Ievads manipulatoros: 8 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:55

Pareiza manipulatora izveide izaicinājumam ir viena no grūtākajām PIRMĀS Robotikas sacensību (FRC) daļām. Manos četros studentu gados tas vienmēr bija manas komandas lielākais neveiksmīgais punkts. Lai gan spēles izaicinājums FRC mainās katru gadu, bieži vien ir uzdevumi, kas ir līdzīgi iepriekšējo gadu uzdevumiem. Piemēram, 2012. gada spēlē Rebound Rumble bija skaidri 2001. gada spēles Diabolical Dynamics un 2006. gada spēles Aim High elementi. Šī iemesla dēļ ir lietderīgi iepazīties ar manipulatoru pamata konstrukcijām, kas izmantotas iepriekšējās spēlēs. Šī apmācība sniegs pārskatu par manipulatoriem, ko parasti izmanto PIRMAJĀS Robotikas sacensībās (FRC). Katrā solī tiks apspriests vispārējs manipulatora veids un sniegti manipulatora ieviešanas piemēri. Šī apmācība tika veikta, izmantojot programmu Autodesk FIRST High School Intern.

1. darbība. Vispārīgas vadlīnijas

Pirms es ielecu dažādu manipulatoru uzgriežņos un skrūvēs, es vēlējos sniegt dažas vispārīgas vadlīnijas, kas palīdzēs jums izvēlēties un izstrādāt manipulatoru. Pirmkārt, ļaujiet stratēģijai vadīt jūsu manipulatora dizainu, nevis otrādi. Tas nozīmē, ka jūsu manipulatoram ir jāsasniedz dizaina prasības, par kurām jūsu komanda nolēma, veidojot stratēģiju, nevis jāveido stratēģija, kuras pamatā ir manipulators, kuru jūs kopojat. Otrkārt, izstrādājiet savas komandas robežās. Ja jūs zināt, ka jums vienkārši nav resursu, lai izveidotu īpaši sarežģītu manipulatoru, kas, jūsuprāt, dominēs visos spēles aspektos, nedariet to! Izvēlieties vienkāršāko, ko varat izveidot un kurš ļoti labi izpildīs vienu lomu. Tomēr nebaidieties piespiest savu komandu pārvarēt savas robežas. Piemēram, mana komanda pagājušajā gadā centās izveidot prakses robotu, un tas bija patiešām izdevīgi. Treškārt, vienmēr aktīvi kontrolējiet spēli. Piemēram, ja bumbu nepieciešams transportēt caur jūsu robotu, dariet to ar konveijeru, nevis uzbrauktuvi. Ja jūs aktīvi nekontrolēsit spēles gabalu, tas neizbēgami iestrēgs vai izkritīs no jūsu manipulatora. Visbeidzot, prototipu veidošana un atkārtota attīstība ir atslēga veiksmīga manipulatora izveidošanai. Sāciet ar prototipu un pēc tam iteratīvi uzlabojiet to, līdz esat gatavs izveidot galīgo versiju. Pat tad meklējiet uzlabojumus, kas to padarīs labāku. Fotoattēlu kredīts:

2. solis: ieroči

Ieroči ir viens no visbiežāk izmantotajiem manipulatoriem, ko izmanto FRC. Parasti tos izmanto kopā ar gala efektoru, lai kontrolētu spēles gabalu. Divi izplatītākie veidi ir vienas un vairāku savienojumu rokas. Lai gan daudzsavienojumu rokas spēj sasniegt tālāk un var vairāk kontrolēt gala efekta orientāciju, tās ir arī daudz sarežģītākas. No otras puses, viena savienojuma roku priekšrocība ir vienkāršība. Viens izplatīts ieroču dizains ir 4 bāru vai paralēla saite. Šāda saikne ir parādīta trešajā attēlā. Šī dizaina galvenā iezīme ir tāda, ka gala efektors tiek turēts nemainīgā orientācijā. Padomi roku dizainam:

• Pievērsiet uzmanību svaram - var izraisīt rokas lēnumu vai pat neveiksmi
• Izmantojiet vieglus materiālus, piemēram, apaļu vai taisnstūrveida cauruli un lokšņu metālu
• Izmantojiet sensorus, piemēram, gala slēdžus un potenciometrus, lai vienkāršotu rokas vadību
• Izlīdziniet roku ar atsperēm, gāzes triecieniem vai svaru, lai to stabilizētu un samazinātu motoru slodzi

Fotoattēlu autori: 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

3. solis: lifti

Līdzīgi kā ieroči, arī lifti tiek izmantoti ar gala efektoru, lai kontrolētu spēles gabalu. Tos parasti paceļ ar tinuma kabeli uz bungas. Lai gan ir nepieciešams tikai pacelt liftu uz augšu, ir prātīgi iekļaut atgriešanas kabeli, kas var pacelt liftu uz leju, lai novērstu iestrēgšanu. Ir divi galvenie kabeļa novietošanas veidi, lai tas paceltu liftu: nepārtraukta takelāža un kaskādes takelāža. Liftiem ar nepārtrauktu takelāžu (parādīts otrajā attēlā) ir viens nepārtraukts kabelis no vinčas līdz pēdējam posmam. Kad kabelis ir ievilkts, 3. posms ir pirmais, kas pārvietojas uz augšu, un pēdējais, kas pārvietojas uz leju, atlaižot kabeli. Šīs konstrukcijas divas priekšrocības ir tādas, ka kabelis iet uz augšu tādā pašā ātrumā, kādā tas iet uz leju, un tas nozīmē, ka atgriešanas kabeli var novietot uz vienas cilindra un kabeļa spriegums ir zems. Tās galvenais trūkums ir tas, ka tā vidējās daļas ir jutīgākas pret traucējumiem. Liftiem ar kaskādes takelāžu (parādīts trešajā attēlā) ir atsevišķi kabeļi, kas savieno katru lifta pakāpi. Tā rezultātā visi posmi pieaug vienlaicīgi, kad tiek ievilkts kabelis. Tomēr jebkuram atgriešanas kabelim jābūt ar citu ātrumu nekā galvenajai vinčai, ko var apstrādāt, izmantojot dažāda diametra mucas. Lai gan kaskādes lifta vidējās daļas ir mazāk pakļautas iestrēgšanai, zemākās pakāpes kabeļu spriegums ir daudz lielāks nekā liftā ar nepārtrauktu takelāžu. Lai gan lifti un rokas ir līdzīgas, ir dažas būtiskas atšķirības. Lifti mēdz būt sarežģītāki un smagāki par atsevišķām rokām. Turklāt lifti parasti pārvietojas vertikāli un nevar sasniegt ārpus robota perimetra. Tomēr, pārvietojoties, tie nemaina robota smaguma centru, un to stāvokli var precīzi kontrolēt, pareizi izmantojot sensorus un programmēšanu. Būtībā katram ir savas priekšrocības un trūkumi, un lēmums par to, ko izmantot, paliek komandu ziņā. Vēl viena iespēja ir apvienot šīs divas iespējas, novietojot roku uz lifta pēdējā posma, kura piemērs ir parādīts ceturtajā attēlā. Fotoattēlu autori:

4. solis: satvērēji

FRC ir aptuveni tik daudz dažādu satvērēju, cik ir komandu. Spīles tiek izmantotas, lai tieši kontrolētu un manipulētu ar spēli. Tie ir noderīgi gados, kad ir maz spēļu, no kurām vienlaikus var kontrolēt tikai vienu. Divi galvenie stili ir pasīvās un rullīšu spīles. Pasīvās spīles paļaujas uz to, ka pirksti ir pareizi novietoti, lai satvertu spēles gabalu, savukārt rullīšu spīles izmanto riteņus vai rullīšus, lai to aktīvi ievilktu. Tālāk redzamais dažādu satvērēju saraksts atbilst attēliem:

• Divu pirkstu pneimatiskais satvērējs
• Lineārs divu pirkstu satvērējs
• Trīs pirkstu lineārs pneimatiskais satvērējs
• Motorizēts satvērējs
• Pneimatiskais satvērējs
• Pamata rullīšu nags
• Šarnīrveida rullīšu nags

Visbeidzot, daži padomi satvērēja dizainam:

• Pārliecinieties, ka satvērējs pieliek pietiekami daudz spēka, lai varētu pakārt pie spēles
• Lieciet satvērējam satvert un ātri atlaist priekšmetus
• Padariet to viegli vadāmu, izmantojot sensorus, lai automatizētu pamatdarbības

Fotoattēlu autori:

5. solis: bumbiņu savākšana un transportēšana

Kaut arī satvērēji ir noderīgi, lai manipulētu ar atsevišķiem objektiem, kas var būt neparastas formas, bieži vien FRC spēles ir saistītas ar bumbiņu ķekaru. Šajās spēlēs parasti tiek prasītas divas iespējas: savākt bumbiņas un transportēt tās robotā. Visefektīvākā bumbiņu savākšanas metode katru gadu mainās atkarībā no noteikumiem. 2012. gada spēlē Rebound Rumble komandām tika atļauts izmantot papildinājumus, kas pārsniedza viņu robotu. Daudzas komandas nolēma, ka būtu lietderīgi izmantot nolaižamās bumbiņu savākšanas sistēmas, kā rezultātā būtu pieejami papildinājumi, kas izmantoja veltņus, lai piltuves bumbiņas vienā ieplūdes atverē vai virs buferiem un robotā. Vairāki šo robotu piemēri ir redzami attēlos no viena līdz trim. 2009. gada spēlē Lunacy komandām nebija atļauts izmantot manipulatorus, kas pārsniedza rāmja perimetru. Ja viņi gribēja savākt bumbiņas no grīdas, robota priekšpusē bija jābūt atverei. Tas arī noveda pie daudziem plašas bāzes robotiem, jo tas ļauj labāk atvērt bumbiņas. Daži šo robotu piemēri ir redzami ceturtajā un piektajā attēlā. Ir vairāki iespējamie bumbiņu transportēšanas veidi, kad tās savāc robots, bet visizplatītākā ir poliuretāna jostu izmantošana. Poliuretāna siksnas (pazīstamas arī kā polycord) ir regulējama garuma jostas, un tās parasti izmanto konveijeriem un jaudas pārvadīšanai ar zemu slodzi. Katrs no iepriekš attēlotajiem robotiem zināmā mērā izmanto polikordu. Pēdējā attēlā detalizētāk parādīts polikords. Fotoattēli: https://www.simbotics.org/media/photos/2012-first-champion/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. darbība: fotografēšana

Bumbas nogādāšana no robota uz citādi nepieejamu vietu ir vēl viens izplatīts FRC uzdevums. Tas prasa bumbas palaišanu, parasti izmantojot katapultu vai šāvēju ar riteņiem, kas ir līdzīgs beisbola sitiena mašīnai. Visizplatītākais risinājums šim izaicinājumam ir saspiest bumbu pret griešanās riteni, kas to pietiekami paātrina, lai palaistu to ievērojamā attālumā. Šīs konstrukcijas divas galvenās variācijas ir šāvēji ar vienu un diviem riteņiem. Šāvēji ar riteņiem ir vienkārši un mēdz bumbiņai uzlikt daudz muguras. Lodes izejas ātrums ir aptuveni vienāds ar ½ no riteņa virsmas ātruma. Dubultā riteņa šāvēji ir mehāniski sarežģītāki, taču var virzīt bumbu tālāk. Tas ir tāpēc, ka bumbiņas izejas ātrums ir aptuveni vienāds ar riteņa virsmas ātrumu. Pirmajos divos attēlos ir redzami daži šāvēju piemēri. Kā daudzas komandas uzzināja 2012. gadā, precīza šāvēja veidošanas atslēga ir stingri kontrolēt pēc iespējas vairāk mainīgo. Tie ietver riteņu ātruma, palaišanas leņķa, bumbiņu ātruma, kas nonāk šāvējā, kontroli, šāvēja orientāciju attiecībā pret tā padeves sistēmu un bumbas slīdēšanu pret riteņa un pārsega virsmu. Šaušanas spēlēs katapultas ir daudz retāk sastopamas, jo tās nespēj izšaut ļoti ātri. Tomēr to galvenā priekšrocība ir tā, ka viņi var būt precīzāki nekā tradicionālie šāvēji. Katapultas parasti darbina ar pneimatiku vai atsperēm. Pēdējais attēls ir komanda, kas pagājušajā gadā izmantoja pneimatiku, lai darbinātu katapultu. Fotoattēlu autori: https://www.chiefdelphi.com/media/photos/37418https://gallery.raiderrobotix.org/2012-Chempionates/2012ChampDSP/IMG_3448https://www.teamxbot.org/index.php? Option = com_content & view = raksts & id = 47 & vienuma ID = 55

7. solis: vinčas

Vinčām FRC var būt vairāki pielietojumi, un tāpēc tās ir atrodamas kā lielāku manipulatoru elementi. Divi no tiem visbiežāk tiek izmantoti enerģijas uzkrāšanai lielākam mehānismam un visa robota pacelšanai. Izmantojot vinčas, lai ielādētu enerģijas uzkrāšanas ierīci, vinčas parasti ir paredzētas darbam tikai vienā virzienā ar atbrīvojumu, kas ļauj tai brīvi griezties, tādējādi atbrīvojot uzkrāto enerģiju. Šim nolūkam paredzētas vinčas attēls ir parādīts pirmajā attēlā. Vēl viena vinčas izmantošana ir robota pacelšana. Šajā gadījumā parasti nepietiek ar atsevišķu pārnesumkārbu, kas paredzēta šim uzdevumam, kā rezultātā komandas izveido jaudas pārnesumkārbu, kas spēj novirzīt jaudu no piedziņas uz atsevišķu mehānismu. Lai gan tas ir tikai vinčas vadīšanas veids, es nolēmu parādīt viena piemēru otrajā attēlā, jo tas ir interesants mehānisms. Fotoattēlu autori:

8. solis: Secinājums

Kā jau esat sākuši redzēt, PIRMAJĀS Robotikas sacensībās var izmantot daudz dažādu iespējamo manipulatoru dizainu. Tā kā tik daudz komandu strādā, lai atrisinātu problēmas, un katrai no tām ir sava pieredze, tas, protams, noteikti notiks. Iepazīstoties ar iepriekš paveikto, jūs varat ietaupīt savu dārgo laiku, izmantojot iepriekšējos manipulatorus kā bāzes līniju gan savas komandas prototipiem, gan gala dizainam. Tomēr esiet piesardzīgs, lai iepriekšējie dizaini neierobežotu jūsu domāšanu. Ja, saņemot izaicinājumu, jūs nekavējoties izvēlaties izmantot veco dizainu, iespējams, jūs aizmirstat par labāku risinājumu. Turklāt dažkārt galu galā uzvar visradošākie, neparastākie risinājumi, kas ir īpaši pielāgoti izaicinājumam. Piemēram, attēlā redzamais manipulators bija ļoti atšķirīgs no vairuma no lietošanas gada, bet bija ļoti veiksmīgs. Ja jūs atceraties šo un vispārējos ieteikumus, kurus es ierosināju sākumā, jūs jau būsit ceļā uz veiksmīga manipulatora izveidi. Paldies Andy Baker no AndyMark par to, ka viņa prezentācija par manipulatoriem bija publiski pieejama. Daudzi šīs apmācības attēli ir no tā. Fotoattēlu kredīts: