Pengenalan kepada Manipulator: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:09

Membuat manipulator yang tepat untuk menghadapi cabaran adalah salah satu bahagian paling sukar dalam Pertandingan Robotik PERTAMA (FRC). Dalam empat tahun saya sebagai pelajar, selalu menjadi titik kegagalan pasukan saya yang paling besar. Walaupun cabaran permainan di FRC berubah dari tahun ke tahun, seringkali ada tugas yang serupa dengan tugas dari tahun-tahun sebelumnya. Sebagai contoh, permainan 2012, Rebound Rumble, mempunyai elemen yang jelas dari permainan 2001, Diabolical Dynamics, dan permainan 2006, Aim High. Atas sebab ini, adalah bermanfaat untuk mengetahui reka bentuk manipulator asas yang digunakan dalam permainan sebelumnya. Tutorial ini akan memberikan gambaran keseluruhan manipulator yang biasa digunakan dalam Pertandingan Robotik PERTAMA (FRC). Setiap langkah akan membincangkan jenis manipulator umum dan memberikan contoh pelaksanaan manipulator. Tutorial ini dibuat melalui program Autodesk FIRST High School Intern. Prasyarat: Kesediaan untuk belajar Kredit Foto:

Langkah 1: Garis Panduan Umum

Sebelum masuk ke dalam mur dan baut manipulator yang berbeza, saya ingin memberikan beberapa panduan umum yang akan membantu anda memilih dan merancang manipulator. Pertama, biarkan strategi mendorong reka bentuk manipulator anda, bukan sebaliknya. Maksudnya adalah bahawa manipulator anda harus mencapai keperluan reka bentuk yang diputuskan oleh pasukan anda dalam membentuk strategi, dan bukannya membentuk strategi berdasarkan manipulator yang anda lakukan bersama. Kedua, reka bentuk mengikut had pasukan anda. Sekiranya anda tahu anda tidak mempunyai sumber untuk membina manipulator yang sangat rumit yang anda fikir akan menguasai setiap aspek permainan, jangan lakukannya! Pilih yang lebih sederhana yang boleh anda bina dan akan melaksanakan satu peranan dengan sangat baik. Namun, jangan takut untuk mendorong pasukan anda untuk mengatasi had anda. Sebagai contoh, pasukan saya berusaha untuk membina bot latihan tahun lalu, dan akhirnya menjadi sangat bermanfaat. Ketiga, sentiasa mempunyai kawalan permainan yang aktif. Contohnya, jika bola perlu diangkut melalui robot anda, lakukan dengan menggunakan penghantar, bukan jalan. Sekiranya anda tidak mengawal permainan secara aktif, ia pasti akan macet atau jatuh dari manipulator anda. Akhirnya, prototaip dan pengembangan berulang adalah kunci untuk membina manipulator yang berjaya. Mulakan dengan prototaip, dan kemudian perbaiki secara berulang sehingga anda bersedia untuk membina versi akhir. Walaupun begitu, cari penambahbaikan yang akan menjadikannya lebih baik. Kredit Foto:

Langkah 2: Senjata

Senjata adalah salah satu manipulator yang paling biasa digunakan di FRC. Secara amnya, ia digunakan bersama dengan efektor akhir untuk mengawal permainan. Dua jenis yang biasa adalah lengan tunggal dan bersendi pelbagai. Walaupun lengan multi-sendi dapat mencapai lebih jauh dan dapat mengawal lebih banyak arah orientasi efektor akhir, mereka juga jauh lebih kompleks. Sebaliknya, lengan bersendi tunggal mempunyai kelebihan kesederhanaan. Satu reka bentuk yang biasa digunakan untuk lengan adalah kaitan 4 bar, atau selari. Perkaitan seperti itu ditunjukkan dalam gambar ketiga. Ciri utama reka bentuk ini adalah bahawa efektor akhir dipegang dalam arah yang tetap. Petua untuk reka bentuk lengan:

• Perhatikan berat badan - boleh menyebabkan lengan menjadi perlahan atau bahkan gagal
• Gunakan bahan ringan seperti tiub bulat atau segi empat tepat dan logam lembaran
• Gunakan sensor seperti suis had dan potensiometer untuk memudahkan mengawal lengan
• Mengimbangi lengan dengan mata air, kejutan gas, atau berat untuk menstabilkannya dan mengurangkan beban pada motor

Kredit Foto: https://www.chiefdelphi.com/media/photos/36687https://www.thunderchickens.org/index.php? Option = com_content & view = kategori & susun atur = blog & id = 30 & Itemid = 41https://www.chiefdelphi.com / media / gambar / 27982

Langkah 3: Lif

Seperti lengan, lif digunakan dengan efektor akhir untuk mengawal permainan. Mereka biasanya diangkat dengan kabel penggulungan pada drum. Walaupun hanya perlu menaikkan lif, sebaiknya memasukkan kabel kembali yang dapat menarik lif ke bawah untuk mengelakkan kemacetan. Terdapat dua gaya utama mengarahkan kabel sehingga menaikkan lif: rigging berterusan dan cascading rigging. Lif dengan rigging berterusan (ditunjukkan pada gambar kedua) mempunyai satu kabel berterusan dari winch ke peringkat terakhir. Semasa kabel ditarik masuk, Tahap 3 adalah yang pertama bergerak ke atas dan yang terakhir bergerak ke bawah semasa kabel dilepaskan. Dua kelebihan reka bentuk ini adalah bahawa kabel naik dengan kelajuan yang sama dengan yang turun, yang bermaksud bahawa kabel kembali dapat diletakkan pada drum yang sama, dan ketegangan pada kabel rendah. Kelemahan utamanya ialah bahagian tengahnya lebih mudah terkena gangguan. Lif dengan tali pelompat (ditunjukkan dalam gambar ketiga) mempunyai kabel individu yang menghubungkan setiap tahap lif. Ini mengakibatkan semua tahap naik secara serentak ketika kabel ditarik masuk. Bagaimanapun, kabel pemulangan apa pun mesti mempunyai kelajuan yang berbeza daripada winch utama, yang dapat ditangani dengan menggunakan drum dengan diameter yang berbeza. Walaupun bahagian tengah lif bertingkat kurang rentan terhadap kemacetan, ketegangan pada kabel tahap bawah jauh lebih tinggi daripada pada lif dengan tali arus berterusan. Walaupun lif dan lengan serupa, ada beberapa perbezaan penting. Lif cenderung lebih rumit dan lebih berat daripada lengan bersendi tunggal. Selain itu, lif biasanya bergerak secara menegak dan tidak dapat menjangkau luar perimeter robot. Namun, mereka tidak mengubah pusat graviti robot ketika mereka bergerak, dan kedudukan mereka dapat dikawal dengan tepat dengan penggunaan sensor dan pengaturcaraan yang tepat. Pada hakikatnya, masing-masing mempunyai kelebihan dan kekurangan masing-masing, meninggalkan keputusan untuk digunakan sehingga pasukan. Satu pilihan lain adalah menggabungkan kedua pilihan ini dengan meletakkan lengan pada tahap terakhir lif, contohnya ditunjukkan pada gambar keempat. Kredit Foto:

Langkah 4: Pencengkam

Terdapat kira-kira banyak jenis genggaman yang terdapat di FRC seperti ada pasukan. Cakar digunakan untuk mengendalikan dan memanipulasi permainan secara langsung. Mereka berguna selama bertahun-tahun di mana terdapat beberapa gamepieces, hanya satu yang boleh dikawal pada satu masa. Dua gaya utama adalah cakar pasif dan cakar roller. Cakar pasif bergantung pada jari mereka berada pada posisi yang tepat untuk menangkap alat permainan, sementara cakar roller menggunakan roda atau penggelek untuk menariknya secara aktif. Senarai cengkaman yang berbeza berikut sesuai dengan gambar di atas:

• Pencengkam pneumatik dua jari
• Pencengkam pneumatik linear dua jari
• Pencengkam pneumatik linear tiga jari
• Pencengkam bermotor
• Pencengkam pneumatik
• Cakar roller asas
• Cakar roller berengsel

Akhirnya, beberapa petua untuk reka bentuk gripper:

• Pastikan pencengkam anda menggunakan kekuatan yang cukup untuk digantung pada alat permainan
• Lekatkan penggenggam anda dan lepaskan objek dengan cepat
• Permudahkan kawalan dengan menggunakan sensor untuk mengautomasikan operasi asas

Kredit Foto:

Langkah 5: Pengumpulan dan Pengangkutan Bola

Walaupun gripper berguna untuk memanipulasi objek tunggal yang mungkin berbentuk luar biasa, sering kali permainan FRC melibatkan sekumpulan bola. Dua keupayaan yang biasanya diperlukan dalam permainan ini adalah mengumpulkan bola dan mengangkutnya ke dalam robot. Kaedah mengumpulkan bola yang paling berkesan berubah dari tahun ke tahun bergantung pada peraturan. Dalam permainan 2012, Rebound Rumble, pasukan diizinkan memiliki tambahan yang melampaui robot mereka. Banyak pasukan memutuskan bahawa mempunyai sistem pengumpulan bola drop-down akan menguntungkan, menghasilkan pelengkap yang menggunakan penggelek untuk memasukkan bola ke dalam satu asupan atau ke atas bumper mereka dan ke dalam robot mereka. Beberapa contoh robot ini dilihat dalam gambar satu hingga tiga. Pada permainan 2009, Lunacy, pasukan tidak dibenarkan memiliki manipulator yang melampaui batas bingkai mereka. Sekiranya mereka ingin mengumpulkan bola dari lantai, mereka harus mempunyai bukaan di depan robot mereka untuk melakukannya. Ini juga menyebabkan banyak robot pangkalan lebar kerana memungkinkan untuk membuka bola yang lebih besar untuk masuk. Beberapa contoh robot ini dilihat dalam gambar empat dan lima. Terdapat beberapa cara yang mungkin untuk mengangkut bola setelah ia dikumpulkan oleh robot, tetapi yang paling biasa adalah menggunakan tali pinggang poliuretana. Tali pinggang poliuretana (juga dikenali sebagai polikord) adalah tali pinggang panjang yang boleh disesuaikan dan biasanya digunakan untuk penghantar dan penghantaran daya beban rendah. Setiap robot yang digambarkan di atas menggunakan polycord hingga tahap tertentu. Gambar akhir menunjukkan polikord dengan lebih terperinci. Kredit Foto: https://www.simbotics.org/media/photos/2012-first-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

Langkah 6: Menembak

Mendapatkan bola dari robot ke lokasi yang tidak dapat diakses adalah tugas biasa lain di FRC. Ini memerlukan melancarkan bola, biasanya menggunakan ketapel atau penembak beroda yang serupa dengan mesin baseball pitching. Penyelesaian yang paling umum untuk cabaran ini adalah memampatkan bola ke roda berputar, yang mempercepatnya untuk melancarkan jarak yang signifikan. Dua variasi utama reka bentuk ini adalah penembak roda tunggal dan roda dua. Penembak beroda tunggal sederhana dan cenderung meletakkan banyak putaran belakang pada bola. Kelajuan keluar bola kira-kira sama dengan ½ dari kelajuan permukaan roda. Penembak beroda dua lebih rumit secara mekanikal, tetapi dapat mendorong bola lebih jauh. Ini kerana kecepatan keluar bola kira-kira sama dengan kelajuan permukaan roda. Dua gambar pertama menunjukkan beberapa contoh penembak. Seperti yang dipelajari oleh banyak pasukan pada tahun 2012, kunci untuk membina penembak tepat adalah dengan mengawal seberapa banyak pemboleh ubah yang terlibat. Ini termasuk mengawal kelajuan roda, sudut peluncuran, kecepatan bola memasuki penembak, orientasi penembak relatif terhadap sistem pengumpanannya, dan gelinciran bola ke permukaan roda dan tudung. Catapults lebih jarang berlaku dalam menembak permainan kerana mereka tidak dapat melepaskan tembakan dengan cepat. Walau bagaimanapun, kelebihan utama mereka adalah bahawa mereka dapat lebih tepat daripada penembak tradisional. Ketapel biasanya digerakkan oleh pneumatik atau mata air. Gambar terakhir adalah sebuah pasukan yang menggunakan pneumatik untuk menghidupkan ketapel tahun lalu. Kredit Foto: https://www.chiefdelphi.com/media/photos/37418https://gallery.raiderrobotix.org/2012-Chagueships/2012ChampDSP/IMG_3448https://www.teamxbot.org/index.php? Option = com_content & view = artikel & id = 47 & Itemid = 55

Langkah 7: Winch

Winch mempunyai banyak kemungkinan penggunaan dalam FRC dan oleh itu didapati sebagai elemen manipulator yang lebih besar. Dua kegunaannya yang paling biasa adalah menyimpan tenaga untuk mekanisme yang lebih besar dan mengangkat seluruh robot. Ketika digunakan untuk memuatkan alat penyimpanan tenaga, winch biasanya dirancang untuk hanya beroperasi dalam satu arah, dengan pelepasan yang memungkinkannya berputar dengan bebas, sehingga melepaskan energi yang tersimpan. Gambar winch yang dirancang untuk melakukan ini ditunjukkan pada gambar pertama. Penggunaan lain untuk winch adalah mengangkat robot. Dalam kes ini, biasanya tidak cukup untuk memiliki kotak gear terpisah yang dikhaskan untuk tugas tersebut, menyebabkan pasukan membangun kotak gear lepas daya, yang mampu mengalihkan daya dari drivetrain ke mekanisme yang terpisah. Walaupun ini hanyalah cara untuk menggerakkan winch, saya memutuskan untuk menunjukkan contohnya dalam gambar kedua kerana ini adalah mekanisme yang menarik. Kredit Foto:

Langkah 8: Kesimpulannya

Seperti yang telah anda lihat, terdapat banyak kemungkinan reka bentuk manipulator yang boleh digunakan dalam Pertandingan Robotik PERTAMA. Dengan begitu banyak pasukan berusaha untuk menyelesaikan cabaran, masing-masing dengan latar belakang mereka sendiri, ini pasti akan berlaku. Menyedari apa yang telah dilakukan sebelum ini dapat menjimatkan masa yang berharga dengan menggunakan manipulator sebelumnya sebagai asas untuk prototaip dan reka bentuk akhir pasukan anda. Namun, berhati-hatilah untuk tidak membiarkan reka bentuk sebelumnya membataskan pemikiran anda. Sekiranya setelah menerima cabaran, anda segera memilih reka bentuk lama untuk digunakan, anda mungkin akan mengabaikan jalan keluar yang lebih baik. Di samping itu, kadangkala penyelesaian yang paling kreatif dan luar biasa yang khusus disesuaikan dengan cabaran akhirnya berlaku. Sebagai contoh, manipulator yang digambarkan sangat berbeza daripada kebanyakan tahun yang digunakan, tetapi sangat berjaya. Sekiranya anda mengingati ini dan petua umum yang saya sarankan pada awalnya, anda sudah pasti dapat mencipta manipulator yang berjaya. Terima kasih kepada Andy Baker dari AndyMark kerana membuat persembahannya mengenai manipulator tersedia untuk umum. Banyak gambar dalam tutorial ini berasal. Kredit Foto: