Úvod do manipulátorů: 8 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Vytvoření správného manipulátoru pro výzvu je jednou z nejtěžších částí PRVNÍ robotické soutěže (FRC). Během mých čtyř let jako student to byl vždy největší neúspěch mého týmu. Ačkoli se herní výzva ve FRC rok od roku mění, často existují úkoly, které jsou podobné těm z předchozích let. Například hra 2012, Rebound Rumble, měla jasné prvky hry z roku 2001 Diabolical Dynamics a hry 2006 Aim High. Z tohoto důvodu je užitečné znát základní návrhy manipulátorů používané v předchozích hrách. Tento tutoriál poskytne přehled manipulátorů běžně používaných v PRVNÍ robotické soutěži (FRC). Každý krok bude diskutovat o obecném typu manipulátoru a poskytne příklady implementací manipulátoru. Tento tutoriál byl vytvořen prostřednictvím programu Autodesk FIRST High School Intern. Předpoklady: Ochota učit se Photo Credit:

Krok 1: Obecné pokyny

Než se vrhnu do matic a šroubů různých manipulátorů, chtěl jsem poskytnout několik obecných pokynů, které vám pomohou vybrat a navrhnout manipulátor. Nejprve nechte strategii řídit návrh vašeho manipulátoru, nikoli naopak. To znamená, že váš manipulátor by měl splňovat konstrukční požadavky, pro které se váš tým rozhodl při vytváření strategie, místo aby vytvořil strategii založenou na manipulátoru, který dláždíte dohromady. Za druhé, navrhujte v mezích svých týmů. Pokud víte, že prostě nemáte prostředky na sestavení superkomplikovaného manipulátoru, o kterém si myslíte, že bude dominovat každému aspektu hry, nedělejte to! Jděte na tu jednodušší, kterou můžete postavit, a jednu roli splní opravdu dobře. Nebojte se však tlačit na svůj tým, aby překonal vaše limity. Můj tým se například minulý rok snažil vybudovat cvičného robota a nakonec to bylo opravdu prospěšné. Za třetí, mějte vždy aktivní kontrolu nad gamepiece. Pokud například potřebujete přes svůj robot přepravit míč, proveďte to pomocí dopravníku, nikoli rampy. Pokud gamepiece aktivně neovládáte, nevyhnutelně se zasekne nebo vypadne z vašeho manipulátoru. Nakonec jsou prototypy a iterativní vývoj klíčem k vybudování úspěšného manipulátoru. Začněte s prototypem a poté jej iterativně vylepšujte, dokud nebudete připraveni vytvořit finální verzi. I poté hledejte vylepšení, díky nimž to bude lepší. Fotografický kredit:

Krok 2: Zbraně

Zbraně jsou jedním z nejběžnějších manipulátorů používaných ve FRC. Obecně se používají ve spojení s koncovým efektorem k ovládání gamepiece. Dva běžné typy jsou jednoduchá a vícekloubová ramena. Zatímco vícekloubová ramena jsou schopna dosáhnout dále a mohou mít větší kontrolu nad orientací koncového efektoru, jsou také mnohem složitější. Jednokloubové paže mají naopak výhodu v jednoduchosti. Jeden běžný design používaný pro ramena je 4 bar nebo paralelní vazba. Takové propojení je znázorněno na třetím obrázku. Hlavním rysem tohoto návrhu je, že koncový efektor je držen v konstantní orientaci. Tipy pro konstrukci paže:

• Věnujte pozornost hmotnosti - může způsobit zpomalení paže nebo dokonce selhání
• Používejte lehké materiály, jako jsou kruhové nebo obdélníkové trubky a plechy
• Ke zjednodušení ovládání paže použijte senzory, jako jsou koncové spínače a potenciometry
• Vyvažte rameno pružinami, plynovými tlumiči nebo závažím, aby se stabilizovalo a snížilo zatížení motorů

Fotografické kredity: 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

Krok 3: Výtahy

Stejně jako zbraně se i výtahy používají s koncovým efektorem k ovládání gamepiece. Obvykle jsou zvednuty navíjecím kabelem na buben. Ačkoli je nutné pouze vytáhnout výtah nahoru, je moudré zahrnout zpětný kabel, který může vytáhnout výtah dolů, aby se zabránilo zaseknutí. Existují dva hlavní styly vedení kabelu tak, aby zvedal výtah: kontinuální lanoví a kaskádové lanoví. Výtahy s průběžnou lanoví (zobrazeno na druhém obrázku) mají jeden souvislý kabel od navijáku do jeho posledního stupně. Když je kabel zatažen, fáze 3 je první, která se pohybuje nahoru a poslední, která se pohybuje dolů, když je kabel uvolněn. Dvě výhody této konstrukce spočívají v tom, že kabel stoupá stejnou rychlostí jako klesá, což znamená, že na stejný buben lze umístit zpětný kabel a že napětí v kabelu je nízké. Jeho hlavní nevýhodou je, že jeho střední části jsou náchylnější k rušení. Výtahy s kaskádovou lanoví (znázorněné na třetím obrázku) mají jednotlivé kabely spojující každý stupeň výtahu. To má za následek, že při navíjení kabelu stoupají všechny stupně současně. Jakýkoli zpětný kabel však musí mít jinou rychlost než hlavní naviják, což lze zvládnout použitím bubnů různých průměrů. Zatímco střední části kaskádového výtahu jsou méně náchylné k zaseknutí, napětí na kabelech spodního stupně je mnohem vyšší než ve výtahu s kontinuálním lanovím. Ačkoli jsou výtahy a zbraně podobné, existuje několik důležitých rozdílů. Výtahy bývají komplikovanější a těžší než jednoduché kloubové paže. Kromě toho se výtahy obvykle pohybují svisle a nejsou schopné dosáhnout mimo obvod robota. Při pohybu však nemění těžiště robota a jejich polohu lze přesně ovládat správným použitím senzorů a programování. V podstatě má každý své vlastní výhody a nevýhody, přičemž rozhodnutí, které použít, ponechá na týmech. Jednou z dalších možností je zkombinovat tyto dvě možnosti umístěním ramene na poslední stupeň výtahu, jehož příklad je uveden na čtvrtém obrázku. Fotografické kredity:

Krok 4: Uchopovače

Ve FRC se nachází asi tolik různých druhů chapadel, kolik je týmů. Drápy slouží k přímému ovládání a manipulaci s gamepiece. Jsou užitečné v letech, kde je málo herních zařízení, z nichž pouze jeden může být ovládán současně. Dva hlavní styly jsou pasivní drápy a válečkové drápy. Pasivní drápy spoléhají na to, že jejich prsty jsou správně umístěny tak, aby uchopily gamepiece, zatímco válečkové drápy aktivně zatahují pomocí koleček nebo válečků. Následující seznam různých chapadel odpovídá výše uvedeným obrázkům:

• Pneumatický chapač se dvěma prsty
• Lineární pneumatický chapač se dvěma prsty
• Lineární pneumatický chapač se třemi prsty
• Motorický chapač
• Pneumatický chapač
• Základní válečkový dráp
• Kloubový válečkový dráp

Nakonec několik tipů pro konstrukci chapadla:

• Zajistěte, aby váš chapač vyvinul dostatečnou sílu, aby se mohl zavěsit na gamepiece
• Nechejte své chapadlo rychle se chytit a pustit předměty
• Usnadněte ovládání pomocí senzorů k automatizaci základních operací

Fotografické kredity:

Krok 5: Shromažďování a transport míčů

Zatímco chapadla jsou užitečné pro manipulaci s jednotlivými objekty, které mohou mít neobvyklý tvar, často hry FRC zahrnují spoustu míčků. Dvě schopnosti, které jsou v těchto hrách běžně vyžadovány, jsou sbírání míčků a jejich transport v rámci robota. Nejefektivnější metoda sbírání míčků se rok od roku mění v závislosti na pravidlech. Ve hře 2012, Rebound Rumble, týmům bylo dovoleno mít přívěsky, které přesahovaly jejich robota. Mnoho týmů se rozhodlo, že by bylo výhodné mít systémy sbírání míčků, což by vedlo k přívěskům, které používají válečky k nasměrování kuliček do jednoho sání nebo přes jejich nárazníky a do jejich robota. Několik příkladů těchto robotů je vidět na obrázcích jedna až tři. Ve hře Lunacy z roku 2009 nesměly týmy mít manipulátory, které přesahovaly jejich obvodový rámec. Pokud chtěli sbírat koule z podlahy, museli k tomu mít otvor v přední části robota. To také vedlo k mnoha robotům se širokou základnou, protože to umožňovalo větší otvor pro vstup koulí. Některé příklady těchto robotů jsou vidět na obrázcích čtyři a pět. Existuje několik možných způsobů přepravy míčků, jakmile jsou shromážděny robotem, ale nejběžnější je použití polyuretanových pásů. Polyuretanové pásy (také známé jako polycord) jsou pásy s nastavitelnou délkou a běžně se používají pro dopravníky a přenos síly při nízkém zatížení. Každý z výše uvedených robotů do určité míry používá polycord. Konečný obrázek ukazuje polycord podrobněji. Fotografické kredity: https://www.simbotics.org/media/photos/2012-first-ch 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

Krok 6: Fotografování

Dostat míč z robota na jinak nepřístupné místo je další běžný úkol ve FRC. To vyžaduje odpálení míče, obvykle pomocí katapultu nebo kolového střelce podobného baseballovému nadhazovacímu stroji. Nejběžnějším řešením této výzvy je přitlačit míč na kolovrat, který jej dostatečně zrychlí, aby jej spustil na značnou vzdálenost. Dvě hlavní variace tohoto designu jsou jednokolové a dvoukolové střílečky. Jednokolové střílečky jsou jednoduché a mají tendenci dávat hodně backspinu na míč. Výstupní rychlost míče se přibližně rovná ½ rychlosti povrchu kola. Dvoukolové střílečky jsou mechanicky komplikovanější, ale mohou pohánět míč dále. Je to proto, že výstupní rychlost míče je přibližně stejná jako rychlost povrchu kola. První dva obrázky ukazují několik příkladů střelců. Jak se mnoho týmů v roce 2012 naučilo, klíčem k vybudování přesného střelce je přísná kontrola co největšího počtu zahrnutých proměnných. Patří sem ovládání rychlosti kola, úhlu odpalu, rychlosti koulí vstupujících do střelce, orientace střelce vůči jeho systému krmení a prokluzování míče o povrch kola a kapoty. Katapulty jsou ve střílečkách mnohem méně běžné, protože nejsou schopny střílet velmi rychle. Jejich hlavní výhodou však je, že mohou být přesnější než tradiční střelci. Katapulty jsou obvykle poháněny pneumatikou nebo pružinami. Poslední obrázek je o týmu, který minulý rok použil pneumatiku k pohonu katapultu. Fotografické kredity: https://www.chiefdelphi.com/media/photos/37418https://gallery.raiderrobotix.org/2012-Championss/2012ChampDSP/IMG_3448https://www.teamxbot.org/index.php? Option = com_content & view = článek & id = 47 & Itemid = 55

Krok 7: Navijáky

Navijáky mají ve FRC několik možných použití, a proto se nacházejí jako prvky větších manipulátorů. Dvě z jejich nejběžnějších použití jsou skladování energie pro větší mechanismus a zvedání celého robota. Když se navijáky používají k načtení zařízení pro skladování energie, jsou obvykle navrženy tak, aby pracovaly pouze v jednom směru, s uvolněním, které mu umožňuje volné otáčení, čímž uvolňuje uloženou energii. Obrázek navijáku k tomu určeného je uveden na prvním obrázku. Dalším použitím navijáku je zvednutí robota. V tomto případě obvykle nestačí mít samostatnou převodovku věnovanou tomuto úkolu, což způsobí, že týmy postaví převodovku s pomocným pohonem, která je schopna přesměrovat sílu z hnacího ústrojí na samostatný mechanismus. Ačkoli je to pouze způsob řízení navijáku, rozhodl jsem se ukázat příklad jednoho na druhém obrázku, protože je to zajímavý mechanismus. Fotografické kredity:

Krok 8: Závěr

Jak jste začali vidět, existuje mnoho různých možných návrhů manipulátorů, které lze použít v PRVNÍ robotické soutěži. Vzhledem k tomu, že na řešení úkolů pracuje tolik týmů, z nichž každý má své vlastní zázemí, se to samozřejmě stane. Uvědomění si toho, co bylo provedeno dříve, vám může ušetřit drahocenný čas pomocí předchozích manipulátorů jako základů pro prototypy vašeho týmu i finální návrhy. Dávejte si však také pozor, abyste nenechali předchozí designy omezit vaše myšlení. Pokud po obdržení výzvy okamžitě zvolíte starý design, který chcete použít, možná přehlížíte lepší řešení. Kromě toho někdy nakonec převládají ta nejtvořivější, výstřední řešení, která jsou speciálně přizpůsobena výzvě. Například manipulátor na obrázku byl velmi odlišný od většiny z roku, kdy byl použit, ale byl velmi úspěšný. Pokud si to pamatujete a obecné rady, které jsem navrhl na začátku, budete již na dobré cestě k vytvoření úspěšného manipulátora. Děkuji Andymu Bakerovi z AndyMark za veřejnou dostupnost jeho prezentace o manipulátorech. Mnoho obrázků v tomto tutoriálu pochází právě z něj. Fotografický kredit: