Introduzione ai manipolatori: 8 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Creare il manipolatore giusto per una sfida è una delle parti più difficili della FIRST Robotics Competition (FRC). Nei miei quattro anni da studente, è sempre stato il più grande punto debole della mia squadra. Sebbene la sfida del gioco in FRC cambi di anno in anno, ci sono spesso compiti simili a quelli degli anni precedenti. Ad esempio, il gioco del 2012, Rebound Rumble, aveva elementi chiari del gioco del 2001, Diabolical Dynamics, e del gioco del 2006, Aim High. Per questo motivo, è utile avere familiarità con i design di base dei manipolatori utilizzati nei giochi precedenti. Questo tutorial fornirà una panoramica dei manipolatori comunemente usati nella FIRST Robotics Competition (FRC). Ogni passaggio discuterà un tipo di manipolatore generale e fornirà esempi di implementazioni del manipolatore. Questo tutorial è stato realizzato tramite il programma Autodesk FIRST High School Intern. Prerequisiti: disponibilità a imparare Photo Credit:

Passaggio 1: linee guida generali

Prima di addentrarmi nei dadi e nei bulloni dei diversi manipolatori, volevo fornire alcune linee guida generali che ti aiuteranno a scegliere e progettare un manipolatore. Innanzitutto, lascia che la strategia guidi il design del tuo manipolatore, non viceversa. Ciò significa che il tuo manipolatore dovrebbe soddisfare i requisiti di progettazione che il tuo team ha deciso nel formulare una strategia, invece di formare una strategia basata sul manipolatore che metti insieme. Secondo, progetta entro i limiti dei tuoi team. Se sai di non avere le risorse per costruire il manipolatore super complicato che pensi dominerà ogni aspetto del gioco, non farlo! Scegli quello più semplice che puoi costruire e svolgerai davvero bene un ruolo. Tuttavia, non aver paura di spingere la tua squadra a superare i tuoi limiti. Ad esempio, lo scorso anno il mio team si è spinto a creare un bot pratica e alla fine si è rivelato davvero vantaggioso. Terzo, mantieni sempre il controllo attivo della pedina. Ad esempio, se una palla deve essere trasportata attraverso il tuo robot, fallo con un trasportatore, non con una rampa. Se non controlli attivamente il pezzo di gioco, inevitabilmente si incepperà o cadrà dal tuo manipolatore. Infine, la prototipazione e lo sviluppo iterativo sono la chiave per costruire un manipolatore di successo. Inizia con un prototipo, quindi miglioralo in modo iterativo finché non sei pronto per creare una versione finale. Anche allora, cerca miglioramenti che lo rendano migliore. Credito fotografico:

Passaggio 2: braccia

Le braccia sono uno dei manipolatori più comuni utilizzati in FRC. In genere, vengono utilizzati in combinazione con un effettore finale per controllare il pezzo. I due tipi comuni sono bracci singoli e multisnodati. Sebbene i bracci multi-snodati siano in grado di estendersi più lontano e di avere un maggiore controllo sull'orientamento dell'effettore finale, sono anche molto più complessi. D'altra parte, i bracci a snodo singolo hanno il vantaggio della semplicità. Un design comune utilizzato per i bracci è un collegamento a 4 barre o parallelo. Tale collegamento è mostrato nella terza immagine. La caratteristica principale di questo design è che l'effettore finale è tenuto in un orientamento costante. Suggerimenti per la progettazione del braccio:

• Prestare attenzione al peso: può causare il rallentamento del braccio o addirittura il cedimento
• Utilizzare materiali leggeri come tubi circolari o rettangolari e lamiere
• Utilizzare sensori come finecorsa e potenziometri per semplificare il controllo del braccio
• Controbilanciare il braccio con molle, ammortizzatori a gas o pesi per stabilizzarlo e ridurre il carico sui motori

Crediti fotografici: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/foto/27982

Passaggio 3: ascensori

Come le armi, gli ascensori vengono utilizzati con un effettore finale per controllare il pezzo. Di solito vengono sollevati avvolgendo il cavo su un tamburo. Sebbene sia solo necessario sollevare l'elevatore, è consigliabile includere un cavo di ritorno che possa abbassare l'elevatore per evitare inceppamenti. Esistono due stili principali di instradamento del cavo in modo che sollevi l'ascensore: sartiame continuo e sartiame a cascata. Gli ascensori con sartiame continuo (mostrati nella seconda immagine) hanno un cavo continuo dall'argano al suo ultimo stadio. Quando il cavo viene inserito, la Fase 3 è la prima a salire e l'ultima a scendere quando il cavo viene rilasciato. Due vantaggi di questo design sono che il cavo sale alla stessa velocità con cui scende, il che significa che un cavo di ritorno può essere posizionato sullo stesso tamburo e che la tensione nel cavo è bassa. Il suo principale svantaggio è che le sue sezioni centrali sono più suscettibili agli inceppamenti. Gli ascensori con sartiame a cascata (mostrati nella terza immagine) hanno cavi individuali che collegano ogni fase dell'ascensore. Ciò fa sì che tutti gli stadi salgano contemporaneamente mentre il cavo viene tirato. Tuttavia, qualsiasi cavo di ritorno deve avere una velocità diversa rispetto all'argano principale, che può essere gestito utilizzando tamburi di diverso diametro. Mentre le sezioni centrali di un ascensore a cascata sono meno soggette a inceppamenti, la tensione sui cavi dello stadio inferiore è molto più elevata rispetto a quella di un ascensore con sartiame continuo. Sebbene ascensori e bracci siano simili, ci sono alcune importanti distinzioni. Gli elevatori tendono ad essere più complicati e più pesanti dei singoli bracci snodati. Inoltre, gli ascensori di solito si muovono verticalmente e non sono in grado di raggiungere l'esterno del perimetro del robot. Tuttavia, non cambiano il centro di gravità del robot mentre si muovono e la loro posizione può essere controllata con precisione con l'uso appropriato di sensori e programmazione. In sostanza, ognuno ha i propri vantaggi e svantaggi, lasciando alle squadre la decisione di quale utilizzare. Un'altra opzione è combinare queste due opzioni posizionando un braccio sull'ultimo stadio di un ascensore, un esempio del quale è mostrato nella quarta immagine. Crediti fotografici:https://www.chiefdelphi.com/media/photos/36604https://www.andymark.com/Presentations-Education-s/194.htmhttps://2012.team254.com/first/robots/

Passaggio 4: pinze

Ci sono tanti diversi tipi di pinze trovate in FRC quante sono le squadre. Gli artigli sono usati per controllare e manipolare direttamente la pedina. Sono utili negli anni in cui ci sono pochi pezzi di gioco, di cui solo uno alla volta può essere controllato. I due stili principali sono artigli passivi e artigli a rulli. Gli artigli passivi si affidano al fatto che le loro dita siano posizionate correttamente per afferrare il pezzo, mentre gli artigli a rulli utilizzano ruote o rulli per tirarlo attivamente dentro. Il seguente elenco di diverse pinze corrisponde alle immagini sopra:

• Pinza pneumatica a due dita
• Pinza pneumatica lineare a due dita
• Pinza pneumatica lineare a tre dita
• Pinza motorizzata
• Pinza pneumatica
• Artiglio rullo di base
• Artiglio a rullo incernierato

Infine, alcuni suggerimenti per la progettazione delle pinze:

• Assicurati che la tua pinza applichi una forza sufficiente per aggrapparsi alla pedina
• Fai in modo che la pinza si afferri e lasci andare rapidamente gli oggetti
• Semplifica il controllo utilizzando i sensori per automatizzare le operazioni di base

Crediti fotografici: https://www.andymark.com/Presentations-Education-s/194.htm

Passaggio 5: raccolta e trasporto della palla

Mentre le pinze sono utili per manipolare singoli oggetti che possono avere una forma insolita, spesso i giochi FRC coinvolgono un mucchio di palline. Due capacità comunemente richieste in questi giochi sono la raccolta di palline e il loro trasporto all'interno di un robot. Il metodo più efficace per raccogliere le palline cambia di anno in anno a seconda delle regole. Nel gioco del 2012, Rebound Rumble, le squadre potevano avere appendici che si estendevano oltre il loro robot. Molte squadre hanno deciso che sarebbe stato vantaggioso disporre di sistemi di raccolta delle palline a discesa, risultando in appendici che utilizzavano rulli per incanalare le palline in una singola presa o sopra i loro paraurti e nel loro robot. Diversi esempi di questi robot sono visibili nelle immagini da uno a tre. Nel gioco del 2009, Lunacy, le squadre non potevano avere manipolatori che si estendevano oltre il perimetro del telaio. Se volevano raccogliere le palle dal pavimento, dovevano avere un'apertura nella parte anteriore del loro robot per farlo. Ciò ha portato anche a molti robot a base larga perché consente una maggiore apertura per l'ingresso delle palline. Alcuni esempi di questi robot sono visibili nelle immagini quattro e cinque. Esistono diversi modi per trasportare le palline una volta raccolte da un robot, ma il più comune è l'utilizzo di cinghie in poliuretano. Le cinghie in poliuretano (note anche come polycord) sono cinghie a lunghezza regolabile e sono comunemente utilizzate per nastri trasportatori e trasmissione di potenza a basso carico. Ognuno dei robot nella foto sopra utilizza in una certa misura il polycord. L'immagine finale mostra il polycord in maggiore dettaglio. Crediti fotografici: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

Passaggio 6: ripresa

Portare una palla da un robot in un luogo altrimenti inaccessibile è un altro compito comune in FRC. Ciò richiede il lancio della palla, di solito utilizzando una catapulta o uno shooter su ruote simile a una lancia da baseball. La soluzione più comune a questa sfida è comprimere la palla contro una ruota che gira, che la accelera abbastanza da lanciarla a una distanza significativa. Le due principali varianti di questo design sono gli shooter a ruote singole e doppie. I tiratori a ruota singola sono semplici e tendono a dare un sacco di backspin alla palla. La velocità di uscita della palla è approssimativamente uguale a ½ della velocità di superficie della ruota. I tiratori a doppia ruota sono meccanicamente più complicati, ma possono spingere la palla più lontano. Questo perché la velocità di uscita della palla è approssimativamente uguale alla velocità di superficie della ruota. Le prime due immagini mostrano alcuni esempi di tiratori. Come molti team hanno imparato nel 2012, la chiave per costruire uno sparatutto accurato è controllare strettamente il maggior numero possibile di variabili coinvolte. Questi includono il controllo della velocità della ruota, l'angolo di lancio, la velocità delle palle che entrano nel tiratore, l'orientamento del tiratore rispetto al suo sistema di alimentazione e lo slittamento della palla contro la ruota e la superficie del cofano. Le catapulte sono molto meno comuni nei giochi di tiro perché non sono in grado di sparare molto rapidamente. Tuttavia, il loro principale vantaggio è che possono essere più precisi dei tiratori tradizionali. Le catapulte sono solitamente alimentate da pneumatici o molle. L'immagine finale è di una squadra che ha usato la pneumatica per alimentare una catapulta lo scorso anno. Crediti fotografici:https://www.chiefdelphi.com/media/photos/37418https://gallery.raiderrobotix.org/2012-Championships/2012ChampDSP/IMG_3448https://www.teamxbot.org/index.php?option=com_content&view =articolo&id=47&Articolo=55

Passaggio 7: argani

Gli argani hanno molteplici usi possibili in FRC e quindi si trovano come elementi di manipolatori più grandi. Due dei loro usi più comuni sono l'immagazzinamento di energia per un meccanismo più grande e per sollevare un intero robot. Quando vengono utilizzati per caricare un dispositivo di accumulo di energia, i verricelli sono generalmente progettati per funzionare solo in una direzione, con uno sgancio che gli consente di ruotare liberamente, liberando così l'energia immagazzinata. L'immagine di un verricello progettato per fare questo è mostrata nella prima immagine. Un altro uso di un verricello è sollevare un robot. In questo caso, di solito non è sufficiente avere un cambio separato dedicato al compito, costringendo i team a costruire un cambio con presa di forza, che è in grado di deviare la potenza dalla trasmissione a un meccanismo separato. Sebbene sia semplicemente un modo di guidare un verricello, ho deciso di mostrarne un esempio nella seconda immagine perché è un meccanismo interessante. Crediti fotografici:

Passaggio 8: conclusione

Come hai iniziato a vedere, ci sono molti diversi possibili modelli di manipolatori che possono essere utilizzati nella FIRST Robotics Competition. Con così tante squadre che lavorano per risolvere le sfide, ognuna con il proprio background, questo è ovviamente destinato a succedere. Prendere coscienza di ciò che è stato fatto in precedenza può farti risparmiare tempo prezioso utilizzando i precedenti manipolatori come linee di base sia per i prototipi del tuo team che per i progetti finali. Tuttavia, fai anche attenzione a non lasciare che i progetti precedenti limitino il tuo pensiero. Se dopo aver ricevuto la sfida, scegli immediatamente un vecchio design da utilizzare, potresti trascurare una soluzione migliore. Inoltre, a volte alla fine prevalgono le soluzioni più creative e stravaganti che sono specificamente adattate a una sfida. Ad esempio, il manipolatore nella foto era molto diverso dalla maggior parte dell'anno in cui è stato utilizzato, ma ha avuto molto successo. Se ricordi questo e i suggerimenti generali che ho suggerito all'inizio, sarai già sulla buona strada per creare un manipolatore di successo. Grazie ad Andy Baker di AndyMark per aver reso pubblicamente disponibile la sua presentazione sui manipolatori. Molte delle immagini in questo tutorial provengono da esso. Credito fotografico: