Panimula sa Manipulator: 8 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:12

Ang paglikha ng tamang manipulator para sa isang hamon ay isa sa mga pinakamahirap na bahagi ng UNANG Robotics Competition (FRC). Sa aking apat na taon bilang isang mag-aaral, palaging ito ang pinakamalaking bigong puntos ng aking koponan. Bagaman ang hamon ng laro sa FRC ay nagbabago mula taon hanggang taon, madalas may mga gawain na katulad sa mga nakaraang taon. Halimbawa, ang larong 2012, Rebound Rumble, ay may malinaw na elemento ng larong 2001, Diabolical Dynamics, at ng 2006 na laro, Aim High. Para sa kadahilanang ito, kapaki-pakinabang na pamilyar sa mga pangunahing disenyo ng manipulator na ginamit sa mga nakaraang laro. Ang tutorial na ito ay magbibigay ng isang pangkalahatang-ideya ng mga manipulator na karaniwang ginagamit sa UNA na Kompetisyon ng Robotics (FRC). Tatalakayin ng bawat hakbang ang isang pangkalahatang uri ng manipulator at magbibigay ng mga halimbawa ng pagpapatupad ng manipulator. Ang tutorial na ito ay ginawa sa pamamagitan ng programa ng Autodesk UNANG High School Intern. Mga Kinakailangan: Isang pagpayag na malaman ang Photo Credit:

Hakbang 1: Pangkalahatang Mga Patnubay

Bago ako tumalon sa mga mani at bolts ng iba't ibang mga manipulator, nais kong magbigay ng ilang mga pangkalahatang alituntunin na makakatulong sa iyo na pumili at magdisenyo ng isang manipulator. Una, hayaan ang diskarte na himukin ang iyong disenyo ng manipulator, hindi kabaligtaran. Ang ibig sabihin nito ay dapat makamit ng iyong manipulator ang mga kinakailangan sa disenyo na napagpasyahan ng iyong koponan sa pagbuo ng isang diskarte, sa halip na pagbuo ng isang diskarte batay sa manipulator na magkakasama ka. Pangalawa, disenyo sa loob ng mga limitasyon ng iyong mga koponan. Kung alam mong wala ka lang mga mapagkukunan upang mabuo ang sobrang kumplikadong manipulator na sa palagay mo ay mangingibabaw sa bawat aspeto ng laro, huwag mo itong gawin! Pumunta para sa mas simpleng isa na maaari mong buuin at matutupad nang maayos ang isang papel. Gayunpaman, huwag ding matakot na itulak ang iyong koponan upang mapagtagumpayan ang iyong mga limitasyon. Halimbawa, itinulak ng aking koponan ang aming sarili na bumuo ng isang bot ng kasanayan sa nakaraang taon, at nagtapos ito na talagang kapaki-pakinabang. Pangatlo, palaging may aktibong kontrol ng gamepiece. Halimbawa, kung ang isang bola ay kailangang maihatid sa pamamagitan ng iyong robot, gawin ito sa isang conveyor, hindi sa isang rampa. Kung hindi mo aktibong kontrolin ang gamepiece, hindi maiwasang ma-jam o mahulog sa iyong manipulator. Sa wakas, ang prototyping at umuulit na pag-unlad ay susi sa pagbuo ng isang matagumpay na manipulator. Magsimula sa isang prototype, at pagkatapos ay paulit-ulit na pagbutihin ito hanggang handa ka nang bumuo ng isang pangwakas na bersyon. Kahit na, maghanap ng mga pagpapabuti na gagawing mas mahusay. Photo Credit:

Hakbang 2: Armas

Ang mga armas ay isa sa mga pinakakaraniwang manipulator na ginamit sa FRC. Pangkalahatan, ginagamit ang mga ito kasabay ng isang end effector upang makontrol ang gamepiece. Ang dalawang karaniwang uri ay solong at multi-joint arm. Habang ang mga multi-jointed arm ay maaaring maabot ang mas malayo at maaaring magkaroon ng higit na kontrol sa oryentasyon ng end effector, mas kumplikado rin sila. Sa kabilang banda, ang solong magkasanib na bisig ay may kalamangan ng pagiging simple. Ang isang karaniwang disenyo na ginamit para sa mga bisig ay isang 4 bar, o parallel, linkage. Ang gayong pag-uugnay ay ipinapakita sa pangatlong larawan. Ang pangunahing tampok ng disenyo na ito ay ang end effector ay gaganapin sa isang pare-pareho na oryentasyon. Mga tip para sa disenyo ng braso:

• Magbayad ng pansin sa timbang - maaaring maging sanhi ng pagbagal ng braso o pagkabigo pa man
• Gumamit ng mga light material tulad ng pabilog o parihabang tubo at sheet metal
• Gumamit ng mga sensor tulad ng limit switch at potentiometers upang gawing simple ang pagkontrol sa braso
• Balansehin ang braso sa mga bukal, gas shocks, o bigat upang patatagin ito at mabawasan ang pagkarga sa mga motor

Mga Kredito sa Larawan: https://www.chiefdelphi.com/media/photos/36687https://www.thunderchickens.org/index.php? Opsyon = com_content & view = kategorya at layout = blog & id = 30 & Itemid = 41https://www.chiefdelphi.com / media / larawan / 27982

Hakbang 3: Mga Elevator

Tulad ng mga bisig, ginagamit ang mga elevator na may isang end effector upang makontrol ang gamepiece. Karaniwan silang tinaas ng paikot-ikot na cable sa isang drum. Bagaman kinakailangan lamang upang hilahin ang elevator pataas, matalino na isama ang isang pabalik na cable na maaaring hilahin ang elevator pababa upang maiwasan ang jamming. Mayroong dalawang pangunahing estilo ng pagruruta ng cable upang itaas nito ang elevator: tuluy-tuloy na rigging at cascading rigging. Ang mga elevator na may tuloy-tuloy na rigging (ipinakita sa pangalawang larawan) ay may isang tuluy-tuloy na cable mula sa winch hanggang sa huling yugto. Habang iginuhit ang cable, ang Stage 3 ang unang gumagalaw pataas at ang huling gumagalaw pababa kapag ang cable ay inilabas. Dalawang kalamangan ng disenyo na ito ay ang cable ay umaakyat sa parehong bilis na bumababa, nangangahulugang mailalagay ang isang pabalik na cable sa parehong tambol, at mababa ang pag-igting sa cable. Ang pangunahing kawalan nito ay ang mga gitnang seksyon nito na madaling kapitan sa jamming. Ang mga elevator na may cascading rigging (ipinakita sa pangatlong larawan) ay may mga indibidwal na cable na kumukonekta sa bawat yugto ng pag-angat. Nagreresulta ito sa lahat ng mga yugto na tumataas nang sabay-sabay habang iginuhit ang cable. Gayunpaman, ang anumang bumalik na cable ay dapat magkaroon ng ibang bilis kaysa sa pangunahing winch, na maaaring hawakan sa pamamagitan ng paggamit ng mga drum ng iba't ibang mga diameter. Habang ang gitnang mga seksyon ng isang cascading elevator ay hindi madaling kapitan ng jamming, ang pag-igting sa mga ibabang yugto na mga kable ay mas mataas kaysa sa isang elevator na may tuluy-tuloy na pag-rig. Bagaman magkatulad ang mga elevator at braso, may ilang mahahalagang pagkakaiba. Ang mga elevator ay may posibilidad na maging mas kumplikado at mas mabigat kaysa sa solong magkasanib na bisig. Bilang karagdagan, ang mga elevator ay karaniwang gumagalaw nang patayo at hindi maabot ang labas ng perimeter ng robot. Gayunpaman, hindi nila binabago ang sentro ng gravity ng robot sa kanilang paglipat, at ang kanilang posisyon ay maaaring tumpak na makontrol ng wastong paggamit ng mga sensor at pagprograma. Sa kakanyahan, ang bawat isa ay may sariling mga pakinabang at kawalan, na iniiwan ang desisyon na gagamitin hanggang sa mga koponan. Ang isa pang pagpipilian ay upang pagsamahin ang dalawang pagpipilian na ito sa pamamagitan ng paglalagay ng isang braso sa huling yugto ng isang elevator, isang halimbawa nito ay ipinakita sa ika-apat na larawan. Mga Kredito sa Larawan:

Hakbang 4: Mga Gripper

Mayroong tungkol sa maraming iba't ibang mga uri ng griper na matatagpuan sa FRC tulad ng may mga koponan. Ginagamit ang mga kuko upang direktang makontrol at manipulahin ang gamepiece. Kapaki-pakinabang ang mga ito sa mga taon kung saan may ilang mga gamepieces, isa lamang sa mga ito ay maaaring kontrolado nang paisa-isa. Ang dalawang pangunahing istilo ay passive claws at roller claws. Ang mga passive claws ay umaasa sa kanilang mga daliri na maayos na nakaposisyon upang maunawaan ang gamepiece, habang ang roller claws ay gumagamit ng mga gulong o roller upang aktibong hilahin ito. Ang sumusunod na listahan ng iba't ibang mga griper ay tumutugma sa mga larawan sa itaas:

• Dalawang daliri ng grumatikong gripper
• Dalawang daliri linear pneumatic gripper
• Tatlong daliri linear pneumatic gripper
• Gripper na may motor
• Paghawak ng niyumatik
• Pangunahing roller claw
• Hinged roller claw

Panghuli, maraming mga tip para sa disenyo ng gripper:

• Tiyaking naglalapat ang iyong gripper ng sapat na puwersa upang mag-hang sa gamepiece
• Gawin ang iyong mahigpit na pagkakahawak at mabilis na bitawan ang mga bagay
• Gawing madali upang makontrol sa pamamagitan ng paggamit ng mga sensor upang i-automate ang pangunahing mga pagpapatakbo

Mga Kredito sa Larawan:

Hakbang 5: Koleksyon ng Bola at Transport

Habang ang mga griper ay kapaki-pakinabang para sa pagmamanipula ng mga solong bagay na maaaring hindi pangkaraniwang hugis, madalas na ang mga laro ng FRC ay nagsasangkot ng isang bungkos ng mga bola. Dalawang mga kakayahan na karaniwang kinakailangan sa mga larong ito ay ang pagkolekta ng mga bola at pagdadala sa kanila sa loob ng isang robot. Ang pinaka-mabisang paraan ng pagkolekta ng mga bola ay nagbabago bawat taon depende sa mga patakaran. Sa larong 2012, Rebound Rumble, pinayagan ang mga koponan na magkaroon ng mga appendage na umaabot sa lampas sa kanilang robot. Maraming mga koponan ang nagpasya na ang pagkakaroon ng drop down na mga sistema ng pagkolekta ng bola ay magiging kapaki-pakinabang, na nagreresulta sa mga appendage na gumamit ng mga roller upang ibaluktot ang mga bola sa iisang paggamit o sa kanilang mga bumper at sa kanilang robot. Maraming mga halimbawa ng mga robot na ito ay nakikita sa mga larawan isa hanggang tatlo. Sa 2009 na laro, Lunacy, ang mga koponan ay hindi pinapayagan na magkaroon ng mga manipulator na nagpalawak sa lampas sa kanilang frame perimeter. Kung nais nilang mangolekta ng mga bola mula sa sahig, kailangan nilang magkaroon ng isang pambungad sa harap ng kanilang robot upang magawa ito. Humantong din ito sa maraming mga robot na malawak na base dahil pinapayagan nito ang isang mas malaking pagbubukas para makapasok ang mga bola. Ang ilang mga halimbawa ng mga robot na ito ay makikita sa larawan apat at lima. Mayroong maraming mga posibleng paraan upang magdala ng mga bola sa sandaling nakolekta ng isang robot, ngunit ang pinakakaraniwan ay ang paggamit ng mga polyurethane sinturon. Ang mga polyurethane sinturon (kilala rin bilang polycord) ay naaayos na haba na sinturon at karaniwang ginagamit para sa mga conveyor at low-load power transmission. Ang bawat solong ng mga robot na nakalarawan sa itaas ay gumagamit ng polycord sa ilang antas. Ang huling larawan ay nagpapakita ng polycord nang mas detalyado. Mga Kredito sa Larawan: https://www.simbotics.org/media/photos/2012-first-chflixhip/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

Hakbang 6: Pamamaril

Ang pagkuha ng isang bola mula sa isang robot patungo sa isang hindi maa-access na lokasyon ay isa pang karaniwang gawain sa FRC. Kinakailangan nito ang paglunsad ng bola, karaniwang gumagamit ng isang tirador o gulong na tagabaril na katulad ng isang baseball pitching machine. Ang pinakakaraniwang solusyon sa hamong ito ay upang siksikin ang bola laban sa isang umiikot na gulong, na sapat na pinabilis nito upang mailunsad ito ng isang makabuluhang distansya. Ang dalawang pangunahing pagkakaiba-iba ng disenyo na ito ay nag-iisa at doble na tagabaril. Ang mga solong gulong na shooter ay simple at may posibilidad na maglagay ng maraming backspin sa bola. Ang bilis ng paglabas ng bola ay humigit-kumulang katumbas ng ½ ng bilis ng ibabaw ng gulong. Ang mga dobleng tagabaril na may gulong ay mas kumplikado nang wala sa loob, ngunit maaaring itaguyod ang bola nang mas malayo. Ito ay sapagkat ang bilis ng paglabas ng bola ay humigit-kumulang na katumbas ng bilis ng ibabaw ng gulong. Ang unang dalawang larawan ay nagpapakita ng ilang mga halimbawa ng mga shooters. Tulad ng maraming mga koponan na natutunan noong 2012, ang susi sa pagbuo ng isang tumpak na tagabaril ay upang mahigpit na kontrolin ang maraming mga variable na kasangkot hangga't maaari. Kabilang dito ang pagkontrol ng bilis ng gulong, anggulo ng paglunsad, bilis ng mga bola na pumapasok sa tagabaril, oryentasyon ng tagabaril na may kaugnayan sa sistema ng pagpapakain nito, at pagdulas ng bola laban sa ibabaw ng gulong at hood. Ang mga tirador ay hindi gaanong karaniwan sa mga laro ng pagbaril dahil hindi nila napapabilis ang sunog. Gayunpaman, ang kanilang pangunahing bentahe ay na maaari silang maging mas tumpak kaysa sa tradisyonal na mga shooters. Ang mga tirador ay karaniwang pinalakas ng mga niyumatik o bukal. Ang pangwakas na larawan ay isang koponan na gumamit ng mga niyumatik upang mapagana ang isang tirador nitong nakaraang taon. Mga Kredito sa Larawan: https://www.chiefdelphi.com/media/photos/37418https://gallery.raiderrobotix.org/2012-Championhips/2012ChampDSP/IMG_3448https://www.teamxbot.org/index.php? Options = com_content & view = article & id = 47 & Itemid = 55

Hakbang 7: Mga Winches

Ang Winches ay may maramihang mga posibleng paggamit sa FRC at samakatuwid ay natagpuan bilang mga elemento ng mas malaking manipulator. Ang dalawa sa kanilang pinaka-karaniwang gamit ay ang pag-iimbak ng enerhiya para sa isang mas malaking mekanismo at para sa pag-angat ng isang buong robot. Kapag ginamit upang mai-load ang isang aparato ng pag-iimbak ng enerhiya, ang mga winches ay karaniwang dinisenyo upang gumana lamang sa isang direksyon, na may isang bitawan na nagbibigay-daan sa ito upang malayang mag-ikot, kaya ilalabas ang nakaimbak na enerhiya. Ang isang larawan ng isang winch na idinisenyo upang gawin ito ay ipinapakita sa unang larawan. Ang isa pang gamit para sa isang winch ay upang iangat ang isang robot. Sa kasong ito, kadalasan ay hindi sapat upang magkaroon ng isang magkakahiwalay na gearbox na nakatuon sa gawain, na nagiging sanhi ng mga koponan na bumuo ng isang power take-off gearbox, na may kakayahang ilipat ang lakas mula sa drivetrain sa isang hiwalay na mekanismo. Kahit na ito ay isang paraan lamang ng pagmamaneho ng isang winch, nagpasya akong magpakita ng isang halimbawa ng isa sa pangalawang larawan dahil ito ay isang nakawiwiling mekanismo. Mga Kredito sa Larawan:

Hakbang 8: Konklusyon

Tulad ng sinimulan mong makita, maraming iba't ibang mga posibleng disenyo ng manipulator na maaaring magamit sa UNANG Kumpetisyon ng Robotics. Sa napakaraming mga koponan na nagtatrabaho upang malutas ang mga hamon, bawat isa ay may kani-kanilang mga pinagmulan, syempre ito ay tiyak na mangyayari. Ang pagkakaroon ng kamalayan sa nagawa noon ay maaaring makatipid sa iyo ng mahahalagang oras sa pamamagitan ng paggamit ng mga nakaraang manipulator bilang mga baseline para sa parehong mga prototype ng iyong koponan at pangwakas na disenyo. Gayunpaman, mag-ingat din na huwag hayaan ang mga nakaraang disenyo na limitahan ang iyong pag-iisip. Kung sa pagtanggap ng hamon, pumili ka kaagad ng isang lumang disenyo na gagamitin, maaari mong matatanaw ang isang mas mahusay na solusyon. Bilang karagdagan, kung minsan ang pinaka-malikhain, hindi kilalang mga solusyon na partikular na iniakma sa isang hamon sa huli ay mananaig. Halimbawa, ang manipulator na nakalarawan ay ibang-iba kaysa sa karamihan mula sa taong ginamit ito, ngunit lubos na matagumpay. Kung naalala mo ito at ang mga pangkalahatang tip na iminungkahi ko sa simula, magiging maayos ka na sa paglikha ng isang matagumpay na manipulator. Salamat kay Andy Baker ng AndyMark para sa ginawang magagamit ng publiko ang kanyang pagtatanghal sa mga manipulator. Marami sa mga larawan sa tutorial na ito ay nagmula rito. Photo Credit: