Въведение в манипулаторите: 8 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Създаването на подходящ манипулатор за предизвикателство е една от най -трудните части на ПЪРВОТО състезание по роботика (FRC). В четирите ми години като студент това винаги беше най -големият провал на моя екип. Въпреки че предизвикателството на играта във FRC се променя от година на година, често има задачи, които са подобни на тези от предишни години. Например играта за 2012 г., Rebound Rumble, имаше ясни елементи от играта 2001, Diabolical Dynamics, и от играта от 2006 г., Aim High. Поради тази причина е полезно да сте запознати с основните дизайни на манипулатори, използвани в предишни игри. Този урок ще предостави преглед на манипулаторите, често използвани в ПЪРВОТО състезание по роботика (FRC). Всяка стъпка ще обсъди общ тип манипулатор и ще даде примери за изпълнения на манипулатора. Този урок е направен чрез програмата за стажанти на Autodesk FIRST в гимназията. Предпоставки: Желание за изучаване на Фотокредит:

Стъпка 1: Общи указания

Преди да скоча в гайките и болтовете на различни манипулатори, исках да дам някои общи насоки, които ще ви помогнат да изберете и проектирате манипулатор. Първо, оставете стратегията да управлява дизайна на вашия манипулатор, а не обратното. Това означава, че вашият манипулатор трябва да постигне дизайнерските изисквания, за които вашият екип е решил при формирането на стратегия, вместо да формира стратегия, базирана на манипулатора, който сте събрали заедно. Второ, проектирайте в рамките на вашите екипи. Ако знаете, че просто нямате ресурси да изградите супер сложния манипулатор, който смятате, че ще доминира във всеки аспект на играта, не го правете! Отидете на по -простата, която можете да изградите и ще изпълни една роля наистина добре. Не се страхувайте обаче да подтикнете екипа си да преодолее вашите граници. Например, моят екип се стремеше да изгради практичен бот миналата година и в крайна сметка това беше наистина полезно. Трето, винаги имайте активен контрол върху играта. Например, ако трябва да пренесете топка през робота си, направете го с конвейер, а не с рампа. Ако не контролирате активно играта, тя неизбежно ще заседне или ще изпадне от вашия манипулатор. И накрая, прототипирането и итеративното развитие са ключови за изграждането на успешен манипулатор. Започнете с прототип и след това го подобрете итеративно, докато не сте готови да изградите окончателна версия. Дори и тогава търсете подобрения, които ще го направят по -добър. Снимка:

Стъпка 2: Оръжия

Оръжията са един от най -често използваните манипулатори във FRC. Като цяло, те се използват заедно с краен ефект за управление на играта. Двата често срещани типа са единични и многосвързани ръце. Докато многосвързаните ръце могат да достигнат по-далеч и могат да имат по-голям контрол върху ориентацията на крайния ефектор, те също са много по-сложни. От друга страна, единичните съединени ръце имат предимството на простотата. Един общ дизайн, използван за оръжия, е 4 -барова или паралелна връзка. Такава връзка е показана на третата снимка. Основната характеристика на този дизайн е, че крайният ефект се държи в постоянна ориентация. Съвети за дизайн на рамото:

• Обърнете внимание на теглото - може да причини ръката да бъде бавна или дори да се провали
• Използвайте леки материали като кръгла или правоъгълна тръба и ламарина
• Използвайте сензори като крайни превключватели и потенциометри, за да опростите управлението на рамото
• Изравнете рамото с пружини, газови удари или тегло, за да го стабилизирате и намалите натоварването на двигателите

Снимки: 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

Стъпка 3: Асансьори

Подобно на ръцете, асансьорите се използват с краен ефект за управление на играта. Обикновено се повдигат чрез навиване на кабел върху барабан. Въпреки че е необходимо само да издърпате асансьора нагоре, разумно е да включите връщащ кабел, който може да издърпа асансьора надолу, за да предотврати засядане. Има два основни стила на прокарване на кабела, така че да повдига асансьора: непрекъснато такелаж и каскадно такелаж. Асансьорите с непрекъснато такелаж (показано на втората снимка) имат един непрекъснат кабел от лебедката до последния й етап. Тъй като кабелът е изтеглен, Етап 3 е първият, който се придвижва нагоре и последният, който се движи надолу, когато кабелът се освободи. Две предимства на този дизайн са, че кабелът се изкачва със същата скорост, по която се спуска, което означава, че връщащият кабел може да бъде поставен върху същия барабан и че напрежението в кабела е ниско. Основният му недостатък е, че средните му участъци са по -податливи на заглушаване. Асансьорите с каскадно оборудване (показано на третата снимка) имат отделни кабели, свързващи всеки етап от асансьора. Това води до това, че всички етапи се издигат едновременно с прокарването на кабела. Въпреки това, всеки връщащ кабел трябва да има различна скорост от основната лебедка, с която може да се борави с помощта на барабани с различни диаметри. Докато средните секции на каскаден асансьор са по -малко податливи на заглушаване, напрежението на кабелите на долния етап е много по -високо, отколкото в асансьор с непрекъснато такелаж. Въпреки че асансьорите и оръжията са сходни, има някои важни разлики. Асансьорите обикновено са по -сложни и по -тежки от единичните шарнирни рамена. Освен това асансьорите обикновено се движат вертикално и не могат да достигнат извън периметъра на робота. Те обаче не променят центъра на тежестта на робота, докато се движат, и позицията им може да бъде точно контролирана с правилното използване на сензори и програмиране. По същество всеки от тях има свои собствени предимства и недостатъци, оставяйки решението кои да се използват на екипите. Друг вариант е да комбинирате тези две опции, като поставите рамо на последния етап на асансьор, пример за който е показан на четвъртата снимка. Снимки:

Стъпка 4: Грайфери

В FRC има приблизително толкова различни видове грайфери, колкото и екипи. Ноктите се използват за директен контрол и манипулиране на играта. Те са полезни в години, когато има малко игрални единици, само един от които може да се контролира наведнъж. Двата основни стила са пасивни нокти и ролкови нокти. Пасивните нокти разчитат на това, че пръстите им са правилно позиционирани, за да хванат играта, докато ролковите нокти използват колела или ролки, за да го придърпват активно. Следният списък с различни грайфери съответства на снимките по -горе:

• Пневматичен грайфер с два пръста
• Линеен пневматичен грайфер с два пръста
• Линейни пневматични грайфери с три пръста
• Моторизиран грайфер
• Пневматичен грайфер
• Основен ролков нокът
• Шарнирен ролков нокът

И накрая, няколко съвета за дизайна на грайфера:

• Уверете се, че вашият грайфер прилага достатъчно сила, за да се закачи за играта
• Накарайте грайфера си да се хване и да пусне предметите бързо
• Улеснете управлението, като използвате сензори за автоматизиране на основните операции

Снимки:

Стъпка 5: Събиране и транспортиране на топки

Докато грайферите са полезни за манипулиране на единични обекти с необичайна форма, често пъти FRC игрите включват куп топки. Две възможности, които обикновено се изискват в тези игри, са събирането на топки и транспортирането им в рамките на робот. Най -ефективният метод за събиране на топки се променя от година на година в зависимост от правилата. В играта Rebound Rumble през 2012 г. на отборите беше позволено да имат придатъци, които се простират извън техния робот. Много екипи решиха, че наличието на падащи системи за събиране на топки би било изгодно, което води до придатъци, които използваха ролки, за да вливат топките в един прием или над броните им и в своя робот. Няколко примера за тези роботи се виждат на снимки от един до три. В играта Lunacy през 2009 г. на екипите не беше позволено да имат манипулатори, които се простират извън периметъра на рамката им. Ако искаха да събират топки от пода, трябваше да имат отвор в предната част на робота си, за да го направят. Това също доведе до много роботи с широка база, защото позволява по-голям отвор за влизане на топките. Някои примери за тези роботи се виждат на снимки четвърта и пета. Има няколко възможни начина за транспортиране на топки, след като бъдат събрани от робот, но най -разпространеният е използването на полиуретанови колани. Полиуретановите ленти (известни също като поликорд) са ленти с регулируема дължина и обикновено се използват за конвейери и пренос на енергия с ниско натоварване. Всеки един от снимките по -горе използва до известна степен поликорд. Последната снимка показва поликорда по -подробно. Снимки: 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

Стъпка 6: Снимане

Получаването на топка от робот до иначе недостъпно място е друга често срещана задача във FRC. Това изисква изстрелване на топката, обикновено с помощта на катапулт или стрелка на колела, подобна на машина за бейзболно качване. Най -често срещаното решение на това предизвикателство е да компресирате топката срещу въртящо се колело, което я ускорява достатъчно, за да я изстреля на значително разстояние. Двата основни варианта на този дизайн са стрелци с единични и двойни колела. Стрелците с единични колела са прости и са склонни да поставят много гръб на топката. Изходната скорост на топката е приблизително равна на ½ от повърхностната скорост на колелото. Стрелците с двойни колела са по -сложни механично, но могат да задвижат топката по -далеч. Това е така, защото скоростта на излизане на топката е приблизително равна на повърхностната скорост на колелото. Първите две снимки показват някои примери за стрелци. Както много отбори научиха през 2012 г., ключът към изграждането на точен стрелец е строг контрол на възможно най -много от включените променливи. Те включват контролиране на скоростта на колелото, ъгъла на изстрелване, скоростта на топките, влизащи в стрелеца, ориентацията на стрелеца спрямо неговата система за подаване и приплъзването на топката спрямо колелото и повърхността на качулката. Катапултите са много по -рядко срещани в игрите за стрелба, тъй като не могат да стрелят много бързо. Основното им предимство обаче е, че те могат да бъдат по -точни от традиционните стрелци. Катапултите обикновено се захранват от пневматика или пружини. Крайната картина е на екип, който използва пневматика за захранване на катапулт миналата година. Снимки: https://www.chiefdelphi.com/media/photos/37418https://gallery.raiderrobotix.org/2012-Championships/2012ChampDSP/IMG_3448https://www.teamxbot.org/index.php? Option = com_content & view = статия & id = 47 & Itemid = 55

Стъпка 7: Лебедки

Лебедките имат множество възможни приложения във FRC и затова се намират като елементи на по -големи манипулатори. Две от най -честите им приложения са за съхранение на енергия за по -голям механизъм и за повдигане на цял робот. Когато се използват за зареждане на устройство за съхранение на енергия, лебедките обикновено са проектирани да работят само в една посока, с освобождаване, което му позволява да се върти свободно, като по този начин освобождава натрупаната енергия. Снимка на лебедка, предназначена за това, е показана на първата снимка. Друга употреба на лебедка е да вдигнете робот. В този случай обикновено не е достатъчно да има отделна скоростна кутия, посветена на задачата, което кара екипите да построят скоростна кутия за изземване, която е в състояние да отклонява мощността от задвижващия механизъм към отделен механизъм. Въпреки че това е просто начин за управление на лебедка, реших да покажа пример за такава на втората снимка, защото това е интересен механизъм. Снимки:

Стъпка 8: Заключение

Както започнахте да виждате, има много различни възможни дизайни на манипулатори, които могат да бъдат използвани в ПЪРВОТО състезание по роботика. Тъй като толкова много екипи работят за решаване на предизвикателствата, всеки със собствен опит, това разбира се ще се случи. Осъзнаването на това, което е било направено преди, може да ви спести ценно време, като използвате предишни манипулатори като изходни линии както за прототипите на вашия екип, така и за крайните проекти. Внимавайте обаче и да не позволявате на предишните дизайни да ограничават мисленето ви. Ако при получаване на предизвикателството веднага изберете стар дизайн, който да използвате, може да пренебрегнете по -добро решение. В допълнение, понякога най -креативните, необичайни решения, които са специално пригодени за предизвикателство, в крайна сметка надделяват. Например, изобразеният манипулатор е много различен от повечето от годината, в която е използван, но е много успешен. Ако си спомняте това и общите съвети, които предложих в началото, вече ще сте на път да създадете успешен манипулатор. Благодаря на Анди Бейкър от AndyMark, че направи публично достояние презентацията си за манипулаторите. Много от снимките в този урок са от него. Снимка: