Introduktion till manipulatorer: 8 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:44

Att skapa rätt manipulator för en utmaning är en av de svåraste delarna av FIRST Robotics Competition (FRC). Under mina fyra år som student var det alltid mitt teams största misslyckande. Även om spelutmaningen i FRC ändras från år till år, finns det ofta uppgifter som liknar dem från tidigare år. Till exempel 2012 -spelet, Rebound Rumble, hade tydliga inslag i spelet 2001, Diabolical Dynamics, och 2006 -spelet, Aim High. Av denna anledning är det fördelaktigt att bekanta sig med grundläggande manipulatorer som används i tidigare spel. Denna handledning ger en översikt över manipulatorer som vanligtvis används i FIRST Robotics Competition (FRC). Varje steg kommer att diskutera en allmän manipulatortyp och ge exempel på implementeringar av manipulatorn. Denna handledning gjordes genom Autodesk FIRST High School Intern-programmet. Förutsättningar: En vilja att lära sig fotokredit:

Steg 1: Allmänna riktlinjer

Innan jag hoppar i muttrar och bultar på olika manipulatorer ville jag ge några allmänna riktlinjer som hjälper dig att välja och designa en manipulator. Låt först strategin driva din manipulatordesign, inte tvärtom. Vad detta betyder är att din manipulator ska uppnå de designkrav som ditt team bestämde sig för när de utformade en strategi, istället för att bilda en strategi baserad på manipulatorn du kullar ihop. För det andra, design inom dina teams gränser. Om du vet att du bara inte har resurser för att bygga den superkomplicerade manipulatorn som du tror kommer att dominera alla aspekter av spelet, gör det inte! Välj den enklare som du kan bygga och kommer att fylla en roll riktigt bra. Var dock inte rädd för att pressa ditt team för att övervinna dina gränser. Till exempel tvingade mitt team oss till att bygga en träningsbot det senaste året, och det slutade med att vara riktigt fördelaktigt. För det tredje, ha alltid aktiv kontroll över spelstycket. Till exempel, om en boll behöver transporteras genom din robot, gör det med en transportör, inte en ramp. Om du inte aktivt styr spelet, kommer det oundvikligen att fastna eller falla ur din manipulator. Slutligen är prototyper och iterativ utveckling nyckeln till att bygga en framgångsrik manipulator. Börja med en prototyp och förbättra den iterativt tills du är redo att bygga en slutversion. Även då letar du efter förbättringar som gör det bättre. Fotokredit:

Steg 2: Armar

Armar är en av de vanligaste manipulatorerna som används i FRC. I allmänhet används de tillsammans med en ändeffektor för att styra spelstycket. De två vanliga typerna är enkla och flerledade armar. Medan flerledade armar kan nå längre och kan ha mer kontroll över ändeffektorns orientering, är de också mycket mer komplexa. Å andra sidan har enkla ledade armar fördelen av enkelhet. En vanlig design som används för armar är en 4 bar eller parallell koppling. En sådan koppling visas på den tredje bilden. Huvuddragen i denna design är att ändeffektorn hålls i en konstant orientering. Tips för armdesign:

• Var uppmärksam på vikten - kan orsaka att armen är långsam eller till och med misslyckas
• Använd lätta material som cirkulärt eller rektangulärt rör och plåt
• Använd sensorer som gränslägesbrytare och potentiometrar för att förenkla kontrollen av armen
• Motviktar armen med fjädrar, gaschocker eller vikt för att stabilisera den och minska belastningen på motorer

Fotokrediter: 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

Steg 3: Hissar

Liksom armar används hissar med en ändeffektor för att styra spelstycket. De lyfts vanligtvis genom att linda kabel på en trumma. Även om det bara är nödvändigt att dra upp hissen, är det klokt att inkludera en returkabel som kan dra ner hissen för att förhindra fastklämning. Det finns två huvudstilar för att dra kabeln så att den lyfter hissen: kontinuerlig riggning och kaskadriggning. Hissar med kontinuerlig riggning (visas i den andra bilden) har en kontinuerlig kabel från vinschen till dess sista etapp. När kabeln dras in är steg 3 den första att flytta upp och den sista att flytta ner när kabeln släpps. Två fördelar med denna design är att kabeln går upp i samma hastighet som den går ner, vilket innebär att en returkabel kan placeras på samma trumma och att spänningen i kabeln är låg. Dess största nackdel är att dess mellersta sektioner är mer mottagliga för störningar. Hissar med kaskad rigg (visas på den tredje bilden) har individuella kablar som ansluter varje steg i hissen. Detta resulterar i att alla steg stiger samtidigt som kabeln dras in. Alla returkablar måste dock ha en annan hastighet än huvudvinschen, som kan hanteras med trummor med olika diametrar. Medan de mellersta delarna av en kaskadhiss är mindre känsliga för störningar, är spänningen på kablarna i nedre steget mycket högre än i en hiss med kontinuerlig riggning. Även om hissar och armar är lika, finns det några viktiga skillnader. Hissar tenderar att vara mer komplicerade och tyngre än enkelfogade armar. Dessutom rör sig hissar vanligtvis vertikalt och kan inte nå utanför robotens omkrets. De ändrar dock inte robotens tyngdpunkt när de rör sig, och deras position kan kontrolleras exakt med korrekt användning av sensorer och programmering. I huvudsak har var och en sina egna fördelar och nackdelar, vilket överlåter beslutet att använda upp till lag. Ett annat alternativ är att kombinera dessa två alternativ genom att placera en arm på den sista etappen av en hiss, ett exempel som visas i den fjärde bilden. Fotokrediter:

Steg 4: Grippare

Det finns ungefär lika många olika typer av gripare i FRC som det finns lag. Klor används för att direkt styra och manipulera spelstycket. De är användbara i år där det finns få spel, varav bara en kan styras åt gången. De två huvudstilarna är passiva klor och rullklor. Passiva klor förlitar sig på att deras fingrar är korrekt placerade för att ta tag i spelstycket, medan rullklor använder hjul eller rullar för att aktivt dra in den. Följande lista med olika gripare motsvarar bilderna ovan:

• Tvåfingers pneumatisk gripare
• Linjär pneumatisk gripare med två fingrar
• Linjär pneumatisk gripare med tre fingrar
• Motoriserad gripare
• Pneumatisk gripare
• Grundläggande rullklo
• Gångjärnig rullklo

Slutligen, flera tips för gripdesign:

• Se till att din gripare applicerar tillräckligt med kraft för att hänga på spelstycket
• Låt din gripare ta tag i och släpp föremål snabbt
• Gör det enkelt att styra med sensorer för att automatisera grundläggande funktioner

Fotokrediter:

Steg 5: Bollinsamling och transport

Medan gripare är användbara för att manipulera enstaka föremål som kan vara ovanligt formade, involverar FRC -spel ofta en massa bollar. Två funktioner som vanligtvis krävs i dessa spel är att samla bollar och transportera dem i en robot. Den mest effektiva metoden för att samla bollar ändras från år till år beroende på reglerna. I spelet 2012, Rebound Rumble, fick lag ha bilagor som sträckte sig utöver deras robot. Många lag bestämde att det skulle vara fördelaktigt att ha nedfällbara bollinsamlingssystem, vilket resulterade i bilagor som använde rullar för att tratta bollarna till ett enda intag eller över sina stötfångare och in i sin robot. Flera exempel på dessa robotar syns på bilderna ett till tre. I spelet 2009, Lunacy, fick lag inte ha manipulatorer som sträckte sig utanför ramens omkrets. Om de ville samla bollar från golvet, måste de ha en öppning framför sin robot för att göra det. Detta ledde också till många bredbaserade robotar eftersom det möjliggör en större öppning för bollar att komma in. Några exempel på dessa robotar syns på bilderna fyra och fem. Det finns flera möjliga sätt att transportera bollar när de har samlats in av en robot, men det vanligaste är att använda polyuretanbälten. Polyuretanbälten (även känd som polycord) är remmar med justerbar längd och används vanligtvis för transportörer och låglastad kraftöverföring. Var och en av robotarna på bilden ovan använder polycord till viss del. Den sista bilden visar polycord mer detaljerat. Fotokrediter: 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

Steg 6: Skytte

Att få en boll från en robot till en annars otillgänglig plats är en annan vanlig uppgift i FRC. Detta kräver att bollen startas, vanligtvis med hjälp av en katapult eller hjulskytt som liknar en basebollkastmaskin. Den vanligaste lösningen på denna utmaning är att komprimera bollen mot ett snurrande hjul, vilket accelererar den tillräckligt för att starta den en betydande sträcka. De två huvudvarianterna av denna design är enkel- och dubbelhjulsskyttar. Enkla hjulskyttar är enkla och tenderar att lägga massor av backspin på bollen. Bollens utgångshastighet är ungefär lika med ½ av hjulets ythastighet. Skott med dubbla hjul är mekaniskt mer komplicerade, men kan driva bollen längre. Detta beror på att bollens utgångshastighet är ungefär lika med hjulets ythastighet. De två första bilderna visar några exempel på skyttar. Som många lag lärde sig 2012, är nyckeln till att bygga en korrekt skytt att noggrant kontrollera så många av de involverade variablerna som möjligt. Dessa inkluderar kontroll av hjulets hastighet, lanseringsvinkel, hastigheten på bollar som kommer in i skytten, skyttens orientering i förhållande till dess matningssystem och kulglidning mot hjulet och huven. Katapulter är mycket mindre vanliga i skjutspel eftersom de inte kan skjuta mycket snabbt. Men deras främsta fördel är att de kan vara mer exakta än traditionella skyttar. Katapulter drivs vanligtvis av pneumatik eller fjädrar. Den sista bilden är av ett team som använde pneumatik för att driva en katapult det senaste året. Fotokrediter: https://www.chiefdelphi.com/media/photos/37418https://gallery.raiderrobotix.org/2012-Champships/2012ChampDSP/IMG_3448https://www.teamxbot.org/index.php? Option = com_content & view = artikel & id = 47 & Itemid = 55

Steg 7: vinschar

Vinschar har flera möjliga användningsområden i FRC och finns därför som element i större manipulatorer. Två av deras vanligaste användningsområden är att lagra energi för en större mekanism och för att lyfta en hel robot. När den används för att ladda en energilagringsenhet är vinschar vanligtvis utformade för att endast fungera i en riktning, med en frigöring som gör att den kan snurra fritt och därmed släppa den lagrade energin. En bild av en vinsch utformad för att göra detta visas på den första bilden. En annan användning för en vinsch är att lyfta en robot. I det här fallet är det vanligtvis inte tillräckligt att ha en separat växellåda avsedd för uppgiften, vilket får team att bygga en kraftuttagsväxellåda, som kan leda bort kraften från drivlina till en separat mekanism. Även om det bara är ett sätt att köra en vinsch, bestämde jag mig för att visa ett exempel på en på den andra bilden eftersom det är en intressant mekanism. Fotokrediter:

Steg 8: Slutsats

Som du har börjat se finns det många olika möjliga manipulatordesigner som kan användas i FIRST Robotics Competition. Med så många team som arbetar för att lösa utmaningarna, var och en med sin egen bakgrund, kommer detta naturligtvis att hända. Att bli medveten om vad som har gjorts tidigare kan spara värdefull tid genom att använda tidigare manipulatorer som baslinjer för både ditt teams prototyper och slutliga konstruktioner. Men var också försiktig så att du inte låter tidigare mönster begränsa ditt tänkande. Om du vid mottagandet av utmaningen omedelbart väljer en gammal design som du kan använda, kanske du överser en bättre lösning. Dessutom råder i slutändan ibland de mest kreativa, besynnerliga lösningarna som är skräddarsydda för en utmaning. Till exempel var manipulatorn på bilden väldigt annorlunda än de flesta från det år den användes, men var mycket framgångsrik. Om du kommer ihåg detta och de allmänna tips som jag föreslog i början kommer du redan på god väg att skapa en framgångsrik manipulator. Tack till Andy Baker från AndyMark för att du gjorde hans presentation om manipulatorer tillgänglig för allmänheten. Många av bilderna i denna handledning är från den. Fotokredit: