Introduktion til manipulatorer: 8 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

At skabe den rigtige manipulator til en udfordring er en af de sværeste dele af FIRST Robotics Competition (FRC). I mine fire år som studerende var det altid mit teams største fejlpunkt. Selvom spiludfordringen i FRC ændres fra år til år, er der ofte opgaver, der ligner dem fra tidligere år. For eksempel havde 2012 -spillet, Rebound Rumble, klare elementer fra 2001 -spillet, Diabolical Dynamics, og i 2006 -spillet, Aim High. Af denne grund er det fordelagtigt at kende de grundlæggende manipulatordesign, der blev brugt i tidligere spil. Denne vejledning giver et overblik over manipulatorer, der normalt bruges i FIRST Robotics Competition (FRC). Hvert trin vil diskutere en generel manipulator -type og give eksempler på implementeringer af manipulatoren. Denne vejledning blev lavet gennem Autodesk FIRST High School Intern-programmet. Forudsætninger: En vilje til at lære Fotokredit:

Trin 1: Generelle retningslinjer

Inden jeg hopper i møtrikker og bolte på forskellige manipulatorer, ville jeg give nogle generelle retningslinjer, der hjælper dig med at vælge og designe en manipulator. Lad først strategien drive dit manipulatordesign, ikke omvendt. Hvad dette betyder, er, at din manipulator skal nå de designkrav, dit team besluttede sig for ved udformningen af en strategi, i stedet for at danne en strategi baseret på den manipulator, du brænder sammen. For det andet, design inden for dine teams grænser. Hvis du ved, at du bare ikke har ressourcer til at bygge den superkomplicerede manipulator, som du tror vil dominere alle aspekter af spillet, skal du ikke gøre det! Gå efter den enklere, som du kan bygge og vil opfylde en rolle rigtig godt. Vær dog heller ikke bange for at skubbe dit team til at overvinde dine grænser. For eksempel pressede mit team os selv til at bygge en øvelsesbot i det forløbne år, og det endte med at være virkelig gavnligt. For det tredje, altid have aktiv kontrol over gamepiece. For eksempel, hvis en bold skal transporteres gennem din robot, skal du gøre det med en transportør, ikke en rampe. Hvis du ikke aktivt styrer gamepiece, vil det uundgåeligt jamme eller falde ud af din manipulator. Endelig er prototyper og iterativ udvikling nøglen til at opbygge en vellykket manipulator. Start med en prototype, og forbedr den derefter iterativt, indtil du er klar til at bygge en endelig version. Selv da skal du lede efter forbedringer, der vil gøre det bedre. Fotokredit:

Trin 2: Arme

Arme er en af de mest almindelige manipulatorer, der bruges i FRC. Generelt bruges de sammen med en endeffektor til at styre gamepiece. De to almindelige typer er enkelt- og flerledede arme. Mens flerledede arme er i stand til at nå længere og kan have mere kontrol over endeeffektorens orientering, er de også meget mere komplekse. På den anden side har enkeltsamlede arme fordelen ved enkelhed. Et almindeligt design, der bruges til arme, er en 4 bar eller parallel forbindelse. En sådan sammenkobling er vist på det tredje billede. Hovedtrækket ved dette design er, at endeeffektoren holdes i en konstant orientering. Tips til armdesign:

• Vær opmærksom på vægten - kan få armen til at være langsom eller endda svigte
• Brug lette materialer såsom cirkulært eller rektangulært rør og metalplader
• Brug sensorer som endestopkontakter og potentiometre til at forenkle styringen af armen
• Modvægt armen med fjedre, gasstød eller vægt for at stabilisere den og reducere belastningen på motorer

Fotokreditter: 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

Trin 3: Elevatorer

Ligesom arme bruges elevatorer med en endeeffektor til at styre gamepiece. De hæves normalt ved at snoede kabel på en tromle. Selvom det kun er nødvendigt at trække elevatoren op, er det klogt at inkludere et returkabel, der kan trække elevatoren ned for at forhindre fastklemning. Der er to hovedformer for at føre kablet, så det hæver elevatoren: kontinuerlig rigning og kaskadrigning. Elevatorer med kontinuerlig rigning (vist på det andet billede) har et kontinuerligt kabel fra spil til sidste trin. Når kablet trækkes ind, er trin 3 den første, der bevæger sig op og den sidste, der bevæger sig ned, når kablet frigøres. To fordele ved dette design er, at kablet går op i samme hastighed, som det går ned, hvilket betyder, at et returkabel kan placeres på den samme tromle, og at spændingen i kablet er lav. Dens største ulempe er, at dens midterste sektioner er mere modtagelige for fastklemning. Elevatorer med kaskadrigning (vist på det tredje billede) har individuelle kabler, der forbinder hvert trin i liften. Dette resulterer i, at alle trin stiger samtidigt, når kablet trækkes ind. Ethvert returkabel skal dog have en anden hastighed end hovedspillet, som kan håndteres ved hjælp af tromler med forskellige diametre. Mens de midterste sektioner af en kaskadelevator er mindre modtagelige for fastklemning, er spændingen på kablerne på det nederste trin meget højere end i en elevator med kontinuerlig rigning. Selvom elevatorer og arme ligner hinanden, er der nogle vigtige forskelle. Elevatorer har en tendens til at være mere komplicerede og tungere end enkeltarmerede arme. Derudover bevæger elevatorer sig normalt lodret og kan ikke nå uden for robotens omkreds. De ændrer imidlertid ikke robotens tyngdepunkt, når de bevæger sig, og deres position kan styres præcist med korrekt brug af sensorer og programmering. I det væsentlige har hver deres fordele og ulemper, og beslutningen om, hvad de skal bruge, er op til teams. En anden mulighed er at kombinere disse to muligheder ved at placere en arm på den sidste etape af en elevator, et eksempel er vist på det fjerde billede. Fotokreditter:

Trin 4: Grippers

Der findes omtrent lige så mange forskellige slags grippers i FRC, som der er teams. Kløer bruges til direkte at styre og manipulere spillet. De er nyttige i år, hvor der er få gamepieces, hvoraf kun et kan kontrolleres ad gangen. De to hovedformater er passive kløer og rullekløer. Passive kløer er afhængige af, at deres fingre er korrekt placeret til at gribe gamepiece, mens rullekløer bruger hjul eller ruller til aktivt at trække det ind. Følgende liste over forskellige griber svarer til billederne ovenfor:

• To fingre pneumatisk griber
• To finger lineær pneumatisk griber
• Tre finger lineær pneumatisk griber
• Motoriseret griber
• Pneumatisk griber
• Grundlæggende rulleklo
• Hængslet rulleklø

Endelig flere tips til griberdesign:

• Sørg for, at din griber anvender nok kraft til at hænge på gamepiece
• Få din griber til at gribe fat i og slip hurtigt genstande
• Gør det let at styre ved hjælp af sensorer til at automatisere grundlæggende operationer

Fotokreditter:

Trin 5: Boldopsamling og transport

Selvom gribere er nyttige til at manipulere enkelte objekter, der kan have en usædvanlig form, involverer FRC -spil ofte en flok bolde. To muligheder, der normalt kræves i disse spil, er at samle bolde og transportere dem inden for en robot. Den mest effektive metode til opsamling af bolde ændres fra år til år afhængigt af reglerne. I 2012 -spillet, Rebound Rumble, fik teams lov til at have appendages, der strakte sig ud over deres robot. Mange hold besluttede, at det ville være fordelagtigt at have drop down boldopsamlingssystemer, hvilket resulterede i vedhæng, der brugte ruller til at trække boldene ind i et enkelt indtag eller over deres kofangere og ind i deres robot. Flere eksempler på disse robotter ses på billederne et til tre. I spillet i 2009, Lunacy, måtte hold ikke have manipulatorer, der strakte sig ud over deres ramme. Hvis de ville samle bolde ud af gulvet, skulle de have en åbning foran på deres robot for at gøre det. Dette førte også til mange robotter med bred base, fordi det giver mulighed for en større åbning for bolde at komme ind. Nogle eksempler på disse robotter ses på billederne fire og fem. Der er flere mulige måder at transportere bolde på, når de er indsamlet af en robot, men den mest almindelige er at bruge polyurethanbælter. Polyuretanbælter (også kendt som polycord) er seler med justerbar længde og bruges almindeligvis til transportbånd og lav belastningstransmission. Hver eneste af de robotter, der er afbildet ovenfor, bruger polycord til en vis grad. Det sidste billede viser polycord mere detaljeret. Fotokreditter: 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

Trin 6: Skydning

At få en bold fra en robot til et ellers utilgængeligt sted er en anden almindelig opgave i FRC. Dette kræver lancering af bolden, normalt ved hjælp af en katapult eller hjulskytte som ligner en baseball pitching maskine. Den mest almindelige løsning på denne udfordring er at komprimere bolden mod et roterende hjul, hvilket accelererer den nok til at starte den en betydelig afstand. De to hovedvariationer af dette design er enkelt- og dobbelthjulede skydespil. Enkelthjulede skydespil er enkle og har en tendens til at lægge masser af backspin på bolden. Boldens udgangshastighed er omtrent lig med ½ af hjulets overfladehastighed. Dobbelthjulede skydespil er mekanisk mere komplicerede, men kan drive bolden længere. Dette skyldes, at boldens udgangshastighed er omtrent lig med hjulets overfladehastighed. De to første billeder viser nogle eksempler på skytter. Som mange hold lærte i 2012, er nøglen til at opbygge et præcist skydespil at stramme kontrollen med så mange af de involverede variabler som muligt. Disse omfatter styring af hjulets hastighed, affyringsvinkel, boldens hastighed, der kommer ind i skytten, skyttens orientering i forhold til dens fodringssystem og kugleslipning mod hjulet og emhættens overflade. Katapulter er meget mindre almindelige i skydespil, fordi de ikke er i stand til at skyde meget hurtigt. Men deres største fordel er, at de kan være mere præcise end traditionelle skydespil. Katapulter drives normalt af pneumatik eller fjedre. Det sidste billede er af et hold, der brugte pneumatik til at drive en katapult i det forløbne år. Fotokreditter: https://www.chiefdelphi.com/media/photos/37418https://gallery.raiderrobotix.org/2012-Championships/2012ChampDSP/IMG_3448https://www.teamxbot.org/index.php? Option = com_content & view = artikel & id = 47 & Itemid = 55

Trin 7: Spil

Spil har flere mulige anvendelser i FRC og findes derfor som elementer i større manipulatorer. To af deres mest almindelige anvendelser er at lagre energi til en større mekanisme og til at løfte en hel robot. Når det bruges til at indlæse en energilagringsenhed, er spil normalt designet til kun at fungere i en retning, med en frigivelse, der gør det muligt at dreje frit og dermed frigive den lagrede energi. Et billede af et spil designet til at gøre dette er vist på det første billede. En anden anvendelse til et spil er at løfte en robot. I dette tilfælde er det normalt ikke nok at have en separat gearkasse dedikeret til opgaven, hvilket får teams til at bygge en kraftudtagsgearkasse, som er i stand til at aflede kraften fra drivlinjen til en separat mekanisme. Selvom det blot er en måde at køre et spil på, besluttede jeg at vise et eksempel på et på det andet billede, fordi det er en interessant mekanisme. Fotokreditter:

Trin 8: Konklusion

Som du er begyndt at se, er der mange forskellige mulige manipulator -designs, der kan bruges i den FØRSTE Robotik -konkurrence. Med så mange teams, der arbejder på at løse udfordringerne, hver med deres egen baggrund, er dette naturligvis nødt til at ske. At blive opmærksom på, hvad der er gjort før, kan spare dig værdifuld tid ved at bruge tidligere manipulatorer som grundlag for både dit teams prototyper og endelige designs. Vær dog også forsigtig med ikke at lade tidligere designs begrænse din tankegang. Hvis du ved modtagelsen af udfordringen straks vælger et gammelt design at bruge, overser du muligvis en bedre løsning. Derudover hersker nogle gange de mest kreative, outlandiske løsninger, der er specielt skræddersyet til en udfordring. For eksempel var den afbildede manipulator meget anderledes end de fleste fra det år, den blev brugt, men var meget vellykket. Hvis du husker dette og de generelle tips, jeg foreslog i begyndelsen, er du allerede godt i gang med at oprette en vellykket manipulator. Tak til Andy Baker fra AndyMark for at gøre hans præsentation om manipulatorer offentligt tilgængelige. Mange af billederne i denne vejledning er fra den. Fotokredit: