Introduksjon til manipulatorer: 8 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Å lage den riktige manipulatoren for en utfordring er en av de vanskeligste delene av FIRST Robotics Competition (FRC). I mine fire år som student var det alltid teamets største fiasko. Selv om spillutfordringen i FRC endres fra år til år, er det ofte oppgaver som ligner dem fra tidligere år. For eksempel hadde 2012 -spillet, Rebound Rumble, klare elementer fra 2001 -spillet, Diabolical Dynamics, og fra 2006 -spillet, Aim High. Av denne grunn er det fordelaktig å bli kjent med grunnleggende manipulator design som ble brukt i tidligere spill. Denne opplæringen vil gi en oversikt over manipulatorer som vanligvis brukes i FIRST Robotics Competition (FRC). Hvert trinn vil diskutere en generell manipulator -type og gi eksempler på implementeringer av manipulatoren. Denne opplæringen ble laget gjennom Autodesk FIRST High School Intern-programmet. Forutsetninger: En vilje til å lære Fotokreditt:

Trinn 1: Generelle retningslinjer

Før jeg hopper inn i muttere og bolter på forskjellige manipulatorer, ønsket jeg å gi noen generelle retningslinjer som vil hjelpe deg med å velge og designe en manipulator. La først strategien drive manipulatorens design, ikke omvendt. Hva dette betyr er at manipulatoren din skal oppnå designkravene teamet ditt bestemte seg for i utformingen av en strategi, i stedet for å danne en strategi basert på manipulatoren du bretter sammen. For det andre, design innenfor lagens grenser. Hvis du vet at du bare ikke har ressurser til å bygge den superkompliserte manipulatoren som du tror vil dominere alle aspekter av spillet, ikke gjør det! Gå for den enklere som du kan bygge og vil oppfylle en rolle veldig bra. Vær imidlertid ikke redd for å presse teamet ditt for å overvinne grensene dine. For eksempel presset teamet vårt oss til å bygge en treningsbot det siste året, og det endte med å være veldig fordelaktig. For det tredje, ha alltid aktiv kontroll over spillstykket. For eksempel, hvis en ball må transporteres gjennom roboten din, gjør den med en transportør, ikke en rampe. Hvis du ikke aktivt kontrollerer spillstykket, vil det uunngåelig jamme eller falle ut av manipulatoren din. Til slutt er prototyping og iterativ utvikling nøkkelen til å bygge en vellykket manipulator. Start med en prototype, og forbedre den deretter iterativt til du er klar til å bygge en siste versjon. Selv da, se etter forbedringer som vil gjøre det bedre. Fotokreditt:

Trinn 2: Armer

Armer er en av de vanligste manipulatorene som brukes i FRC. Vanligvis brukes de sammen med en endeffektor for å styre spillstykket. De to vanlige typene er enkelt- og flerledede armer. Mens flerleddearmer er i stand til å nå lenger og kan ha mer kontroll over retningen til endeffektoren, er de også mye mer komplekse. På den annen side har enkelt leddede armer fordelen av enkelhet. En vanlig design som brukes for armer er en 4 bar eller parallell kobling. En slik kobling er vist på det tredje bildet. Hovedtrekk ved dette designet er at endeffektoren holdes i en konstant orientering. Tips for armdesign:

• Vær oppmerksom på vekten - kan føre til at armen blir treg eller til og med svikter
• Bruk lette materialer som sirkulære eller rektangulære rør og metallplater
• Bruk sensorer som grensebrytere og potensiometre for å forenkle kontrollen av armen
• Motvekt armen med fjærer, gassstøt eller vekt for å stabilisere den og redusere belastningen på motorer

Fotokreditt: 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

Trinn 3: Heiser

I likhet med armer brukes heiser med en endeeffektor for å kontrollere gamepiece. De blir vanligvis hevet ved å vikle kabel på en trommel. Selv om det bare er nødvendig å trekke heisen opp, er det lurt å inkludere en returkabel som kan trekke heisen ned for å forhindre fastkjøring. Det er to hovedformer for å føre kabelen slik at den heiser heisen: kontinuerlig rigging og kaskadrigging. Heiser med kontinuerlig rigging (vist på det andre bildet) har en kontinuerlig kabel fra vinsjen til den siste etappen. Når kabelen trekkes inn, er trinn 3 den første som beveger seg opp og den siste som beveger seg ned når kabelen slippes. To fordeler med denne designen er at kabelen går opp i samme hastighet som den går ned, noe som betyr at en returkabel kan plasseres på den samme trommelen, og at spenningen i kabelen er lav. Den største ulempen er at midtseksjonene er mer utsatt for fastkjøring. Heiser med kaskadrigging (vist på det tredje bildet) har individuelle kabler som forbinder hvert trinn av heisen. Dette resulterer i at alle trinn stiger samtidig som kabelen trekkes inn. Enhver returkabel må imidlertid ha en annen hastighet enn hovedvinsjen, som kan håndteres ved å bruke trommer med forskjellige diametre. Mens de midterste delene av en kaskadheis er mindre utsatt for fastkjøring, er spenningen på kablene i nedre trinn mye høyere enn i en heis med kontinuerlig rigging. Selv om heiser og armer er like, er det noen viktige forskjeller. Heiser har en tendens til å være mer kompliserte og tyngre enn enkeltleddearmer. I tillegg beveger heiser seg vanligvis vertikalt og kan ikke nå utenfor robotens omkrets. Imidlertid endrer de ikke robotens tyngdepunkt når de beveger seg, og posisjonen deres kan kontrolleres nøyaktig med riktig bruk av sensorer og programmering. I hovedsak har hver sine fordeler og ulemper, og beslutningen om hvilken som skal brukes, er opp til lag. Et annet alternativ er å kombinere disse to alternativene ved å plassere en arm på det siste trinnet i en heis, et eksempel som er vist på det fjerde bildet. Fotokreditter:

Trinn 4: Grippere

Det finnes omtrent like mange forskjellige typer gripere i FRC som det er lag. Klør brukes til å styre og manipulere spillet direkte. De er nyttige i år der det er få gamepieces, hvorav bare ett kan kontrolleres om gangen. De to hovedstilene er passive klør og rulleklør. Passive klør er avhengige av at fingrene er riktig plassert for å gripe gamepiece, mens rulleklør bruker hjul eller ruller for å trekke den inn aktivt. Følgende liste over forskjellige gripere tilsvarer bildene ovenfor:

• To fingers pneumatisk griper
• To fingers lineær pneumatisk griper
• Trefinger lineær pneumatisk griper
• Motorisert griper
• Pneumatisk griper
• Grunnleggende rulleklo
• Hengslet rulleklo

Til slutt, flere tips for griperdesign:

• Sørg for at griperen din bruker nok kraft til å henge på spillstykket
• Få griperen til å ta tak i og slippe gjenstander raskt
• Gjør det enkelt å kontrollere ved å bruke sensorer for å automatisere grunnleggende operasjoner

Bildekreditter:

Trinn 5: Ballsamling og transport

Selv om gripere er nyttige for å manipulere enkeltobjekter som kan være uvanlig formet, involverer ofte FRC -spill en haug med baller. To evner som vanligvis kreves i disse spillene er å samle baller og transportere dem i en robot. Den mest effektive metoden for å samle baller endres fra år til år, avhengig av reglene. I spillet 2012, Rebound Rumble, fikk lag lov til å ha vedlegg som strakte seg utover roboten. Mange lag bestemte at det ville være fordelaktig å ha nedtrekkssystemer for ballinnsamling, noe som resulterte i vedlegg som brukte ruller til å kaste ballene inn i et enkelt inntak eller over støtfangerne og inn i roboten. Flere eksempler på disse robotene er sett på bildene en til tre. I spillet i 2009, Lunacy, fikk lag ikke ha manipulatorer som strekker seg utover rammens omkrets. Hvis de ønsket å samle baller fra gulvet, måtte de ha en åpning foran på roboten for å gjøre det. Dette førte også til mange bredbaserte roboter fordi det gir større åpning for baller å komme inn. Noen eksempler på disse robotene er sett på bildene fire og fem. Det er flere mulige måter å transportere baller når de er samlet inn av en robot, men det vanligste er å bruke polyuretanbelter. Polyuretanbelter (også kjent som polycord) er belter med justerbar lengde og brukes ofte til transportbånd og lavlast-kraftoverføring. Hver eneste av robotene på bildet ovenfor bruker polycord til en viss grad. Det siste bildet viser polycord i større detalj. Bildekreditter: https://www.simbotics.org/media/photos/2012-first-champship/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

Trinn 6: Skyting

Å få en ball fra en robot til et ellers utilgjengelig sted er en annen vanlig oppgave i FRC. Dette krever at ballen startes, vanligvis ved bruk av en katapult eller skytespill på hjul som ligner på en baseballmaskin. Den vanligste løsningen på denne utfordringen er å komprimere ballen mot et roterende hjul, noe som akselererer den nok til å starte den en betydelig distanse. De to hovedvariantene av dette designet er enkelt- og dobbelthjulsskyttere. Skyttere med enkelt hjul er enkle og har en tendens til å legge mye backspin på ballen. Ballens utgangshastighet er omtrent lik ½ av hjulets overflatehastighet. Skyttere med dobbelt hjul er mer kompliserte mekanisk, men kan drive ballen lenger. Dette er fordi ballens utgangshastighet er omtrent lik hjulets overflatehastighet. De to første bildene viser noen eksempler på skyttere. Som mange lag lærte i 2012, er nøkkelen til å bygge en nøyaktig skytter å tett kontrollere så mange av de involverte variablene som mulig. Disse inkluderer kontroll av hjulets hastighet, oppskytningsvinkel, hastigheten på baller som kommer inn i skytespillet, orienteringen til skytteren i forhold til matingssystemet og ballglidning mot hjulet og hetten. Katapulter er mye mindre vanlige i skytespill fordi de ikke klarer å skyte veldig raskt. Imidlertid er deres største fordel at de kan være mer nøyaktige enn tradisjonelle skyttere. Katapulter drives vanligvis av pneumatikk eller fjærer. Det siste bildet er av et team som brukte pneumatikk for å drive en katapult det siste året. Fotokreditter: https://www.chiefdelphi.com/media/photos/37418https://gallery.raiderrobotix.org/2012-Champships/2012ChampDSP/IMG_3448https://www.teamxbot.org/index.php? Option = com_content & view = artikkel & id = 47 & Itemid = 55

Trinn 7: Vinsjer

Vinsjer har flere mulige bruksområder i FRC og finnes derfor som elementer i større manipulatorer. To av de vanligste bruksområdene er å lagre energi for en større mekanisme og for å løfte en hel robot. Når den brukes til å laste en energilagringsenhet, er vinsjer vanligvis designet for å bare operere i en retning, med en utløser som lar den spinne fritt og dermed frigjøre den lagrede energien. Et bilde av en vinsj designet for å gjøre dette er vist på det første bildet. En annen bruk for vinsj er å løfte en robot. I dette tilfellet er det vanligvis ikke nok å ha en separat girkasse dedikert til oppgaven, noe som får lag til å bygge en kraftuttaksgirkasse, som er i stand til å avlede kraft fra drivverket til en egen mekanisme. Selv om det bare er en måte å kjøre vinsj på, bestemte jeg meg for å vise et eksempel på et på det andre bildet fordi det er en interessant mekanisme. Bildekreditter:

Trinn 8: Konklusjon

Som du har begynt å se, er det mange forskjellige mulige manipulatordesigner som kan brukes i FIRST Robotics Competition. Med så mange team som jobber med å løse utfordringene, hver med sin egen bakgrunn, vil dette selvfølgelig skje. Å bli klar over hva som er gjort før kan spare deg verdifull tid ved å bruke tidligere manipulatorer som grunnlag for både lagets prototyper og siste design. Vær imidlertid også forsiktig så du ikke lar tidligere design begrense tankegangen din. Hvis du umiddelbart mottar utfordringen og velger et gammelt design som du kan bruke, kan det hende du overser en bedre løsning. I tillegg råder det til slutt de mest kreative, utenlandske løsningene som er spesielt tilpasset en utfordring. For eksempel var manipulatoren på bildet veldig annerledes enn de fleste fra året den ble brukt, men var svært vellykket. Hvis du husker dette og de generelle tipsene jeg foreslo i begynnelsen, er du allerede godt i gang med å lage en vellykket manipulator. Takk til Andy Baker fra AndyMark for at du gjorde presentasjonen hans om manipulatorer offentlig tilgjengelig. Mange av bildene i denne opplæringen er fra den. Fotokreditt: