Introducció als manipuladors: 8 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Crear el manipulador adequat per a un repte és una de les parts més difícils de la FIRST Robotics Competition (FRC). En els meus quatre anys com a estudiant, sempre va ser el punt de fallida més gran del meu equip. Tot i que el repte del joc a FRC canvia d’un any a l’altre, sovint hi ha tasques similars a les d’anys anteriors. Per exemple, el joc del 2012, Rebound Rumble, tenia elements clars del joc del 2001, Diabolical Dynamics, i del joc del 2006, Aim High. Per aquest motiu, és beneficiós conèixer els dissenys bàsics de manipuladors utilitzats en jocs anteriors. Aquest tutorial proporcionarà una visió general dels manipuladors que s’utilitzen habitualment a la FIRST Robotics Competition (FRC). Cada pas discutirà un tipus de manipulador general i proporcionarà exemples d’implementacions del manipulador. Aquest tutorial es va fer a través del programa de pràctiques internes d'Autodesk FIRST. Requisits previs: Voluntat d'aprendre Crèdit fotogràfic:

Pas 1: directrius generals

Abans de saltar a les femelles i els cargols de diferents manipuladors, volia proporcionar algunes pautes generals que us ajudaran a triar i dissenyar un manipulador. En primer lloc, deixeu que l'estratègia condueixi el disseny del vostre manipulador, no viceversa. El que vol dir això és que el vostre manipulador hauria d’assolir els requisits de disseny que el vostre equip va decidir en formar una estratègia, en lloc de formar una estratègia basada en el manipulador que us ajudeu. En segon lloc, dissenyeu dins dels límits dels vostres equips. Si saps que no tens recursos per construir el manipulador súper complicat que creus que dominarà tots els aspectes del joc, no ho facis. Aneu per la més senzilla que podeu construir i que complirà molt bé un paper. Tanmateix, tampoc no tingueu por de pressionar el vostre equip per superar els vostres límits. Per exemple, el meu equip ens vam empènyer a construir un bot de pràctiques aquest darrer any i va acabar sent realment beneficiós. En tercer lloc, tenir sempre el control actiu de la peça de joc. Per exemple, si cal transportar una pilota a través del vostre robot, feu-ho amb un transportador, no amb una rampa. Si no controleu activament la peça de joc, inevitablement s’encallarà o caurà del vostre manipulador. Finalment, el prototipatge i el desenvolupament iteratiu són claus per construir un manipulador amb èxit. Comenceu amb un prototip i, a continuació, milloreu-lo iterativament fins que estigueu a punt per construir una versió final. Tot i així, busqueu millores que el facin millor. Crèdit fotogràfic:

Pas 2: braços

Els braços són un dels manipuladors més comuns que s’utilitzen a FRC. En general, s'utilitzen juntament amb un efector final per controlar la peça de joc. Els dos tipus comuns són braços simples i multi-articulats. Tot i que els braços multi-articulats poden arribar més lluny i poden controlar més l’orientació de l’efector final, també són molt més complexos. D’altra banda, els braços articulats individuals tenen l’avantatge de la simplicitat. Un disseny comú que s’utilitza per als braços és un enllaç de 4 barres o paral·lel. Aquest vincle es mostra a la tercera imatge. La característica principal d’aquest disseny és que l’efector final es manté en una orientació constant. Consells per al disseny de braços:

• Presteu atenció al pes: pot fer que el braç sigui lent o fins i tot falli
• Utilitzeu materials lleugers com ara tubs i xapes circulars o rectangulars
• Utilitzeu sensors com ara interruptors de límit i potenciòmetres per simplificar el control del braç
• Contrapesar el braç amb molles, xocs de gas o pes per estabilitzar-lo i reduir la càrrega dels motors

Crèdits fotogràfics: 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

Pas 3: ascensors

Igual que els braços, els ascensors s’utilitzen amb un efector final per controlar la peça de joc. Normalment s’eleven bobinant un cable sobre un tambor. Tot i que només cal tirar de l’ascensor cap amunt, és convenient incloure un cable de retorn que pugui tirar de l’ascensor per evitar embussos. Hi ha dos estils principals d’encaminament del cable de manera que aixequi l’ascensor: l’aparellament continu i l’aparellatge en cascada. Els ascensors amb aparells continus (que es mostren a la segona imatge) tenen un cable continu des del torn fins a la seva última etapa. A mesura que s’introdueix el cable, l’etapa 3 és la primera a pujar i l’última a baixar quan es deixa anar el cable. Dos avantatges d’aquest disseny són que el cable puja la mateixa velocitat que baixa, és a dir, que es pot col·locar un cable de retorn al mateix tambor i que la tensió del cable és baixa. El seu principal desavantatge és que les seves seccions mitjanes són més susceptibles a l’embús. Els ascensors amb aparells en cascada (que es mostren a la tercera imatge) tenen cables individuals que connecten cada etapa de l’ascensor. Això provoca que totes les etapes augmentin simultàniament a mesura que s'introdueix el cable. No obstant això, qualsevol cable de retorn ha de tenir una velocitat diferent de la del cabrestant principal, que es pot manejar mitjançant tambors de diferents diàmetres. Tot i que les seccions mitjanes d’un ascensor en cascada són menys susceptibles a l’embús, la tensió dels cables de l’escenari inferior és molt més gran que en un ascensor amb aparells continus. Tot i que els ascensors i els braços són similars, hi ha algunes distincions importants. Els ascensors solen ser més complicats i més pesats que els braços articulats individualment. A més, els ascensors normalment es mouen verticalment i no poden arribar fora del perímetre del robot. Tot i això, no canvien el centre de gravetat del robot a mesura que es mouen, i la seva posició es pot controlar amb precisió amb l’ús adequat de sensors i programació. En essència, cadascun té els seus propis avantatges i desavantatges, deixant la decisió de fer servir a equips. Una altra opció és combinar aquestes dues opcions col·locant un braç a l'última etapa d'un ascensor, un exemple del qual es mostra a la quarta imatge. Crèdits fotogràfics:

Pas 4: Grippers

Hi ha tants tipus diferents d’agafadors a FRC com equips. Les urpes s’utilitzen per controlar i manipular directament la peça de joc. Són útils en anys on hi ha poques peces de joc, només una de les quals es pot controlar alhora. Els dos estils principals són les urpes passives i les urpes de rodets. Les urpes passives es basen en la posició adequada dels seus dits per agafar la peça de joc, mentre que les urpes de rodets utilitzen rodes o rodets per tirar-la activament. La següent llista de diferents pinces correspon a les imatges anteriors:

• Pinça pneumàtica de dos dits
• Pinça pneumàtica lineal de dos dits
• Pinça pneumàtica lineal de tres dits
• Pinça motoritzada
• Pinça pneumàtica
• Arpa de corró bàsica
• Arpa de corró articulada

Finalment, diversos consells per al disseny de la pinça:

• Assegureu-vos que la pinça apliqui la força suficient per aferrar-se a la peça de joc
• Feu que la vostra pinça s’agafi i deixeu anar objectes ràpidament
• Facilita el control mitjançant l’ús de sensors per automatitzar les operacions bàsiques

Crèdits fotogràfics:

Pas 5: recollida i transport de pilotes

Tot i que les pinces són útils per manipular objectes individuals que poden tenir una forma inusual, sovint els jocs de FRC impliquen un munt de boles. Dues capacitats que normalment es requereixen en aquests jocs són recollir pilotes i transportar-les dins d’un robot. El mètode més eficaç de recollida de boles canvia d’un any a l’altre en funció de les regles. Al joc de 2012, Rebound Rumble, es va permetre als equips tenir apèndixs que s’estenguessin més enllà del seu robot. Molts equips van decidir que disposar de sistemes de recollida de boles desplegables seria avantatjós, donant lloc a apèndixs que utilitzaven rodets per embutir les boles en una única entrada o sobre els seus para-xocs i el seu robot. Diversos exemples d'aquests robots es veuen a les imatges d'una a tres. Al joc del 2009, Lunacy, els equips no tenien permís per tenir manipuladors que estenguessin més enllà del seu perímetre de trama. Si volien recollir boles del terra, havien de tenir una obertura a la part frontal del robot per fer-ho. Això també va provocar molts robots de base ampla perquè permet una major obertura per a l'entrada de boles. Alguns exemples d’aquests robots es veuen a les imatges quatre i cinc. Hi ha diverses maneres possibles de transportar pilotes un cop les recull un robot, però la més habitual és utilitzar cinturons de poliuretà. Les corretges de poliuretà (també conegudes com a policord) són corretges de longitud ajustable i s’utilitzen habitualment per a transportadors i transmissions de potència de baixa càrrega. Cadascun dels robots que es mostren a la part anterior utilitza fins a cert punt el policord. La imatge final mostra el policord amb més detall. Crèdits fotogràfics: 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

Pas 6: tir

Aconseguir una pilota d’un robot a una ubicació inaccessible per altra banda és una altra tasca habitual en FRC. Això requereix llançar la pilota, normalment utilitzant una catapulta o un tirador de rodes similar a una màquina de llançament de beisbol. La solució més habitual d’aquest desafiament és comprimir la pilota contra una roda giratòria, que l’accelera prou per llançar-la a una distància important. Les dues variacions principals d’aquest disseny són els tiradors de roda simple i doble. Els tiradors amb una sola roda són senzills i solen posar un munt de retrocés a la pilota. La velocitat de sortida de la pilota és aproximadament igual a ½ de la velocitat superficial de la roda. Els tiradors de doble roda són més complicats mecànicament, però poden impulsar la pilota més lluny. Això es deu al fet que la velocitat de sortida de la pilota és aproximadament igual a la velocitat superficial de la roda. Les dues primeres imatges mostren alguns exemples de tiradors. Tal com van aprendre molts equips el 2012, la clau per construir un tirador precís és controlar estretament tantes variables com sigui possible. Aquests inclouen el control de la velocitat de la roda, l’angle de llançament, la velocitat de les boles que entren al tirador, l’orientació del tirador respecte al seu sistema d’alimentació i el lliscament de la pilota contra la superfície de la roda i el capó. Les catapultes són molt menys habituals en els jocs de trets perquè són incapaços de disparar molt ràpidament. Tot i això, el seu principal avantatge és que poden ser més precisos que els tiradors tradicionals. Les catapultes solen accionar-se mitjançant pneumàtics o ressorts. La imatge final és d’un equip que va utilitzar la pneumàtica per alimentar una catapulta aquest darrer any. Crèdits fotogràfics: https://www.chiefdelphi.com/media/photos/37418https://gallery.raiderrobotix.org/2012-Championships/2012ChampDSP/IMG_3448https://www.teamxbot.org/index.php? Option = com_content & view = article & id = 47 & Itemid = 55

Pas 7: Torns

Els cabrestants tenen múltiples usos possibles a FRC i, per tant, es troben com a elements de manipuladors més grans. Dos dels seus usos més comuns són emmagatzemar energia per a un mecanisme més gran i per aixecar un robot sencer. Quan s’utilitzen per carregar un dispositiu d’emmagatzematge d’energia, els cabrestants solen estar dissenyats per funcionar només en una direcció, amb un alliberament que li permet girar lliurement, alliberant així l’energia emmagatzemada. A la primera imatge es mostra una imatge d’un cabrestant dissenyat per fer-ho. Un altre ús del cabrestant és aixecar un robot. En aquest cas, no sol ser suficient tenir una caixa de canvis separada dedicada a la tasca, cosa que provoca que els equips construeixin una caixa de canvis de presa de força, que sigui capaç de desviar la potència de la transmissió cap a un mecanisme separat. Tot i que només és una manera de conduir un cabrestant, vaig decidir mostrar-ne un exemple a la segona imatge perquè és un mecanisme interessant. Crèdits fotogràfics:

Pas 8: Conclusió

Com heu començat a veure, hi ha molts dissenys possibles de manipuladors que es poden utilitzar a la FIRST Robotics Competition. Amb tants equips treballant per resoldre els reptes, cadascun amb els seus propis antecedents, això és evident que segur que passarà. Prendre consciència del que s’ha fet abans us pot estalviar temps valuós mitjançant l’ús de manipuladors anteriors com a línies de base tant per als prototips del vostre equip com per als dissenys finals. Tanmateix, també tingueu cura de no deixar que els dissenys anteriors limitin el vostre pensament. Si en rebre el repte, de seguida escolliu un disseny antic per utilitzar-lo, potser passareu per alt una solució millor. A més, de vegades prevalen les solucions més creatives i extravagants que s’adapten específicament a un repte. Per exemple, el manipulador que es mostra a la imatge era molt diferent de la majoria de l'any en què es va utilitzar, però va tenir un gran èxit. Si recordeu això i els consells generals que he suggerit al principi, ja estareu en bon camí per crear un manipulador amb èxit. Gràcies a Andy Baker d'AndyMark per fer que la seva presentació sobre manipuladors estigui disponible públicament. Moltes de les imatges d’aquest tutorial són d’aquest. Crèdit fotogràfic: