkor lehet, hogy figyelmen kívül hagy egy jobb megoldást. Ezenkívül időnként a legkreatívabb, különös megoldások érvényesülnek, amelyek kifejezetten a kihívásokhoz vannak igazítva. Például a képen látható manipulátor nagyon más volt, mint a legtöbb a használat évétől, de nagyon sikeres volt. Ha emlékszik erre és az általános tippekre, amelyeket az elején javasoltam, akkor már jó úton halad a sikeres manipulátor létrehozása felé. Köszönöm Andy Bakernek, az AndyMark -nak, hogy nyilvánosan elérhetővé tette a manipulátorokról szóló előadását. Az oktatóanyagban szereplő képek nagy része ebből származik. Fotóhitel: