Johdanto manipulaattoreihin: 8 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Oikean manipulaattorin luominen haasteeseen on yksi FIRST Robotics Competitionin (FRC) vaikeimmista osista. Neljän opiskeluvuoden aikana se oli aina tiimini suurin epäonnistumispiste. Vaikka FRC -pelin haaste muuttuu vuosittain, on usein tehtäviä, jotka ovat samanlaisia kuin aiempien vuosien tehtävät. Esimerkiksi vuoden 2012 pelissä Rebound Rumble oli selkeitä elementtejä vuoden 2001 pelistä Diabolical Dynamics ja vuoden 2006 pelistä Aim High. Tästä syystä on hyödyllistä tuntea aiemmissa peleissä käytetyt manipulaattorin perusmallit. Tämä opetusohjelma tarjoaa yleiskatsauksen FIRST Robotics Competitionissa (FRC) yleisesti käytettäviin manipulaattoreihin. Jokaisessa vaiheessa keskustellaan yleisestä manipulaattorityypistä ja annetaan esimerkkejä manipulaattorin toteutuksista. Tämä opetusohjelma tehtiin Autodesk FIRST High School Intern -ohjelman avulla.

Vaihe 1: Yleiset ohjeet

Ennen kuin hyppään eri manipulaattorien muttereihin ja pultteihin, halusin antaa joitain yleisiä ohjeita, jotka auttavat sinua valitsemaan ja suunnittelemaan manipulaattorin. Anna strategian ohjata ensin manipulaattorisi suunnittelua, ei päinvastoin. Tämä tarkoittaa sitä, että manipulaattorisi pitäisi saavuttaa suunnitteluvaatimukset, jotka tiimisi päätti muodostaa strategian sen sijaan, että muodostaisi strategian sen manipulaattorin pohjalta, jonka sinä mukulat. Toiseksi, suunnittele tiimisi rajoissa. Jos tiedät, että sinulla ei vain ole resursseja rakentaa super monimutkaista manipulaattoria, jonka uskot hallitsevan pelin kaikkia puolia, älä tee sitä! Valitse yksinkertaisempi, jonka voit rakentaa ja joka täyttää yhden roolin todella hyvin. Älä kuitenkaan pelkää työntää tiimiäsi ylittämään rajasi. Esimerkiksi tiimini pakotti itsemme rakentamaan harjoitusbotin viime vuonna, ja siitä oli lopulta todella hyötyä. Kolmanneksi hallitse aina aktiivisesti pelikappaletta. Jos esimerkiksi pallo on kuljetettava robotin läpi, tee se kuljettimella, ei ramppilla. Jos et hallitse peliä aktiivisesti, se väistämättä juuttuu tai putoaa manipulaattoristasi. Lopuksi prototyyppien luominen ja iteratiivinen kehitys ovat avain menestyvän manipulaattorin rakentamiseen. Aloita prototyypillä ja paranna sitä iteratiivisesti, kunnes olet valmis rakentamaan lopullisen version. Silloinkin etsi parannuksia, jotka parantavat sitä. Valokuvaluotto:

Vaihe 2: Aseet

Aseet ovat yksi yleisimmistä FRC: ssä käytetyistä manipulaattoreista. Yleensä niitä käytetään yhdessä päätehosteen kanssa pelikappaleen ohjaamiseen. Kaksi yleistä tyyppiä ovat yksi- ja moniliitosvarret. Vaikka moniliitosvarret voivat ulottua pidemmälle ja voivat hallita paremmin päätehosteen suuntausta, ne ovat myös paljon monimutkaisempia. Toisaalta yksittäisliitosvarsien etuna on yksinkertaisuus. Yksi yleinen muotoilu, jota käytetään aseisiin, on 4 -palkki tai rinnakkainen. Tällainen kytkentä on esitetty kolmannessa kuvassa. Tämän suunnittelun pääpiirteenä on, että päätetoimitinta pidetään jatkuvassa suunnassa. Vinkkejä käsivarsien suunnitteluun:

• Kiinnitä huomiota painoon - voi aiheuttaa käsivarren hitauden tai jopa epäonnistumisen
• Käytä kevyitä materiaaleja, kuten pyöreitä tai suorakulmaisia putkia ja peltiä
• Käytä antureita, kuten rajakytkimiä ja potentiometrejä, käsivarren hallinnan helpottamiseksi
• Tasapainota varsi jousilla, kaasuiskulla tai painolla vakauttaaksesi sen ja vähentääksesi moottorien kuormitusta

Valokuvaluotot: 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

Vaihe 3: Hissit

Kuten aseita, hissejä käytetään päätehosteen kanssa ohjaamaan pelikappaletta. Ne nostetaan yleensä rummun käämityskaapelilla. Vaikka hissi on vain vedettävä ylös, on viisasta sisällyttää paluuvaijeri, joka voi vetää hissin alas tukkeutumisen estämiseksi. Kaapelin reitittämiseen hissin nostamiseksi on kaksi päätyyliä: jatkuva takila ja porrastettu takila. Jatkuvalla takilalla varustetuissa hisseissä (näkyy toisessa kuvassa) on yksi jatkuva kaapeli vinssistä viimeiseen vaiheeseen. Kun kaapeli vedetään sisään, vaihe 3 siirtyy ensimmäisenä ylös ja viimeinen alas, kun kaapeli vapautetaan. Tämän mallin kaksi etua ovat, että kaapeli nousee samalla nopeudella kuin se laskee, mikä tarkoittaa, että paluukaapeli voidaan sijoittaa samaan rumpuun ja että kaapelin jännitys on alhainen. Sen suurin haitta on, että sen keskiosat ovat alttiimpia tukkeutumiselle. Hississä, jossa on porrastettu takila (näkyy kolmannessa kuvassa), on yksittäiset kaapelit, jotka yhdistävät hissin jokaisen vaiheen. Tämä johtaa siihen, että kaikki vaiheet nousevat samanaikaisesti kaapelia vedettäessä. Kaikkien paluuvaijerien nopeuden on kuitenkin oltava eri kuin päävinssi, joka voidaan käsitellä käyttämällä erikokoisia halkaisijoita. Vaikka porrashissin keskiosat ovat vähemmän alttiita tukkeutumiselle, alemman vaiheen kaapeleiden jännitys on paljon suurempi kuin hississä, jossa on jatkuva takila. Vaikka hissit ja varret ovat samanlaisia, on joitain tärkeitä eroja. Hissit ovat yleensä monimutkaisempia ja raskaampia kuin yksittäiset nivelet. Lisäksi hissit liikkuvat yleensä pystysuunnassa eivätkä pääse robotin kehän ulkopuolelle. Ne eivät kuitenkaan muuta robotin painopistettä liikkuessaan, ja niiden asentoa voidaan hallita tarkasti anturien ja ohjelmoinnin avulla. Pohjimmiltaan jokaisella on omat etunsa ja haittansa, joten niiden käyttäminen on tiimien päätettävissä. Toinen vaihtoehto on yhdistää nämä kaksi vaihtoehtoa asettamalla varsi hissin viimeiseen vaiheeseen, josta esimerkki on neljännessä kuvassa. Kuvahaku:

Vaihe 4: Tarttuja

FRC: stä löytyy suunnilleen yhtä monta erilaista tarttujaa kuin on joukkueita. Kynsiä käytetään suoraan ohjaamaan ja manipuloimaan pelikappaletta. Ne ovat hyödyllisiä vuosina, jolloin pelikappaleita on vähän, ja vain yhtä niistä voidaan ohjata kerrallaan. Kaksi päätyyliä ovat passiiviset kynnet ja rullakynnet. Passiiviset kynnet riippuvat siitä, että heidän sormensa ovat oikein sijoitettuina ottamaan kiinni pelikappaleesta, kun taas rullakynnet vetävät sen aktiivisesti sisään pyörillä tai teloilla. Seuraava luettelo erilaisista tartuntakappaleista vastaa yllä olevia kuvia:

• Kahden sormen pneumaattinen tarttuja
• Kaksisorminen lineaarinen pneumaattinen tarttuja
• Kolmen sormen lineaarinen pneumaattinen tarttuja
• Moottoroitu tarttuja
• Pneumaattinen tarttuja
• Perusrullakynsi
• Saranoitu rullakynsi

Lopuksi useita vinkkejä tarttumissuunnitteluun:

• Varmista, että tarttimesi painaa tarpeeksi voimaa kiinnittääkseen pelikappaleen
• Ota tarttujasi kiinni ja päästä irti esineistä nopeasti
• Helpota hallintaa käyttämällä antureita automatisoimaan perustoiminnot

Kuvahaku:

Vaihe 5: Pallon kerääminen ja kuljettaminen

Kahvat ovat hyödyllisiä yksittäisten esineiden käsittelyssä, jotka voivat olla epätavallisen muotoisia, mutta usein FRC -pelit sisältävät joukon palloja. Kaksi ominaisuutta, joita näissä peleissä yleensä tarvitaan, ovat pallojen kerääminen ja kuljettaminen robotin sisällä. Tehokkain tapa kerätä palloja vaihtelee vuodesta toiseen sääntöjen mukaan. Vuoden 2012 pelissä, Rebound Rumble, joukkueilla oli oikeus saada lisäyksiä, jotka ulottuivat robotin ulkopuolelle. Monet joukkueet päättivät, että pudotettavien pallojen keräysjärjestelmien käyttäminen olisi edullista, mikä johtaisi lisäyksiin, jotka käyttivät rullia pallojen yhdistämiseen yhteen puskuriin tai niiden puskuriin ja robottiin. Useita esimerkkejä näistä roboteista näkyy kuvissa 1-3. Vuoden 2009 Lunacy -pelissä joukkueet eivät saaneet käyttää manipulaattoreita, jotka ulottuivat niiden kehän ulkopuolelle. Jos he halusivat kerätä palloja lattialta, heidän täytyi tehdä aukko robotinsa edessä. Tämä johti myös moniin laajaperäisiin robotteihin, koska se mahdollistaa suuremman aukon palloille. Joitakin esimerkkejä näistä roboteista näkyy kuvissa neljä ja viisi. On olemassa useita mahdollisia tapoja kuljettaa palloja, kun robotti on kerännyt ne, mutta yleisin on käyttää polyuretaanivöitä. Polyuretaanihihnat (tunnetaan myös nimellä polycord) ovat säädettävän pituisia hihnoja ja niitä käytetään yleisesti kuljettimissa ja pienikuormitetussa voimansiirrossa. Jokainen yllä kuvatuista roboteista käyttää jossain määrin polyjohtoa. Lopullinen kuva esittää polycordia tarkemmin. Kuvahaku: 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

Vaihe 6: Kuvaaminen

Pallojen saaminen robotilta muuten saavuttamattomaan paikkaan on toinen yleinen tehtävä FRC: ssä. Tämä vaatii pallon laukaisemista, yleensä käyttämällä baseball -kenttäkoneen kaltaista katapulttia tai pyörillä varustettua ampujaa. Yleisin ratkaisu tähän haasteeseen on puristaa pallo pyörivää pyörää vasten, mikä kiihdyttää sen tarpeeksi laukaistakseen sen huomattavan matkan. Tämän suunnittelun kaksi päävaihtoehtoa ovat yksi- ja kaksipyöräiset ampujat. Yksipyöräiset ampujat ovat yksinkertaisia ja pyrkivät panostamaan palloon paljon selkää. Pallon poistumisnopeus on suunnilleen puolet pyörän pintanopeudesta. Kaksipyöräiset ampujat ovat mekaanisesti monimutkaisempia, mutta voivat ajaa pallon pidemmälle. Tämä johtuu siitä, että pallon poistumisnopeus on suunnilleen sama kuin pyörän pintanopeus. Kahdessa ensimmäisessä kuvassa on esimerkkejä ampujista. Kuten monet joukkueet oppivat vuonna 2012, tarkan ampujan rakentamisen avain on hallita tiukasti mahdollisimman monia muuttujia. Näitä ovat pyörän nopeuden, laukaisukulman, ampujan sisään tulevien pallojen nopeuden, ampujan suunnan suhteessa syöttöjärjestelmään ja pallon liukuminen pyörää ja hupun pintaa vasten. Katapultit ovat paljon harvinaisempia ammuntapeleissä, koska ne eivät pysty ampumaan kovin nopeasti. Niiden tärkein etu on kuitenkin se, että he voivat olla tarkempia kuin perinteiset ampujat. Katapultit saavat yleensä voimansa paineilmasta tai jousista. Lopullinen kuva on tiimistä, joka käytti pneumaattisia laitteita katapulttiin viime vuonna. Valokuvaluotot: https://www.chiefdelphi.com/media/photos/37418https://gallery.raiderrobotix.org/2012-Championhips/2012ChampDSP/IMG_3448https://www.teamxbot.org/index.php? Option = com_content & view = artikkeli & id = 47 & Itemid = 55

Vaihe 7: Vinssit

Vinsseillä on useita mahdollisia käyttötarkoituksia FRC: ssä, ja siksi ne löytyvät suurempien manipulaattoreiden osista. Kaksi niiden yleisimmistä käyttötarkoituksista ovat energian varastointi suurempaa mekanismia varten ja koko robotin nostaminen. Kun vinssejä käytetään energian varastointilaitteen lataamiseen, ne on yleensä suunniteltu toimimaan vain yhteen suuntaan vapautuksella, jonka avulla ne voivat pyöriä vapaasti ja vapauttaa siten varastoitua energiaa. Ensimmäisessä kuvassa on kuva tähän tarkoitukseen suunnitellusta vintturista. Toinen vintturin käyttö on robotin nostaminen. Tässä tapauksessa ei yleensä riitä, että erillinen vaihteisto on omistettu tehtävälle, mikä saa joukkueet rakentamaan voimanoton vaihteiston, joka pystyy siirtämään voiman voimansiirrosta erilliseen mekanismiin. Vaikka se on vain tapa ajaa vinssiä, päätin näyttää esimerkin toisesta kuvasta, koska se on mielenkiintoinen mekanismi. Kuvahaku:

Vaihe 8: Johtopäätös

Kuten olet alkanut nähdä, FIRST Robotics -kilpailussa voidaan käyttää monia erilaisia mahdollisia manipulaattorimalleja. Koska niin monet tiimit pyrkivät ratkaisemaan haasteet, jokaisella on oma taustansa, tämä tietysti tapahtuu. Tietoisuuden saaminen siitä, mitä on tehty aiemmin, voi säästää arvokasta aikaa käyttämällä aiempia manipulaattoreita lähtökohtana sekä tiimisi prototyypeille että lopullisille suunnitelmille. Ole kuitenkin myös varovainen, ettet anna aiempien mallien rajoittaa ajatteluasi. Jos vastaanotat haasteen ja valitset heti vanhan mallin käytettäväksi, saatat olla huomaamatta parempaa ratkaisua. Lisäksi joskus lopulta luovimmat, outot ratkaisut, jotka on räätälöity nimenomaan haasteeseen, voittavat. Esimerkiksi kuvassa oleva manipulaattori oli hyvin erilainen kuin useimmat käyttövuodesta, mutta se oli erittäin onnistunut. Jos muistat tämän ja alussa ehdotetut yleiset vinkit, olet jo hyvällä tiellä onnistuneen manipulaattorin luomiseen. Kiitos AndyMaker AndyMarkille, joka teki esityksensä manipulaattoreista julkisesti saataville. Monet tämän opetusohjelman kuvista ovat siitä. Valokuvaluotto: