Sissejuhatus manipulaatoritesse: 8 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

Väljakutseks sobiva manipulaatori loomine on FIRST Robotics Competition (FRC) üks raskemaid osi. Minu nelja tudengiaasta jooksul oli see alati minu meeskonna suurim läbikukkumine. Kuigi mängude väljakutse FRC -s muutub aasta -aastalt, on sageli ülesandeid, mis on sarnased eelmiste aastate ülesannetega. Näiteks 2012. aasta mängus Rebound Rumble olid selged elemendid 2001. aasta mängust Diabolical Dynamics ja 2006. aasta mängust Aim High. Sel põhjusel on kasulik tutvuda varasemates mängudes kasutatud peamiste manipulaatorite kujundustega. See õpetus annab ülevaate esimestel robootikavõistlustel (FRC) tavaliselt kasutatavatest manipulaatoritest. Igas etapis käsitletakse üldist manipulaatoritüüpi ja tuuakse näiteid manipulaatori rakendustest. See õpetus tehti programmi Autodesk FIRST High School Intern kaudu. Eeltingimused: valmisolek õppida fotokrediiti:

Samm: üldised juhised

Enne kui hakkan erinevate manipulaatorite mutrite ja poltide vahele hüppama, tahtsin anda mõned üldised juhised, mis aitavad teil manipulaatorit valida ja kujundada. Esiteks laske strateegial juhtida teie manipulaatori kujundust, mitte vastupidi. See tähendab, et teie manipulaator peaks saavutama disaininõuded, mille teie meeskond strateegia kujundamisel otsustas, selle asemel, et koostada strateegia, mis põhineb teie poolt kokku pandud manipulaatoril. Teiseks kujundage oma meeskondade piires. Kui teate, et teil pole lihtsalt ressursse ülikerge manipulaatori loomiseks, mis teie arvates domineerib mängu igas aspektis, ärge tehke seda! Valige lihtsam, mida saate ehitada ja mis täidab ühte rolli tõesti hästi. Kuid ärge kartke ka suruda oma meeskonda oma piiridest üle saamiseks. Näiteks sundis mu meeskond end eelmisel aastal harjutusroboti ehitama ja see oli lõpuks tõesti kasulik. Kolmandaks, kontrollige alati aktiivselt mänguväljakut. Näiteks kui palli tuleb transportida läbi teie roboti, tehke seda konveieri, mitte kaldtee abil. Kui te mänguasja aktiivselt ei kontrolli, siis see paratamatult ummistub või kukub teie manipulaatorist välja. Lõpuks on eduka manipulaatori loomiseks võtmetähtsusega prototüüpide koostamine ja iteratiivne arendus. Alustage prototüübiga ja parandage seda korduvalt, kuni olete valmis lõpliku versiooni koostama. Isegi siis otsige parandusi, mis seda paremaks muudavad. Foto krediit:

2. samm: relvad

Relvad on üks levinumaid manipuleerijaid, mida FRC -s kasutatakse. Üldiselt kasutatakse neid koos mänguelemendi juhtimiseks koos efektoriga. Kaks levinumat tüüpi on ühe- ja mitme liigendiga käed. Kuigi mitme liigendiga käed suudavad jõuda kaugemale ja saavad paremini kontrollida lõpp-efektori suunda, on need ka palju keerukamad. Teisest küljest on ühe liigendiga õlgade eelis lihtsus. Üks tavaline relvade jaoks kasutatav disain on 4 baari või paralleelne ühendus. Selline ühendus on näidatud kolmandal pildil. Selle disaini peamine omadus on see, et lõpp -efektorit hoitakse pidevas asendis. Näpunäiteid käe kujundamiseks:

• Pöörake tähelepanu kaalule - see võib põhjustada käe aeglustumist või isegi ebaõnnestumist
• Kasutage kergeid materjale, nagu ümmargune või ristkülikukujuline toru ja lehtmetall
• Käe juhtimise lihtsustamiseks kasutage selliseid andureid nagu piirlülitid ja potentsiomeetrid
• Tasakaalustage õlg vedrude, gaasilöökide või raskusega, et seda stabiliseerida ja mootorite koormust vähendada

Fotokrediidid: 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

Samm: liftid

Nagu relvi, kasutatakse lifte koos lõppefektiga, et juhtida mänguväljakut. Tavaliselt tõstetakse neid trumli mähisekaabli abil. Kuigi lifti on vaja ainult üles tõmmata, on mõistlik kaasata tagasivoolukaabel, mis võib lifti kinni tõmmata, et vältida ummistumist. Kaabli suunamiseks lifti tõstmiseks on kaks peamist stiili: pidev taglas ja kaskaadne taglas. Pideva taglasega liftidel (näidatud teisel pildil) on üks pidev tross vintsist viimase etapini. Kui kaabel on sisse tõmmatud, liigub 3. etapp kaabli vabastamisel esimesena üles ja viimane alla. Selle disaini kaks eelist on see, et kaabel tõuseb sama kiirusega kui alla, mis tähendab, et tagasivoolukaabli saab asetada samale trumlile ja kaabli pinge on madal. Selle peamine puudus on see, et selle keskosad on ummistumise suhtes vastuvõtlikumad. Kaskaadse taglasega liftidel (näidatud kolmandal pildil) on lifti iga astet ühendavad eraldi kaablid. Selle tulemusel tõusevad kaabli sissetõmbamisel kõik etapid samaaegselt. Siiski peab iga tagasivoolukaabli kiirus olema erinev põhivintsist, mida saab käsitseda erineva läbimõõduga trumlite abil. Kui kaskaadlifti keskmised osad on ummistumise suhtes vähem vastuvõtlikud, on pinge alumise astme kaablitel palju suurem kui pideva taglasega liftis. Kuigi liftid ja relvad on sarnased, on mõned olulised erinevused. Liftid on tavaliselt keerukamad ja raskemad kui ühe liigendiga käed. Lisaks liiguvad liftid tavaliselt vertikaalselt ja ei pääse väljapoole roboti perimeetrit. Need ei muuda aga liikumise ajal roboti raskuskeset ning nende asukohta saab täpselt juhtida andurite ja programmeerimise nõuetekohase kasutamisega. Sisuliselt on igal neist oma plussid ja miinused, jättes otsused, milliseid kasutada, jääb meeskondade otsustada. Teine võimalus on ühendada need kaks võimalust, asetades käe lifti viimasele astmele, mille näide on toodud neljandal pildil. Fotokrediidid:

4. samm: haaratsid

FRC -st leitakse umbes sama palju erinevaid haaratseid kui meeskondi. Küüniseid kasutatakse mänguväljaku otseseks juhtimiseks ja manipuleerimiseks. Need on kasulikud aastatel, kus on vähe mänguasju, millest korraga saab juhtida ainult ühte. Kaks peamist stiili on passiivsed ja rullküünised. Passiivsed küünised sõltuvad sellest, et nende sõrmed on mängupildist haaramiseks õigesti paigutatud, samas kui rullküünised kasutavad selle aktiivseks tõmbamiseks rattaid või rulle. Järgmine erinevate haaratsite loend vastab ülaltoodud piltidele:

• Kahe sõrmega pneumaatiline haarats
• Kahe sõrmega lineaarne pneumaatiline haarats
• Kolme sõrmega lineaarne pneumaatiline haarats
• Mootoriga haarats
• Pneumaatiline haarats
• Põhiline rullküünis
• Hingedega rullküünis

Lõpuks mõned näpunäited haaratsi kujundamiseks:

• Veenduge, et teie haarats rakendaks piisavalt jõudu mänguväljaku külge kinnitamiseks
• Pange oma haarats haarama ja kiiresti objektidest lahti laskma
• Muutke juhtimine lihtsaks, kasutades põhitoimingute automatiseerimiseks andureid

Fotokrediidid:

Samm: palli kogumine ja transport

Haaratsid on kasulikud üksikute ebatavalise kujuga objektide manipuleerimiseks, kuid sageli hõlmavad FRC -mängud palli. Nendes mängudes tavaliselt nõutavad kaks võimalust on pallide kogumine ja nende transportimine roboti sees. Kõige tõhusam pallide kogumise meetod muutub reeglite järgi igal aastal. 2012. aasta mängus Rebound Rumble lubati meeskondadel olla lisasid, mis ulatusid kaugemale kui nende robot. Paljud meeskonnad otsustasid, et rippmenüüst pallide kogumissüsteemide kasutamine oleks kasulik, mille tulemusel tekiksid lisad, mis kasutasid rulle, et suunata pallid ühte sisselaskeavasse või nende kaitseraua kohale ja oma robotisse. Piltidel üks kuni kolm on näha nende robotite näiteid. 2009. aasta mängus Lunacy ei lubatud meeskondadel olla manipuleerijaid, mis ulatuvad kaugemale nende kaadri ümbermõõdust. Kui nad tahtsid põrandalt palle koguda, pidi neil selleks olema roboti ees ava. See tõi kaasa ka palju laiapõhjalisi roboteid, kuna see võimaldab pallide sisenemisel suuremat avaust. Mõned näited nendest robotitest on näha neljandal ja viiendal pildil. Palli transportimiseks on mitu võimalust, kui robot on need kokku kogunud, kuid kõige tavalisem on polüuretaanvööde kasutamine. Polüuretaanrihmad (tuntud ka kui polycord) on reguleeritava pikkusega rihmad ja neid kasutatakse tavaliselt konveierite ja väikese koormusega jõuülekande jaoks. Kõik ülaltoodud robotid kasutavad teatud määral polükordi. Lõplik pilt näitab polükordi üksikasjalikumalt. Fotokrediidid: 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

6. samm: pildistamine

Palli viimine robotilt muidu ligipääsmatusse kohta on FRC teine levinud ülesanne. Selleks on vaja palli vette lasta, kasutades tavaliselt pesapalli väljalaskmismasinaga sarnast katapulti või ratastega laskurit. Selle väljakutse kõige tavalisem lahendus on palli surumine vastu pöörlevat ratast, mis kiirendab seda piisavalt, et seda märkimisväärselt kaugele lasta. Selle disaini kaks peamist variatsiooni on ühe- ja kaherattalised laskurid. Üherattalised laskurid on lihtsad ja kipuvad pallile palju tagasilööki panema. Palli väljumiskiirus on ligikaudu pool ratta pinna kiirusest. Kaherattalised laskurid on mehaaniliselt keerukamad, kuid võivad palli kaugemale tõsta. Seda seetõttu, et palli väljumiskiirus on ligikaudu võrdne ratta pinna kiirusega. Kahel esimesel pildil on mõned näited laskuritest. Nagu paljud meeskonnad 2012. aastal õppisid, on täpse laskuri loomise võti võimalikult paljude muutujate range kontroll. Need hõlmavad ratta kiiruse, käivitusnurga, laskurisse sisenevate pallide kiiruse, laskuri orientatsiooni selle etteandesüsteemi suhtes ning palli libisemist ratta ja kapoti pinna vastu. Katapuldid on tulistamismängudes palju harvemad, kuna nad ei suuda väga kiiresti tulistada. Nende peamine eelis on aga see, et nad võivad olla täpsemad kui traditsioonilised laskurid. Katapultide toiteallikaks on tavaliselt pneumaatika või vedrud. Lõplik pilt on meeskonnast, kes kasutas möödunud aastal katapuldi toiteks pneumaatikat. Fotokrediidid: https://www.chiefdelphi.com/media/photos/37418https://gallery.raiderrobotix.org/2012-Championhips/2012ChampDSP/IMG_3448https://www.teamxbot.org/index.php? Option = com_content & view = artikkel & id = 47 & üksuse ID = 55

7. samm: vintsid

Vintsidel on FRC -s mitu võimalikku kasutust ja seetõttu leidub neid suuremate manipulaatorite elementidena. Kaks nende kõige tavalisemat kasutust on energia salvestamine suurema mehhanismi jaoks ja kogu roboti tõstmine. Kui kasutatakse vintse energiasalvestusseadme laadimiseks, on need tavaliselt ette nähtud töötama ainult ühes suunas, vabastusega, mis võimaldab sellel vabalt keerutada, vabastades seega salvestatud energia. Selle jaoks mõeldud vintsi pilt on näidatud esimesel pildil. Teine vintsi kasutusala on roboti tõstmine. Sellisel juhul ei piisa tavaliselt sellest, et ülesandeks on eraldatud eraldi käigukast, mistõttu meeskonnad ehitavad jõuvõtuvõlli, mis on võimeline jõuülekande juhtimisseadmest eraldi mehhanismi suunama. Kuigi see on lihtsalt vintsi juhtimise viis, otsustasin teisel pildil ühe näite näidata, kuna see on huvitav mehhanism. Fotokrediidid:

8. samm: järeldus

Nagu olete hakanud nägema, on ESIMESEL robootikavõistlusel võimalik kasutada palju erinevaid võimalikke manipulaatorikujundusi. Kuna nii paljud meeskonnad töötavad väljakutsete lahendamise nimel, igaühel on oma taust, siis see kindlasti juhtub. Varem tehtust teadlikuks saamine võib säästa teie väärtuslikku aega, kasutades varasemaid manipulaatoreid nii meeskonna prototüüpide kui ka lõpliku kujunduse lähtejoontena. Kuid olge ka ettevaatlik, et mitte lasta eelnevatel kujundustel teie mõtlemist piirata. Kui valite väljakutse saamisel kohe vana kujunduse, võite unustada parema lahenduse. Lisaks võidavad mõnikord kõige loomingulisemad, veidramad lahendused, mis on spetsiaalselt väljakutsele kohandatud. Näiteks kujutatud manipulaator erines kasutusaastast enamikust, kuid oli väga edukas. Kui mäletate seda ja üldisi näpunäiteid, mida ma alguses soovitasin, olete juba edukalt manipuleerija loomisel. Aitäh Andy Bakerile AndyMarkist, kes tegi oma manipulaatorite ettekande avalikult kättesaadavaks. Paljud selle õpetuse pildid on pärit sellest. Foto krediit: