Giới thiệu về Manipulators: 8 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Tạo ra người điều khiển phù hợp cho một thử thách là một trong những phần khó nhất của Cuộc thi Người máy đầu tiên (FRC). Trong bốn năm là sinh viên, đó luôn là điểm thất bại lớn nhất của đội tôi. Mặc dù thử thách trò chơi trong FRC thay đổi theo từng năm, nhưng thường có những nhiệm vụ tương tự như những năm trước. Ví dụ, trò chơi năm 2012, Rebound Rumble, có các yếu tố rõ ràng của trò chơi năm 2001, Diabolical Dynamics và của trò chơi năm 2006, Aim High. Vì lý do này, việc làm quen với các thiết kế thao tác cơ bản được sử dụng trong các trò chơi trước sẽ rất hữu ích. Hướng dẫn này sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan về những người thao tác thường được sử dụng trong Cuộc thi Sáng tạo Người máy ĐẦU TIÊN (FRC). Mỗi bước sẽ thảo luận về một loại trình thao tác chung và cung cấp các ví dụ về cách triển khai của trình điều khiển. Hướng dẫn này được thực hiện thông qua chương trình Thực tập sinh Trung học Autodesk FIRST.

Bước 1: Nguyên tắc chung

Trước khi tìm hiểu về các đai ốc và bu lông của các bộ điều khiển khác nhau, tôi muốn cung cấp một số hướng dẫn chung sẽ giúp bạn chọn và thiết kế một bộ điều khiển. Đầu tiên, hãy để chiến lược thúc đẩy thiết kế trình điều khiển của bạn, không phải ngược lại. Điều này có nghĩa là người thao túng của bạn phải đạt được các yêu cầu thiết kế mà nhóm của bạn đã quyết định trong việc hình thành một chiến lược, thay vì hình thành một chiến lược dựa trên người thao túng mà bạn cùng nhau thảo luận. Thứ hai, thiết kế trong giới hạn nhóm của bạn. Nếu bạn biết rằng bạn không có đủ tài nguyên để xây dựng trình điều khiển siêu phức tạp mà bạn nghĩ sẽ thống trị mọi khía cạnh của trò chơi, thì đừng làm vậy! Hãy chọn cái đơn giản hơn mà bạn có thể xây dựng và sẽ hoàn thành tốt một vai trò. Tuy nhiên, đừng ngại thúc đẩy nhóm của bạn vượt qua giới hạn của bạn. Ví dụ, nhóm của tôi đã thúc đẩy bản thân xây dựng một bot luyện tập vào năm ngoái và kết quả là nó thực sự có lợi. Thứ ba, luôn có quyền kiểm soát chủ động đối với giao tử. Ví dụ: nếu một quả bóng cần được vận chuyển qua robot của bạn, hãy làm điều đó bằng băng tải, không phải đường dốc. Nếu bạn không chủ động kiểm soát giao tử, chắc chắn nó sẽ bị kẹt hoặc rơi ra khỏi tay máy của bạn. Cuối cùng, tạo mẫu và phát triển lặp đi lặp lại là chìa khóa để xây dựng một trình thao tác thành công. Bắt đầu với một nguyên mẫu, sau đó cải tiến lặp đi lặp lại cho đến khi bạn sẵn sàng tạo phiên bản cuối cùng. Ngay cả khi đó, hãy tìm kiếm những cải tiến để làm cho nó tốt hơn. Nguồn ảnh:

Bước 2: Vòng tay

Arms là một trong những thao tác phổ biến nhất được sử dụng trong FRC. Nói chung, chúng được sử dụng cùng với một bộ hiệu ứng cuối để điều khiển giao tử. Hai loại phổ biến là một tay và nhiều khớp. Trong khi các cánh tay nhiều khớp có thể vươn xa hơn và có thể kiểm soát nhiều hơn hướng của bộ tạo hiệu ứng cuối, chúng cũng phức tạp hơn nhiều. Mặt khác, các cánh tay nối đơn có ưu điểm là đơn giản. Một thiết kế phổ biến được sử dụng cho các cánh tay là liên kết 4 thanh, hoặc song song. Mối liên kết như vậy được thể hiện trong bức tranh thứ ba. Đặc điểm chính của thiết kế này là hiệu ứng cuối được giữ ở một hướng không đổi. Mẹo thiết kế cánh tay:

• Chú ý đến trọng lượng - có thể khiến cánh tay bị chậm hoặc thậm chí hỏng
• Sử dụng các vật liệu nhẹ như ống hình tròn hoặc hình chữ nhật và kim loại tấm
• Sử dụng các cảm biến như công tắc hành trình và chiết áp để đơn giản hóa việc điều khiển cánh tay
• Đối trọng với cánh tay đòn bằng lò xo, bộ giảm chấn khí hoặc trọng lượng để ổn định nó và giảm tải cho động cơ

Nguồn ảnh: https://www.chiefdelphi.com/media/photos/36687https://www.thunderchi Chicken.org/index.php? Option = com_content & view = category & layout = blog & id = 30 & Itemid = 41https://www.chiefdelphi.com / media / photos / 27982

Bước 3: Thang máy

Giống như cánh tay, thang máy được sử dụng với một bộ hiệu ứng cuối để điều khiển trò chơi. Chúng thường được nâng lên bằng cách quấn cáp trên tang trống. Mặc dù chỉ cần thiết để kéo thang máy lên, nhưng điều khôn ngoan là bạn nên trang bị một dây cáp quay trở lại có thể kéo thang máy xuống để tránh bị kẹt. Có hai kiểu định tuyến chính của cáp để nâng thang máy: làm giàn liên tục và giàn xếp tầng. Thang máy có giàn liên tục (trong hình thứ hai) có một dây cáp liên tục từ tời đến giai đoạn cuối của nó. Khi cáp được kéo vào, Giai đoạn 3 là giai đoạn đầu tiên di chuyển lên và cuối cùng di chuyển xuống khi cáp được thả ra. Hai ưu điểm của thiết kế này là cáp đi lên cùng tốc độ khi đi xuống, nghĩa là cáp quay trở lại có thể được đặt trên cùng một tang trống và độ căng của cáp thấp. Nhược điểm chính của nó là các phần giữa của nó dễ bị kẹt hơn. Thang máy có giàn xếp tầng (trong hình thứ ba) có các dây cáp riêng lẻ kết nối từng giai đoạn của thang máy. Điều này dẫn đến tất cả các giai đoạn tăng lên đồng thời khi cáp được kéo vào. Tuy nhiên, bất kỳ cáp quay trở nào phải có tốc độ khác với tốc độ của tời chính, có thể được xử lý bằng cách sử dụng các tang trống có đường kính khác nhau. Trong khi các phần giữa của thang máy xếp tầng ít bị kẹt hơn, sức căng của cáp ở tầng dưới cao hơn nhiều so với thang máy có giàn liên tục. Mặc dù thang máy và cánh tay tương tự nhau, nhưng có một số điểm khác biệt quan trọng. Thang máy có xu hướng phức tạp hơn và nặng hơn so với các tay nối đơn. Ngoài ra, thang máy thường di chuyển theo phương thẳng đứng và không thể tiếp cận bên ngoài chu vi của robot. Tuy nhiên, chúng không thay đổi trọng tâm của rô-bốt khi chúng di chuyển và vị trí của chúng có thể được kiểm soát chính xác với việc sử dụng các cảm biến và lập trình thích hợp. Về bản chất, mỗi người đều có những ưu và nhược điểm riêng, để lại quyết định sử dụng loại nào cho các đội. Một lựa chọn khác là kết hợp hai tùy chọn này bằng cách đặt một cánh tay trên bậc cuối cùng của thang máy, ví dụ về nó được hiển thị trong hình thứ tư. Nguồn ảnh:

Bước 4: Grippers

Có khoảng bao nhiêu loại máy gắp khác nhau được tìm thấy trong FRC vì có đội. Móng vuốt dùng để điều khiển và thao tác trực tiếp với phôi. Chúng rất hữu ích trong những năm có ít giao tử, mỗi lần chỉ có thể kiểm soát một trong số chúng. Hai kiểu chính là vuốt thụ động và vuốt lăn. Móng vuốt thụ động dựa vào việc các ngón tay của họ được đặt đúng vị trí để nắm lấy phôi, trong khi móng lăn sử dụng bánh xe hoặc con lăn để chủ động kéo nó vào. Danh sách các bộ kẹp khác nhau sau đây tương ứng với các hình trên:

• Máy kẹp khí nén hai ngón tay
• Bộ kẹp khí nén tuyến tính hai ngón tay
• Bộ kẹp khí nén tuyến tính ba ngón tay
• Máy gắp động cơ
• Bộ kẹp khí nén
• Vuốt con lăn cơ bản
• Bản lề con lăn vuốt

Cuối cùng, một số mẹo để thiết kế bộ kẹp:

• Đảm bảo rằng bộ kẹp của bạn tác dụng đủ lực để bám vào đầu đĩa
• Làm cho tay cầm của bạn bám vào và buông đồ vật nhanh chóng
• Giúp dễ dàng kiểm soát bằng cách sử dụng các cảm biến để tự động hóa các hoạt động cơ bản

Nguồn ảnh:

Bước 5: Thu gom và vận chuyển bóng

Mặc dù bộ gắp rất hữu ích để điều khiển các vật thể đơn lẻ có thể có hình dạng bất thường, nhưng các trò chơi FRC thường liên quan đến một loạt các quả bóng. Hai khả năng thường được yêu cầu trong các trò chơi này là thu thập bóng và vận chuyển chúng trong robot. Phương pháp thu thập bóng hiệu quả nhất thay đổi từ năm này sang năm khác tùy thuộc vào các quy tắc. Trong trò chơi năm 2012, Rebound Rumble, các đội được phép có phần phụ mở rộng ra ngoài robot của họ. Nhiều đội quyết định rằng có hệ thống thu gom bóng thả xuống sẽ có lợi, dẫn đến các phần phụ sử dụng con lăn để đưa bóng vào một ống hút duy nhất hoặc qua các tấm cản và vào robot của họ. Một số ví dụ về các robot này được nhìn thấy trong các hình ảnh từ một đến ba. Trong trò chơi năm 2009, Lunacy, các đội không được phép có người điều khiển vượt quá chu vi khung hình của họ. Nếu họ muốn thu thập các quả bóng khỏi sàn, họ phải có một lỗ mở phía trước robot của họ để làm như vậy. Điều này cũng dẫn đến nhiều robot cơ bản rộng vì nó cho phép mở rộng hơn cho các quả bóng đi vào. Một số ví dụ về những robot này được xem trong hình 4 và 5. Có một số cách khả thi để vận chuyển các quả bóng khi chúng được robot thu thập, nhưng phổ biến nhất là sử dụng dây đai polyurethane. Đai polyurethane (còn được gọi là polycord) là loại dây đai có thể điều chỉnh độ dài và được sử dụng phổ biến cho băng tải và truyền lực tải trọng thấp. Mọi robot trong hình trên đều sử dụng polycord ở một mức độ nào đó. Hình ảnh cuối cùng cho thấy polycord chi tiết hơn. Nguồn ảnh: 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

Bước 6: Chụp

Đưa bóng từ robot đến một vị trí không thể tiếp cận khác là một nhiệm vụ phổ biến khác trong FRC. Điều này đòi hỏi phải phóng bóng, thường sử dụng máy bắn đá hoặc máy bắn súng có bánh xe tương tự như máy ném bóng chày. Giải pháp phổ biến nhất cho thử thách này là nén quả bóng vào một bánh xe đang quay, điều này giúp tăng tốc đủ để phóng nó đi một khoảng cách đáng kể. Hai biến thể chính của thiết kế này là game bắn súng một bánh và bánh đôi. Các game bắn súng một bánh đơn giản và có xu hướng đặt nhiều xoáy ngược vào bóng. Vận tốc thoát ra của quả bóng xấp xỉ bằng ½ tốc độ bề mặt của bánh xe. Máy bắn súng hai bánh phức tạp hơn về mặt cơ học, nhưng có thể đẩy bóng đi xa hơn. Điều này là do vận tốc thoát ra của quả bóng xấp xỉ bằng tốc độ bề mặt của bánh xe. Hai hình ảnh đầu tiên cho thấy một số ví dụ về game bắn súng. Như nhiều nhóm đã học được trong năm 2012, chìa khóa để xây dựng một game bắn súng chính xác là kiểm soát chặt chẽ càng nhiều biến số liên quan càng tốt. Chúng bao gồm điều khiển tốc độ bánh xe, góc phóng, vận tốc của quả bóng đi vào người bắn, hướng của người bắn so với hệ thống tiếp liệu của nó, và độ trượt của quả bóng so với bánh xe và bề mặt mui xe. Máy bắn đá ít phổ biến hơn nhiều trong các trò chơi bắn súng vì chúng không thể bắn rất nhanh. Tuy nhiên, ưu điểm chính của chúng là có thể chính xác hơn so với các game bắn súng truyền thống. Máy phóng thường chạy bằng khí nén hoặc lò xo. Bức ảnh cuối cùng là một nhóm đã sử dụng khí nén để cung cấp năng lượng cho máy phóng trong năm qua. Nguồn ảnh: 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

Bước 7: Tời

Tời có nhiều cách sử dụng có thể có trong FRC và do đó được tìm thấy như là phần tử của những người thao tác lớn hơn. Hai trong số những ứng dụng phổ biến nhất của chúng là dự trữ năng lượng cho một cơ chế lớn hơn và để nâng toàn bộ robot. Khi được sử dụng để tải một thiết bị lưu trữ năng lượng, tời thường được thiết kế để chỉ hoạt động theo một hướng, với bộ nhả cho phép nó quay tự do, do đó giải phóng năng lượng tích trữ. Hình ảnh của một tời được thiết kế để làm điều này được hiển thị trong hình đầu tiên. Một công dụng khác của tời kéo là nâng hạ rô bốt. Trong trường hợp này, thường là không đủ để có một hộp số riêng dành riêng cho nhiệm vụ này, khiến các đội phải chế tạo một hộp số ngắt công suất, có khả năng chuyển công suất từ hệ thống truyền động sang một cơ cấu riêng biệt. Mặc dù nó chỉ là một cách điều khiển tời, tôi quyết định đưa ra một ví dụ về một trong những bức ảnh thứ hai bởi vì nó là một cơ chế thú vị. Nguồn ảnh:

Bước 8: Kết luận

Như bạn đã bắt đầu thấy, có rất nhiều thiết kế người thao tác khác nhau có thể được sử dụng trong Cuộc thi Người máy ĐẦU TIÊN. Với rất nhiều đội đang làm việc để giải quyết các thử thách, mỗi nhóm có lý lịch riêng, điều này tất nhiên là chắc chắn sẽ xảy ra. Nhận thức được những gì đã làm trước đây có thể giúp bạn tiết kiệm thời gian quý báu bằng cách sử dụng những người thao tác trước đó làm đường cơ sở cho cả nguyên mẫu và thiết kế cuối cùng của nhóm bạn. Tuy nhiên, cũng cần lưu ý đừng để những thiết kế trước đó hạn chế suy nghĩ của bạn. Nếu khi nhận được thử thách, bạn ngay lập tức chọn một thiết kế cũ để sử dụng, bạn có thể đang bỏ qua một giải pháp tốt hơn. Ngoài ra, đôi khi các giải pháp sáng tạo, kỳ lạ nhất được điều chỉnh cụ thể cho một thách thức cuối cùng lại chiếm ưu thế. Ví dụ, người chế tác trong hình rất khác so với hầu hết năm nó được sử dụng, nhưng rất thành công. Nếu bạn nhớ điều này và các mẹo chung mà tôi đã gợi ý ở phần đầu, bạn sẽ có thể tạo ra một người thao túng thành công trên con đường của mình. Cảm ơn Andy Baker của AndyMark đã công bố công khai bài thuyết trình của anh ấy về những kẻ thao túng. Nhiều hình ảnh trong hướng dẫn này là từ nó. Nguồn ảnh: