Uvod u manipulatore: 8 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:06

Stvaranje pravog manipulatora za izazov jedan je od najtežih dijelova PRVOG takmičenja u robotici (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. godine, Aim High. Iz tog razloga, korisno je upoznati se s osnovnim dizajnom manipulatora koji se koristi u prethodnim igrama. Ovaj vodič će pružiti pregled manipulatora koji se obično koriste na FIRST Robotics Competition (FRC). U svakom koraku će se govoriti o opštem tipu manipulatora i dati primjeri implementacija manipulatora. Ovaj vodič je 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 prilikom formiranja strategije, umjesto da formira strategiju zasnovanu na manipulatoru koji ste spojili. Drugo, dizajnirajte unutar granica vašeg tima. Ako znate da jednostavno nemate resurse 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 tim se potrudio da izgradimo praktičnog bota prošle godine, a na kraju je bilo jako korisno. Treće, uvijek imajte aktivnu kontrolu nad komadom igre. Na primjer, ako je potrebno transportirati loptu 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: Oružje

Oružje je jedan od najčešćih manipulatora koji se koristi u FRC -u. Općenito, oni se koriste zajedno s krajnjim efektorom za kontrolu igraćeg komada. Dva uobičajena tipa 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 šipke ili paralelna veza. Takva veza prikazana je na trećoj slici. Glavna karakteristika ovog dizajna je da se krajnji efektor drži u stalnoj orijentaciji. Savjeti za dizajn ruku:

• Obratite pažnju na težinu - može uzrokovati sporost ili čak otkazivanje ruke
• 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 s oprugama, udarima plina ili težinom kako biste je stabilizirali i smanjili opterećenje motora

Foto zasluge: 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

Korak 3: Liftovi

Poput ruku, dizala se koriste s krajnjim efektorom za kontrolu igraćeg komada. Obično se podižu navijanjem kabela na bubnju. Iako je potrebno samo dizalo dizati gore, pametno je uključiti povratni kabel koji može povući lift kako bi se spriječilo zaglavljivanje. Postoje dva glavna stila usmjeravanja kabela tako da podiže dizalo: kontinuirano i kaskadno postavljanje. Liftovi s kontinuiranim postavljanjem (prikazano na drugoj slici) imaju jedan kontinuirani kabel od vitla do njegove posljednje faze. Kako se kabel povlači, faza 3 se prva pomiče prema gore i posljednja prema dolje kada se kabel otpusti. Dvije prednosti ovog dizajna su da kabel ide 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 to što su njegovi srednji dijelovi podložniji zaglavljivanju. Liftovi s kaskadnim postavljanjem (prikazano na trećoj slici) imaju pojedinačne kablove koji povezuju svaku fazu lifta. To dovodi do toga da se sve faze istovremeno uzdižu 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 lifta manje podložni zaglavljivanju, napetost na kablovima donjeg stepena mnogo je veća nego u liftu s kontinuiranim postavljanjem. Iako su dizala i ruke slični, postoje neke važne razlike. Liftovi su obično složeniji i teži od jednostruko spojenih krakova. Osim toga, dizala se obično kreću okomito i ne mogu doseći izvan perimetra robota. Međutim, oni ne mijenjaju težište robota dok se kreću, a njihov položaj može se precizno kontrolirati pravilnom upotrebom senzora i programiranjem. U suštini, svaki od njih ima svoje prednosti i nedostatke, a odluku o korištenju prepuštaju timovima. Druga mogućnost je kombiniranje ove dvije opcije postavljanjem ruke na posljednju fazu lifta, čiji je primjer prikazan na četvrtoj slici. Foto zasluge:

Korak 4: Hvataljke

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

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

Na kraju, nekoliko savjeta za dizajn hvataljki:

• Uvjerite se da vaš hvatač primjenjuje dovoljnu silu da se okači na komad za igru
• Neka vaš hvatač uhvati i brzo pusti predmete
• Olakšajte upravljanje pomoću senzora za automatizaciju 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 sposobnosti koje su obično potrebne u ovim igrama su prikupljanje loptica i njihov transport unutar robota. Najefikasniji način prikupljanja loptica mijenja se iz godine u godinu ovisno o pravilima. U igri Rebound Rumble 2012. timovima je bilo dozvoljeno da imaju dodatke koji se protežu izvan njihovog robota. Mnogi timovi odlučili su da bi sistem sakupljanja padajućih loptica bio povoljan, što je rezultiralo dodacima koji su koristili valjke za lijevanje loptica u jedan usis ili preko branika i u njihovog robota. Nekoliko primjera ovih robota vidi se na slikama od jedne do tri. U igri Lunacy 2009. timovima nije bilo dopušteno imati manipulatore koji su se prostirali izvan njihovog okvira. Ako su htjeli skupljati loptice s poda, morali su za to imati otvor na prednjoj strani robota. To je također dovelo do mnogih robota široke baze jer omogućava 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 upotreba poliuretanskih traka. Poliuretanske trake (poznate i kao polikord) su trake podesive dužine 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 nedostupnu lokaciju 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 ovog izazova je stisnuti loptu uz kotač, što je dovoljno ubrzava 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 da dodaju mnogo leđa lopti. 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 preciznog strijelca 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 sistem za hranjenje i klizanja lopte prema površini kotača i haube. Katapulti su mnogo rjeđi u igrama pucanja jer ne mogu brzo pucati. Međutim, njihova glavna prednost je što mogu biti precizniji od tradicionalnih strijelaca. Katapulti se obično pokreću pneumaticima ili oprugama. Konačna slika je tima koji je koristio pneumatiku za pogon katapulta prošle godine. 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 upotrebu u FRC -u pa se stoga nalaze kao elementi većih manipulatora. Dvije njihove najčešće upotrebe su skladištenje 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, oslobađajući tako pohranjenu energiju. Slika vitla dizajnirana za to prikazana je na prvoj slici. Druga upotreba vitla je podizanje robota. U ovom slučaju obično nije dovoljno imati zaseban mjenjač koji je posvećen tom zadatku, zbog čega timovi izrađuju mjenjač za prijenos snage, koji je sposoban preusmjeriti snagu iz pogonskog sklopa na zaseban mehanizam. Iako je to samo način vožnje vitlom, odlučio sam pokazati primjer jednog na drugoj slici jer je to zanimljiv mehanizam. Foto zasluge:

Korak 8: Zaključak

Kao što ste počeli vidjeti, postoji mnogo različitih mogućih dizajna manipulatora koji se mogu koristiti na PRVOM takmičenju u robotici. Uz toliko timova koji rade na rješavanju izazova, svaki sa svojim iskustvom, to će se naravno dogoditi. Svijest o onome 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 ćete previdjeti 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. Ako se sjećate 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: