Uvod v manipulatorje: 8 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Ustvarjanje pravega manipulatorja za izziv je eden najtežjih delov FIRST Robotics Competition (FRC). V mojih štirih letih študija je bila to vedno največja napaka moje ekipe. Čeprav se izziv igre v FRC iz leta v leto spreminja, so pogosto naloge, ki so podobne tistim iz prejšnjih let. Na primer igra Rebound Rumble iz leta 2012 je imela jasne elemente igre Diabolical Dynamics iz leta 2001 in igre iz leta 2006 Aim High. Zato je koristno, da se seznanite z osnovnimi oblikami manipulatorjev, ki se uporabljajo v prejšnjih igrah. Ta vadnica bo predstavila pregled manipulatorjev, ki se običajno uporabljajo na FIRST Robotics Competition (FRC). Vsak korak bo obravnaval splošno vrsto manipulatorja in navedel primere izvedb manipulatorja. Ta vadnica je bila narejena v okviru programa Autodesk FIRST High School Intern.

1. korak: Splošne smernice

Preden sem skočil v matice in vijake različnih manipulatorjev, sem želel podati nekaj splošnih smernic, ki vam bodo pomagale pri izbiri in oblikovanju manipulatorja. Najprej naj strategija vodi vašo zasnovo manipulatorja in ne obratno. To pomeni, da bi moral vaš manipulator doseči oblikovalske zahteve, za katere se je vaša ekipa odločila pri oblikovanju strategije, namesto da bi oblikoval strategijo, ki temelji na manipulatorju, ki ste ga združili. Drugič, oblikujte v mejah svojih ekip. Če veste, da preprosto nimate sredstev za izdelavo super zapletenega manipulatorja, za katerega menite, da bo prevladoval v vseh vidikih igre, tega ne storite! Pojdite na enostavnejšo, ki jo lahko zgradite in bo zelo dobro opravljala eno vlogo. Vendar se tudi ne bojte potisniti svoje ekipe, da premaga svoje meje. Moja ekipa se je na primer v preteklem letu potrudila, da bi zgradila vadbenega bota in na koncu je bilo zelo koristno. Tretjič, vedno aktivno nadzirajte igralni predmet. Na primer, če je treba žogico prevažati skozi vašega robota, to storite s tekočim trakom in ne z rampo. Če igralnega predmeta ne nadzirate aktivno, se bo neizogibno zagozdil ali izpadel iz vašega manipulatorja. Končno sta izdelava prototipov in iterativni razvoj ključna za izgradnjo uspešnega manipulatorja. Začnite s prototipom in ga nato ponavljajte, dokler ne boste pripravljeni na izdelavo končne različice. Tudi takrat poiščite izboljšave, ki bodo izboljšale stanje. Fotografija:

2. korak: Roke

Roke so eden najpogostejših manipulatorjev, ki se uporabljajo v FRC. Na splošno se uporabljajo skupaj s končnim efektorjem za nadzor igralne enote. Ti dve pogosti vrsti sta enojni in veččlenski roki. Medtem ko lahko roke z več sklepi sežejo dlje in imajo več nadzora nad orientacijo končnega efektorja, so tudi veliko bolj zapletene. Po drugi strani pa imajo enojni sklepi roke preprostost. Ena pogosta zasnova za roke je 4 -palčna ali vzporedna povezava. Takšna povezava je prikazana na tretji sliki. Glavna značilnost te zasnove je, da je končni efektor v stalni orientaciji. Nasveti za oblikovanje rok:

• Bodite pozorni na težo - lahko povzroči, da je roka počasna ali celo odpove
• Uporabljajte lahke materiale, kot so okrogle ali pravokotne cevi in pločevine
• Za poenostavitev nadzora roke uporabite senzorje, kot so končna stikala in potenciometri
• Uravnotežite roko z vzmetmi, udarci plina ali težo, da jo stabilizirate in zmanjšate obremenitev motorjev

Zasluge za fotografije: 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

Korak: Dvigala

Tako kot roke se tudi dvigala uporabljajo s končnim efektorjem za nadzor igralne enote. Običajno jih dvignemo z navijanjem kabla na boben. Čeprav je treba dvigalo povleči le navzgor, je pametno vključiti povratni kabel, ki lahko dvigalo potegne navzdol, da se prepreči zagozdenje. Obstajata dva glavna sloga napeljave kabla, ki dvigne dvigalo: neprekinjeno in kaskadno. Dvigala z neprekinjeno vrvjo (prikazana na drugi sliki) imajo en neprekinjen kabel od vitla do zadnje stopnje. Ko se kabel vleče, se stopnja 3 prva premakne navzgor in zadnja, ko se kabel sprosti. Dve prednosti te zasnove sta, da se kabel dvigne z enako hitrostjo, kot je dol, kar pomeni, da se povratni kabel lahko postavi na isti boben in da je napetost v kablu majhna. Njegova glavna pomanjkljivost je, da so njegovi srednji odseki bolj dovzetni za zagozditve. Dvigala s kaskadno vrvjo (prikazana na tretji sliki) imajo posamezne kable, ki povezujejo vsako stopnjo dvigala. Posledica tega je, da se ob vlečenju kabla vse stopnje dvigajo istočasno. Vendar pa mora vsak povratni kabel imeti drugačno hitrost kot glavni vitel, s katero je mogoče ravnati z uporabo bobnov različnih premerov. Medtem ko so srednji odseki kaskadnega dvigala manj dovzetni za zagozditve, je napetost na kablih spodnje stopnje veliko večja kot pri dvigalu z neprekinjenim vlečenjem. Čeprav sta dvigala in roke podobni, obstaja nekaj pomembnih razlik. Dvigala so ponavadi bolj zapletena in težja od enojnih ročic. Poleg tega se dvigala običajno gibljejo navpično in ne morejo doseči zunaj robotovega oboda. Vendar med premikanjem ne spreminjajo težišča robota, njihov položaj pa je mogoče natančno nadzorovati s pravilno uporabo senzorjev in programiranjem. V bistvu ima vsak svoje prednosti in slabosti, pri čemer se odločitev o uporabi odloči skupinam. Druga možnost je združiti ti dve možnosti, tako da postavite roko na zadnjo stopnjo dvigala, primer tega je prikazan na četrti sliki. Zasluge za fotografije:

4. korak: prijemala

V FRC je približno toliko različnih vrst prijemalk, kot jih je ekip. Kremplji se uporabljajo za neposreden nadzor in manipulacijo igralnega predmeta. Uporabne so v letih, ko je malo igralnih kosov, od katerih je mogoče hkrati nadzorovati le enega. Dva glavna sloga sta pasivni kremplji in valjčni kremplji. Pasivni kremplji se zanašajo na to, da so njihovi prsti pravilno nameščeni, da prijemajo igralni kos, medtem ko valjčni kremplji uporabljajo kolesa ali valje, da ga aktivno vlečejo. Naslednji seznam različnih prijemal ustreza zgornjim slikam:

• Pnevmatski prijemalnik z dvema prstoma
• Linearni pnevmatski prijemal z dvema prstoma
• Linearni pnevmatski prijemal s tremi prsti
• Motorno prijemalo
• Pnevmatski prijemala
• Osnovni valjčni kremplj
• Tečaj z valjčkom na tečaju

Za konec še nekaj nasvetov za oblikovanje prijemal:

• Prepričajte se, da vaš prijemalec uporablja dovolj sile, da se lahko obesi na igralni predmet
• S svojim prijemalom primite in hitro spustite predmete
• Olajšajte upravljanje s senzorji za avtomatizacijo osnovnih operacij

Zasluge za fotografije:

5. korak: Zbiranje in transport žogic

Medtem ko so prijemala uporabna za manipulacijo posameznih predmetov, ki so lahko nenavadne oblike, pogosto igre FRC vključujejo kup žog. Dve sposobnosti, ki sta običajno potrebni v teh igrah, sta zbiranje kroglic in njihovo prevažanje v robotu. Najučinkovitejša metoda zbiranja kroglic se iz leta v leto spreminja, odvisno od pravil. V igri Rebound Rumble leta 2012 so ekipe imele priloge, ki so segale onkraj njihovega robota. Mnoge ekipe so se odločile, da bi bilo koristno imeti spustne sisteme za zbiranje žog, kar je povzročilo nastanek dodatkov, ki so z valji pretakali kroglice v en sam vnos ali čez odbijače in v robota. Na slikah od ene do tri je prikazanih več primerov teh robotov. V igri Lunacy leta 2009 ekipe niso smele imeti manipulatorjev, ki bi segali čez njihov okvir. Če so želeli zbrati kroglice s tal, so morali za to imeti odprtino pred svojim robotom. To je pripeljalo tudi do številnih robotov široke baze, ker omogoča večjo odprtino za vstop žog. Nekaj primerov teh robotov je prikazanih na slikah štiri in pet. Ko jih robot zbere, obstaja več možnih načinov prevoza kroglic, najpogostejši pa je uporaba poliuretanskih pasov. Poliuretanski trakovi (znani tudi kot polikord) so pasovi nastavljive dolžine in se običajno uporabljajo za transportne trakove in prenos energije pri nizki obremenitvi. Vsak od zgoraj prikazanih robotov do neke mere uporablja polikord. Končna slika prikazuje polikord podrobneje. Zasluge za fotografije: https://www.simbotics.org/media/photos/2012-first-cha Championship/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. korak: Streljanje

Pridobivanje žoge od robota na sicer nedostopno mesto je še ena pogosta naloga v FRC. To zahteva izstrelitev žoge, običajno z uporabo katapulta ali strelca na kolesih, podobnega stroju za baseball. Najpogostejša rešitev tega izziva je stiskanje žoge proti vrtečemu se kolesu, kar jo dovolj pospeši, da jo sproži na veliko razdaljo. Dve glavni različici te zasnove sta strelca na eno in dvokolesa. Strelci z enim kolesom so preprosti in imajo običajno veliko žogice za hrbet. Izstopna hitrost žoge je približno enaka ½ površinske hitrosti kolesa. Strelci z dvojnimi kolesi so mehansko bolj zapleteni, vendar lahko žogico poženejo dlje. To je zato, ker je izstopna hitrost žoge približno enaka površinski hitrosti kolesa. Prvi dve sliki prikazujeta nekaj primerov strelcev. Kot so se mnoge ekipe naučile leta 2012, je ključ do izgradnje natančnega strelca strogo nadzorovanje čim več vključenih spremenljivk. Ti vključujejo nadzor hitrosti kota, kota izstrelitve, hitrosti žog, ki vstopajo v strelca, usmerjenosti strelca glede na njegov sistem podajanja in zdrsa žoge ob površino kolesa in pokrova. Katapulti so v strelskih igrah veliko manj pogosti, ker ne morejo streljati zelo hitro. Njihova glavna prednost pa je, da so lahko natančnejši od tradicionalnih strelcev. Katapulti običajno poganjajo pnevmatike ali vzmeti. Končna slika je ekipa, ki je lani s pnevmatiko napajala katapult. Zasluge za fotografije: https://www.chiefdelphi.com/media/photos/37418https://gallery.raiderrobotix.org/2012-Championships/2012ChampDSP/IMG_3448https://www.teamxbot.org/index.php? Option = com_content & view = članek & id = 47 & Itemid = 55

7. korak: Vitli

Vitli imajo v FRC več možnosti uporabe, zato jih najdemo kot elemente večjih manipulatorjev. Dve najpogostejši uporabi sta shranjevanje energije za večji mehanizem in dvig celotnega robota. Kadar se vitli uporabljajo za polnjenje naprave za shranjevanje energije, so običajno zasnovani tako, da delujejo samo v eni smeri, s sprostitvijo, ki omogoča prosto vrtenje in tako sprošča shranjeno energijo. Slika vitla, ki je namenjena temu, je prikazana na prvi sliki. Druga uporaba vitla je dvig robota. V tem primeru običajno ni dovolj, da je za to nalogo namenjen ločen menjalnik, zaradi česar ekipe zgradijo menjalnik za odjem moči, ki lahko preusmeri moč iz pogonskega sklopa v ločen mehanizem. Čeprav je to zgolj način vožnje z vitlom, sem se odločil, da na drugi sliki pokažem primer enega, ker je to zanimiv mehanizem. Zasluge za fotografije:

8. korak: Zaključek

Kot ste začeli videti, obstaja veliko različnih možnih modelov manipulatorjev, ki jih je mogoče uporabiti na PRVEM tekmovanju v robotiki. Ker se toliko ekip trudi reševati izzive, vsaka s svojim ozadjem, se bo to zagotovo zgodilo. Zavedanje o tem, kar je bilo že storjeno, vam lahko prihrani dragocen čas z uporabo prejšnjih manipulatorjev kot izhodišč za prototipe in končne zasnove vaše ekipe. Vendar bodite previdni, da vam prejšnji modeli ne omejijo razmišljanja. Če ob prejemu izziva takoj izberete staro zasnovo za uporabo, morda spregledate boljšo rešitev. Poleg tega včasih prevladajo najbolj ustvarjalne, nenavadne rešitve, ki so posebej prilagojene izzivu. Na primer, prikazani manipulator se je zelo razlikoval od večine v letu, ko je bil uporabljen, vendar je bil zelo uspešen. Če se spomnite tega in splošnih nasvetov, ki sem jih predlagal na začetku, boste že na dobri poti, da ustvarite uspešnega manipulatorja. Hvala Andyju Bakerju iz AndyMarka, ki je javno predstavil svojo predstavitev manipulatorjev. Mnoge slike v tej vadnici so iz nje. Fotografija: