Introducere în manipulatori: 8 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Crearea manipulatorului potrivit pentru o provocare este una dintre cele mai grele părți ale FIRST Robotics Competition (FRC). În cei patru ani de student, a fost întotdeauna cel mai mare punct de eșec al echipei mele. Deși provocarea jocului în FRC se schimbă de la an la an, există adesea sarcini similare cu cele din anii precedenți. De exemplu, jocul din 2012, Rebound Rumble, avea elemente clare ale jocului din 2001, Diabolical Dynamics și ale jocului din 2006, Aim High. Din acest motiv, este benefic să vă familiarizați cu modelele de bază ale manipulatoarelor utilizate în jocurile anterioare. Acest tutorial va oferi o imagine de ansamblu asupra manipulatoarelor utilizate în mod obișnuit în FIRST Robotics Competition (FRC). Fiecare pas va discuta un tip general de manipulator și va oferi exemple de implementări ale manipulatorului. Acest tutorial a fost realizat prin intermediul programului Autodesk FIRST pentru liceu. Condiții preliminare: dorința de a învăța Credit foto:

Pasul 1: Liniile directoare generale

Înainte de a sări în piulițele și șuruburile diferitelor manipulatoare, am vrut să vă ofer câteva instrucțiuni generale care vă vor ajuta să alegeți și să proiectați un manipulator. Mai întâi, lăsați strategia să conducă designul manipulatorului, nu invers. Ceea ce înseamnă acest lucru este că manipulatorul dvs. ar trebui să îndeplinească cerințele de proiectare pe care echipa dvs. le-a decis în formarea unei strategii, în loc să formeze o strategie bazată pe manipulatorul pe care îl coblați împreună. În al doilea rând, proiectează în limitele echipelor tale. Dacă știi că nu ai resursele necesare pentru a construi manipulatorul super-complicat care crezi că va domina fiecare aspect al jocului, nu o face! Mergeți pentru cel mai simplu pe care îl puteți construi și veți îndeplini un rol foarte bine. Totuși, nu vă fie teamă să vă împingeți echipa să vă depășească limitele. De exemplu, echipa mea s-a împins să construim un bot de practică anul trecut și a ajuns să fie cu adevărat benefic. În al treilea rând, dețineți întotdeauna controlul activ al piesei de joc. De exemplu, dacă o minge trebuie transportată prin robotul dvs., faceți-o cu un transportor, nu cu o rampă. Dacă nu controlați activ aparatul de joc, acesta se va bloca în mod inevitabil sau va cădea din manipulator. În cele din urmă, prototiparea și dezvoltarea iterativă sunt cheia construirii unui manipulator de succes. Începeți cu un prototip și apoi îmbunătățiți-l iterativ până când sunteți gata să construiți o versiune finală. Chiar și atunci, căutați îmbunătățiri care să o facă mai bună. Credit foto:

Pasul 2: Arme

Brațele sunt unul dintre cele mai comune manipulatoare utilizate în FRC. În general, acestea sunt utilizate împreună cu un efector final pentru controlul piesei de joc. Cele două tipuri comune sunt brațele unice și brațele articulate. În timp ce brațele cu mai multe articulații sunt capabile să ajungă mai departe și pot avea un control mai mare asupra orientării efectorului final, ele sunt, de asemenea, mult mai complexe. Pe de altă parte, brațele articulate simple au avantajul simplității. Un design obișnuit utilizat pentru arme este o legătură de 4 bare sau paralelă. O astfel de legătură este prezentată în a treia imagine. Principala caracteristică a acestui design este că efectorul final este ținut într-o orientare constantă. Sfaturi pentru proiectarea brațelor:

• Acordați atenție greutății - poate determina brațul să fie lent sau chiar să cedeze
• Utilizați materiale ușoare, cum ar fi tubul circular sau dreptunghiular și tabla
• Utilizați senzori, cum ar fi întrerupătoarele de limită și potențiometrele, pentru a simplifica controlul brațului
• Contrabalansați brațul cu arcuri, șocuri de gaz sau greutate pentru a-l stabiliza și a reduce sarcina motoarelor

Credite foto: 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

Pasul 3: Ascensoare

La fel ca brațele, lifturile sunt utilizate cu un efector final pentru a controla camera de joc. De obicei sunt ridicate prin înfășurarea cablului pe tambur. Deși este necesar doar să trageți liftul în sus, este înțelept să includeți un cablu de retur care poate trage liftul în jos pentru a preveni blocarea. Există două stiluri principale de dirijare a cablului, astfel încât acesta să ridice liftul: montarea continuă și montarea în cascadă. Elevatoarele cu montaj continuu (prezentat în a doua imagine) au un cablu continuu de la troliu până la ultima sa etapă. Pe măsură ce cablul este tras, Etapa 3 este prima care se deplasează în sus și ultima care se deplasează în jos când cablul este eliberat. Două avantaje ale acestui design sunt că cablul crește cu aceeași viteză pe care coboară, ceea ce înseamnă că un cablu de retur poate fi plasat pe același tambur și că tensiunea din cablu este scăzută. Principalul său dezavantaj este că secțiunile sale din mijloc sunt mai susceptibile la blocare. Elevatoarele cu montaj în cascadă (prezentate în a treia imagine) au cabluri individuale care leagă fiecare treaptă a liftului. Acest lucru are ca rezultat creșterea simultană a tuturor etapelor pe măsură ce se trage cablul. Cu toate acestea, orice cablu de retur trebuie să aibă o viteză diferită de troliul principal, care poate fi manevrat folosind tamburi de diferite diametre. În timp ce secțiunile de mijloc ale unui ascensor în cascadă sunt mai puțin susceptibile la blocare, tensiunea pe cablurile de pe etapa inferioară este mult mai mare decât la un ascensor cu montaj continuu. Deși lifturile și brațele sunt similare, există câteva distincții importante. Elevatoarele tind să fie mai complicate și mai grele decât brațele articulate. În plus, lifturile se mișcă de obicei pe verticală și nu pot ajunge în afara perimetrului robotului. Cu toate acestea, ele nu schimbă centrul de greutate al robotului pe măsură ce se mișcă, iar poziția lor poate fi controlată cu precizie cu utilizarea corectă a senzorilor și a programării. În esență, fiecare are propriile sale avantaje și dezavantaje, lăsând decizia de a folosi până la echipe. O altă opțiune este combinarea acestor două opțiuni prin plasarea unui braț pe ultima treaptă a unui lift, un exemplu al acestuia fiind prezentat în a patra imagine. Credite foto:

Pasul 4: Grippers

Există aproximativ atât de multe tipuri diferite de gripere găsite în FRC pe cât sunt echipe. Ghearele sunt folosite pentru a controla și manipula direct aparatul de joc. Sunt utile în anii în care există puține piese de joc, dintre care doar una poate fi controlată la un moment dat. Cele două stiluri principale sunt gheare pasive și gheare cu role. Ghearele pasive se bazează pe poziționarea corectă a degetelor pentru a apuca gamepiece-ul, în timp ce ghearele cu role folosesc roți sau role pentru a-l trage în mod activ. Următoarea listă de diferite gripuri corespunde imaginilor de mai sus:

• Prindere pneumatică cu două degete
• Prindere pneumatică liniară cu două degete
• Prindere pneumatică liniară cu trei degete
• Prindere motorizată
• Prindere pneumatică
• Gheara cu role de baza
• Gheara cu role articulate

În cele din urmă, câteva sfaturi pentru designul gripperului:

• Asigurați-vă că dispozitivul de prindere aplică suficientă forță pentru a se agăța de piesă de joc
• Asigurați-vă că apucați mânerul și eliberați rapid obiectele
• Faceți mai ușor de controlat utilizând senzori pentru automatizarea operațiunilor de bază

Credite foto:

Pasul 5: Colectarea și transportul mingii

În timp ce dispozitivele de prindere sunt utile pentru manipularea obiectelor individuale care pot avea o formă neobișnuită, de multe ori jocurile FRC implică o grămadă de bile. Două capabilități care sunt necesare în mod obișnuit în aceste jocuri sunt colectarea de bile și transportarea lor într-un robot. Cea mai eficientă metodă de colectare a bilelor se schimbă de la an la an, în funcție de reguli. În jocul din 2012, Rebound Rumble, echipelor li s-a permis să aibă anexe care se extindeau dincolo de robotul lor. Multe echipe au decis că dispunerea de sisteme de colectare a bilelor va fi avantajoasă, rezultând apendicele care foloseau role pentru a canaliza bilele într-o singură priză sau peste bare de protecție și în robotul lor. Mai multe exemple ale acestor roboți sunt văzute în imaginile de la una la trei. În jocul din 2009, Lunacy, echipelor nu li sa permis să aibă manipulatoare care să se extindă dincolo de perimetrul cadrului lor. Dacă doreau să adune mingi de pe podea, trebuiau să aibă o deschidere în partea din față a robotului lor pentru a face acest lucru. Acest lucru a dus, de asemenea, la mulți roboți de bază largă, deoarece permite o deschidere mai mare pentru a intra mingi. Unele exemple ale acestor roboți sunt văzute în imaginile patru și cinci. Există mai multe modalități posibile de a transporta bile odată ce acestea sunt colectate de un robot, dar cea mai comună este utilizarea centurilor din poliuretan. Curelele din poliuretan (cunoscute și sub numele de policord) sunt curele cu lungime reglabilă și sunt utilizate în mod obișnuit pentru transportoare și transmisii de putere cu sarcină redusă. Fiecare dintre roboții din imaginea de mai sus folosește într-o oarecare măsură policordul. Imaginea finală prezintă policord mai detaliat. Credite foto: https://www.simbotics.org/media/photos/2012-first-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

Pasul 6: Fotografiere

A duce o minge de la un robot la o locație altfel inaccesibilă este o altă sarcină obișnuită în FRC. Acest lucru necesită lansarea mingii, de obicei folosind o catapultă sau un shooter cu roți similar cu o mașină de pitching de baseball. Cea mai comună soluție la această provocare este de a comprima mingea împotriva unei roți care se învârte, care o accelerează suficient pentru a o lansa pe o distanță semnificativă. Cele două variații principale ale acestui design sunt shootere cu roți simple și duble. Tragerile cu roți simple sunt simple și au tendința de a pune o mulțime de backspin pe minge. Viteza de ieșire a mingii este aproximativ egală cu ½ din viteza de suprafață a roții. Tragerile cu roți duble sunt mai complicate mecanic, dar pot propulsa mingea mai departe. Acest lucru se datorează faptului că viteza de ieșire a mingii este aproximativ egală cu viteza de suprafață a roții. Primele două imagini prezintă câteva exemple de trăgători. După cum au învățat multe echipe în 2012, cheia construirii unui shooter precis este de a controla cu atenție cât mai multe dintre variabilele implicate. Acestea includ controlul vitezei roții, unghiului de lansare, viteza bilelor care intră în shooter, orientarea shooterului în raport cu sistemul său de alimentare și alunecarea mingii pe suprafața roții și a capotei. Catapultele sunt mult mai puțin frecvente în jocurile de fotografiere, deoarece nu pot trage foarte repede. Cu toate acestea, principalul lor avantaj este că pot fi mai exacți decât trăgătorii tradiționali. Catapultele sunt de obicei alimentate de pneumatice sau arcuri. Imaginea finală este a unei echipe care a folosit pneumatica pentru a alimenta o catapultă anul trecut. Credite foto: https://www.chiefdelphi.com/media/photos/37418https://gallery.raiderrobotix.org/2012-Championships/2012ChampDSP/IMG_3448https://www.teamxbot.org/index.php? Option = com_content & view = articol & id = 47 & Itemid = 55

Pasul 7: Trolii

Troliile au multiple utilizări posibile în FRC și, prin urmare, se găsesc ca elemente ale manipulatorilor mai mari. Două dintre cele mai comune utilizări ale acestora sunt stocarea energiei pentru un mecanism mai mare și pentru ridicarea unui întreg robot. Atunci când sunt utilizate pentru a încărca un dispozitiv de stocare a energiei, troliurile sunt de obicei proiectate să funcționeze doar într-o singură direcție, cu o eliberare care îi permite să se rotească liber, eliberând astfel energia stocată. O imagine a unui troliu conceput pentru a face acest lucru este prezentată în prima imagine. O altă utilizare a troliului este ridicarea unui robot. În acest caz, de obicei nu este suficient să aveți o cutie de viteze separată dedicată sarcinii, determinând echipele să construiască o cutie de viteze de preluare a puterii, care este capabilă să devieze puterea de la transmisie la un mecanism separat. Deși este doar un mod de a conduce un troliu, am decis să arăt un exemplu în a doua imagine, deoarece este un mecanism interesant. Credite foto:

Pasul 8: Concluzie

După cum ați început să vedeți, există multe modele diferite de manipulatoare posibile care pot fi utilizate în FIRST Robotics Competition. Cu atât de multe echipe care lucrează pentru a rezolva provocările, fiecare cu propriile sale medii, acest lucru se va întâmpla, desigur. Conștientizarea a ceea ce s-a făcut înainte vă poate economisi timp prețios folosind manipulatori anteriori ca linii de bază atât pentru prototipurile echipei dvs., cât și pentru proiectele finale. Cu toate acestea, aveți grijă să nu lăsați proiectele anterioare să vă limiteze gândirea. Dacă la primirea provocării, alegeți imediat un design vechi de utilizat, este posibil să treceți cu vederea o soluție mai bună. În plus, uneori prevalează cele mai creative și mai ciudate soluții care sunt adaptate în mod specific unei provocări. De exemplu, manipulatorul din imagine a fost foarte diferit de majoritatea față de anul în care a fost folosit, dar a avut un mare succes. Dacă vă amintiți acest lucru și sfaturile generale pe care le-am sugerat la început, veți fi deja pe drumul cel bun pentru a crea un manipulator de succes. Îți mulțumim lui Andy Baker de la AndyMark pentru că și-a făcut publică prezentarea despre manipulatoare. Multe dintre imaginile din acest tutorial provin din acesta. Credit foto: