Úvod do manipulátorov: 8 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

Vytvorenie správneho manipulátora pre výzvu je jednou z najťažších častí PRVEJ robotickej súťaže (FRC). Za moje štyri roky ako študenta to bol vždy najväčší neúspech môjho tímu. Aj keď sa herná výzva vo FRC z roka na rok mení, často existujú úlohy, ktoré sú podobné úlohám z predchádzajúcich rokov. Napríklad hra Rebound Rumble z roku 2012 mala jasné prvky z hry Diabolical Dynamics z roku 2001 a z roku 2006 s názvom Aim High. Z tohto dôvodu je prospešné zoznámiť sa so základnými návrhmi manipulátorov používanými v predchádzajúcich hrách. Tento tutoriál poskytne prehľad o manipulátoroch bežne používaných v PRVEJ robotickej súťaži (FRC). Každý krok prediskutuje všeobecný typ manipulátora a poskytne príklady implementácií manipulátora. Tento tutoriál bol vytvorený prostredníctvom programu Autodesk FIRST High School Intern. Predpoklady: Ochota učiť sa Fotografický kredit:

Krok 1: Všeobecné pokyny

Predtým, ako sa vrhnem na matice a skrutky rôznych manipulátorov, chcel by som poskytnúť niekoľko všeobecných zásad, ktoré vám pomôžu vybrať a navrhnúť manipulátora. Najprv nechajte stratégiu riadiť dizajn vášho manipulátora, nie naopak. Čo to znamená, že váš manipulátor by mal dosiahnuť konštrukčné požiadavky, pre ktoré sa váš tím rozhodol pri vytváraní stratégie, namiesto toho, aby ste vytvorili stratégiu založenú na manipulátore, ktorý spojíte dohromady. Za druhé, navrhujte v medziach svojich tímov. Ak viete, že jednoducho nemáte zdroje na zostavenie superkomplikovaného manipulátora, o ktorom si myslíte, že bude ovládať všetky aspekty hry, nerobte to! Choďte k tej jednoduchšej, ktorú môžete postaviť a jednu úlohu splní naozaj dobre. Nebojte sa však tlačiť na svoj tím, aby prekonal svoje limity. Napríklad môj tím sa minulý rok presadil, aby sme vybudovali cvičného robota, a nakoniec to bolo skutočne prospešné. Po tretie, vždy majte aktívnu kontrolu nad gamepiecom. Ak napríklad potrebujete loptičku prepraviť cez robota, urobte to pomocou dopravníka, nie pomocou rampy. Ak gamepiece aktívne neovládate, nevyhnutne sa zasekne alebo vypadne z vášho manipulátora. Nakoniec, prototypovanie a iteračný vývoj sú kľúčové pre stavbu úspešného manipulátora. Začnite s prototypom a potom ho iteratívne vylepšujte, kým nebudete pripravení vytvoriť konečnú verziu. Aj potom hľadajte vylepšenia, ktoré to zlepšia. Fotografický kredit:

Krok 2: Zbrane

Zbrane sú jedným z najbežnejších manipulátorov používaných vo FRC. Spravidla sa používajú v spojení s koncovým efektorom na ovládanie gamepiece. Dva bežné typy sú jednoduché a viackĺbové ramená. Aj keď sú ramená s viacerými kĺbmi schopné dosiahnuť ďalej a môžu mať väčšiu kontrolu nad orientáciou koncového efektora, sú tiež oveľa zložitejšie. Jednokĺbové ramená majú naopak výhodu v jednoduchosti. Jeden bežný dizajn používaný pre ramená je 4 bary alebo rovnobežné prepojenie. Takéto prepojenie je znázornené na treťom obrázku. Hlavným znakom tohto návrhu je, že koncový efektor je udržiavaný v konštantnej orientácii. Tipy pre dizajn ramena:

• Dávajte pozor na hmotnosť - môže spôsobiť, že ruka bude pomalá alebo dokonca zlyhá
• Používajte ľahké materiály, ako sú kruhové alebo obdĺžnikové rúrky a plechy
• Na zjednodušenie ovládania ramena použite senzory, ako sú koncové spínače a potenciometre
• Vyvážte rameno pružinami, plynovými šokmi alebo hmotnosťou, aby ste ho stabilizovali a znížili zaťaženie motorov

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: Výťahy

Rovnako ako zbrane, aj výťahy sa používajú s koncovým efektorom na ovládanie gamepiece. Obvykle sú zdvíhané navíjacím lankom na bubne. Aj keď je potrebné zdvihnúť výťah iba hore, je múdre zahrnúť spätný kábel, ktorý môže výťah stiahnuť, aby sa zabránilo zaseknutiu. Existujú dva hlavné štýly vedenia kábla tak, aby zdvíhal výťah: nepretržité vybavenie a kaskádové vybavenie. Výťahy s priebežným takelážovaním (zobrazené na druhom obrázku) majú jeden súvislý kábel od navijaka po jeho posledný stupeň. Keď je kábel zatiahnutý, fáza 3 je prvá, ktorá sa pohybuje hore a posledná, ktorá sa pohybuje dole, keď je kábel uvoľnený. Dve výhody tohto návrhu sú, že kábel ide rovnakou rýchlosťou ako klesá, čo znamená, že na ten istý bubon je možné umiestniť vratné lanko a napätie v kábli je nízke. Jeho hlavnou nevýhodou je, že jeho stredné časti sú náchylnejšie na zaseknutie. Výťahy s kaskádovou výstrojou (zobrazené na treťom obrázku) majú jednotlivé káble spájajúce každý stupeň výťahu. Výsledkom je, že pri navíjaní kábla stúpajú všetky stupne súčasne. Každý spätný kábel však musí mať inú rýchlosť ako hlavný navijak, s ktorou je možné manipulovať pomocou bubnov rôznych priemerov. Zatiaľ čo stredné časti kaskádového výťahu sú menej náchylné na zaseknutie, napätie na kábloch spodného stupňa je oveľa vyššie ako vo výťahu s nepretržitým vybavovaním. Aj keď sú výťahy a ramená podobné, existuje niekoľko dôležitých rozdielov. Výťahy bývajú komplikovanejšie a ťažšie ako jednokĺbové ramená. Okrem toho sa výťahy zvyčajne pohybujú vertikálne a nedokážu sa dostať mimo obvod robota. Pri pohybe však nemenia ťažisko robota a ich polohu je možné presne ovládať správnym použitím senzorov a programovania. V zásade má každý svoje výhody a nevýhody, pričom rozhodnutie o použití použije na tímoch. Jednou z ďalších možností je skombinovať tieto dve možnosti umiestnením ramena na posledný stupeň výťahu, ktorého príklad je znázornený na štvrtom obrázku. Fotografické kredity:

Krok 4: Uchopovače

Vo FRC sa nachádza asi toľko rôznych druhov chápadiel, koľko je tímov. Pazúry slúžia na priame ovládanie a manipuláciu s gamepiecom. Sú užitočné v rokoch, kde je málo herných zariadení, z ktorých je možné ovládať iba jeden. Dva hlavné štýly sú pasívne pazúry a valčekové pazúry. Pasívne pazúry sa spoliehajú na to, že prsty sú správne umiestnené, aby uchopili gamepiece, zatiaľ čo valčekové pazúry na ich aktívne zatiahnutie používajú kolieska alebo valčeky. Nasledujúci zoznam rôznych chápadiel zodpovedá vyššie uvedeným obrázkom:

• Pneumatický uchopovač na dva prsty
• Lineárny pneumatický chápadlo s dvoma prstami
• Lineárny pneumatický uchopovač s tromi prstami
• Motorický chápadlo
• Pneumatický uchopovač
• Základný valčekový pazúr
• Kĺbový valčekový pazúr

Na záver niekoľko tipov pre návrh uchopovača:

• Zaistite, aby váš chápadlo pôsobilo dostatočnou silou na zavesenie na gamepiece
• Nechajte uchopovač rýchlo uchopiť a pustiť predmety
• Uľahčite ovládanie pomocou senzorov na automatizáciu základných operácií

Fotografické kredity:

Krok 5: Zber a transport loptičiek

Aj keď sú chápadlá užitočné pri manipulácii s jednotlivými predmetmi, ktoré môžu mať neobvyklý tvar, hry FRC často obsahujú veľa loptičiek. Dve schopnosti, ktoré sú v týchto hrách bežne požadované, sú zbieranie loptičiek a ich preprava v rámci robota. Najúčinnejší spôsob zberu lôpt sa z roka na rok mení v závislosti od pravidiel. V hre Rebound Rumble z roku 2012 mali tímy dovolené mať doplnky, ktoré presahovali ich robota. Mnoho tímov sa rozhodlo, že by bolo výhodné mať rozbaľovacie systémy na zbieranie loptičiek, čo by viedlo k prídavkom, ktoré pomocou valčekov vháňali lopty do jedného otvoru alebo cez nárazníky a do robota. Niekoľko príkladov týchto robotov je vidieť na obrázkoch jeden až tri. V hre 2009, Lunacy, tímy nesmeli mať manipulátory, ktoré presahovali ich obvodový rámec. Ak chceli zbierať loptičky z podlahy, museli na to mať otvor v prednej časti robota. To tiež viedlo k mnohým robotom so širokou základňou, pretože to umožnilo väčší otvor pre vstup loptičiek. Niektoré príklady týchto robotov sú zobrazené na obrázkoch štyri a päť. Existuje niekoľko možných spôsobov prepravy loptičiek po ich zozbieraní robotom, ale najbežnejšie je použitie polyuretánových pásov. Polyuretánové pásy (tiež známe ako polykord) sú pásy s nastaviteľnou dĺžkou a bežne sa používajú pre dopravníky a prenos sily pri nízkom zaťažení. Každý z vyššie uvedených robotov do určitej miery používa polycord. Výsledný obrázok zobrazuje polycord podrobnejšie. 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: Fotografovanie

Dostať loptu z robota na inak nedostupné miesto je ďalšou bežnou úlohou vo FRC. To si vyžaduje spustenie lopty, zvyčajne pomocou katapultu alebo kolesového strelca podobného bejzbalovému nadhadzovaciemu stroju. Najbežnejším riešením tejto výzvy je stlačiť loptu na rotujúce koleso, ktoré ju dostatočne zrýchli a spustí ju na značnú vzdialenosť. Dve hlavné variácie tohto dizajnu sú jednorazové a dvojkolesové strieľačky. Jednokolové strieľačky sú jednoduché a majú tendenciu dávať veľa backspinu na loptu. Výstupná rýchlosť lopty je približne rovná ½ rýchlosti povrchu kolesa. Dvojkolesové strieľačky sú mechanicky komplikovanejšie, ale môžu poháňať loptu ďalej. Dôvodom je, že výstupná rýchlosť lopty je približne rovnaká ako rýchlosť povrchu kolesa. Prvé dva obrázky ukazujú niekoľko príkladov strelcov. Ako sa mnoho tímov v roku 2012 naučilo, kľúčom k vybudovaniu presného strelca je prísne kontrolovať čo najviac zahrnutých premenných. Patria sem ovládanie rýchlosti kolesa, uhla štartu, rýchlosti loptičiek vstupujúcich do strelca, orientácia strelca vzhľadom na jeho systém podávania a preklzávanie lopty na povrch kolesa a kapoty. Katapulty sú v streleckých hrách oveľa menej bežné, pretože nevedia veľmi rýchlo vystreliť. Ich hlavnou výhodou však je, že môžu byť presnejšie ako tradiční strelci. Katapulty sú zvyčajne poháňané pneumatikou alebo pružinami. Posledný obrázok je o tíme, ktorý minulý rok použil pneumatiku na pohon 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 = článok & id = 47 & Itemid = 55

Krok 7: Navijaky

Navijaky majú vo FRC viacero možných použití, a preto sa nachádzajú ako prvky väčších manipulátorov. Dve z ich najbežnejších použití sú skladovanie energie pre väčší mechanizmus a zdvíhanie celého robota. Pri použití na nakladanie zariadenia na skladovanie energie sú navijaky obvykle navrhnuté tak, aby pracovali iba v jednom smere, s uvoľnením, ktoré mu umožňuje voľne sa otáčať, a tým uvoľniť uloženú energiu. Obrázok navijaka určeného na tento účel je zobrazený na prvom obrázku. Ďalším použitím navijaka je zdvihnutie robota. V tomto prípade zvyčajne nestačí mať oddelenú prevodovku určenú na plnenie úlohy, čo spôsobí, že tímy zostrojia prevodovku s pomocným pohonom, ktorá je schopná odvádzať silu z hnacieho ústrojenstva na samostatný mechanizmus. Aj keď je to len spôsob riadenia navijaka, rozhodol som sa ukázať príklad na druhom obrázku, pretože je to zaujímavý mechanizmus. Fotografické kredity:

Krok 8: Záver

Ako ste začali vidieť, existuje mnoho rôznych možných návrhov manipulátorov, ktoré je možné použiť v PRVEJ robotickej súťaži. Keďže toľko tímov pracuje na riešení problémov, pričom každý z nich má svoje vlastné zázemie, je samozrejmé, že sa to stane. Uvedomenie si toho, čo bolo urobené predtým, vám môže ušetriť drahocenný čas tým, že predchádzajúce manipulátory použijete ako východisko pre prototypy a konečné návrhy svojho tímu. Dávajte si však tiež pozor, aby vám predchádzajúce prevedenia neobmedzovali myslenie. Ak si po prijatí výzvy okamžite vyberiete starý dizajn, ktorý chcete použiť, možno prehliadate lepšie riešenie. Navyše, niekedy nakoniec prevládajú najkreatívnejšie a výstrednejšie riešenia, ktoré sú špeciálne prispôsobené výzve. Napríklad manipulátor na obrázku bol veľmi odlišný od väčšiny z roku, kedy bol použitý, ale bol veľmi úspešný. Ak si pamätáte toto a všeobecné rady, ktoré som navrhol na začiatku, už budete na dobrej ceste k vytvoreniu úspešného manipulátora. Ďakujem Andymu Bakerovi z AndyMark za verejné sprístupnenie jeho prezentácie o manipulátoroch. Mnohé obrázky v tomto návode sú z neho. Fotografický kredit: