Manipülatörlere Giriş: 8 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Bir meydan okuma için doğru manipülatörü oluşturmak, FIRST Robotics Competition'ın (FRC) en zor kısımlarından biridir. Dört yıllık öğrenciliğimde, her zaman takımımın en büyük başarısızlığı oldu. FRC'deki oyun zorluğu yıldan yıla değişse de, genellikle önceki yıllara benzer görevler vardır. Örneğin, 2012 oyunu Rebound Rumble, 2001 oyununun, Diabolical Dynamics'in ve 2006 oyununun, Aim High'ın açık unsurlarına sahipti. Bu nedenle önceki oyunlarda kullanılan temel manipülatör tasarımlarına aşina olmakta fayda var. Bu eğitim, FIRST Robotics Competition'da (FRC) yaygın olarak kullanılan manipülatörlere genel bir bakış sağlayacaktır. Her adım, genel bir manipülatör tipini tartışacak ve manipülatörün uygulamalarının örneklerini sağlayacaktır. Bu eğitim, Autodesk FIRST Lise Stajyeri programı aracılığıyla yapılmıştır. Önkoşullar: Öğrenmeye istekli olma Fotoğraf Kredi:https://www.andymark.com/Presentations-Education-s/194.htm

Adım 1: Genel Yönergeler

Farklı manipülatörlerin somunlarına ve cıvatalarına geçmeden önce, bir manipülatör seçmenize ve tasarlamanıza yardımcı olacak bazı genel yönergeler sağlamak istedim. İlk olarak, stratejinin manipülatör tasarımınızı yönlendirmesine izin verin, tersi değil. Bunun anlamı, manipülatörünüzün, bir araya getirdiğiniz manipülatöre dayalı bir strateji oluşturmak yerine, bir strateji oluştururken ekibinizin karar verdiği tasarım gereksinimlerini karşılaması gerektiğidir. İkincisi, ekiplerinizin sınırları dahilinde tasarım yapın. Oyunun her yönüne hükmedeceğini düşündüğünüz süper karmaşık manipülatörü inşa edecek kaynaklara sahip olmadığınızı biliyorsanız, yapmayın! İnşa edebileceğiniz ve bir rolü gerçekten iyi bir şekilde yerine getirecek olan daha basit olanı seçin. Ancak, sınırlarınızı aşmak için ekibinizi zorlamaktan da korkmayın. Örneğin, ekibim geçtiğimiz yıl bir antrenman botu oluşturmaya kendimizi zorladı ve sonuçta gerçekten faydalı oldu. Üçüncüsü, oyun parçası üzerinde her zaman aktif kontrole sahip olun. Örneğin, robotunuz aracılığıyla bir topun taşınması gerekiyorsa bunu rampa ile değil konveyör ile yapın. Oyun parçasını aktif olarak kontrol etmezseniz, kaçınılmaz olarak kilitlenir veya manipülatörünüzden düşer. Son olarak, prototip oluşturma ve yinelemeli geliştirme, başarılı bir manipülatör oluşturmanın anahtarıdır. Bir prototiple başlayın ve ardından nihai sürümü oluşturmaya hazır olana kadar onu yinelemeli olarak geliştirin. O zaman bile, onu daha iyi hale getirecek iyileştirmeler arayın. Fotoğraf Kredisi:

2. Adım: Silahlar

Kollar, FRC'de kullanılan en yaygın manipülatörlerden biridir. Genellikle, oyun parçasını kontrol etmek için bir son efektör ile birlikte kullanılırlar. İki yaygın tip, tek ve çok eklemli kollardır. Çok eklemli kollar daha uzağa ulaşabilir ve uç efektörün oryantasyonu üzerinde daha fazla kontrole sahip olabilirken, aynı zamanda çok daha karmaşıktırlar. Öte yandan, tek eklemli kollar basitlik avantajına sahiptir. Kollar için kullanılan yaygın bir tasarım, 4 bar veya paralel bağlantıdır. Böyle bir bağlantı üçüncü resimde gösterilmiştir. Bu tasarımın ana özelliği, uç efektörün sabit bir oryantasyonda tutulmasıdır. Kol tasarımı için ipuçları:

• Ağırlığa dikkat edin - kolun yavaşlamasına ve hatta başarısız olmasına neden olabilir
• Dairesel veya dikdörtgen boru ve sac gibi hafif malzemeler kullanın
• Kolu kontrol etmeyi basitleştirmek için limit anahtarları ve potansiyometreler gibi sensörler kullanın
• Kolu yaylar, gaz şokları veya ağırlıkla dengeleyerek dengeleyin ve motorlardaki yükü azaltın

Fotoğraf Kaynakları: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 /medya/fotoğraflar/27982

3. Adım: Asansörler

Silahlar gibi, asansörler de oyun parçasını kontrol etmek için bir uç efektör ile kullanılır. Genellikle bir tambur üzerine kablo sarılarak yükseltilirler. Sadece asansörü yukarı çekmek gerekli olsa da, sıkışmayı önlemek için asansörü aşağı çekebilecek bir dönüş kablosu eklemek akıllıca olacaktır. Kabloyu asansörü yükseltecek şekilde yönlendirmenin iki ana stili vardır: sürekli donanım ve basamaklı donanım. Sürekli donanıma sahip asansörler (ikinci resimde gösterilmiştir) vinçten son aşamasına kadar bir sürekli kabloya sahiptir. Kablo içeri çekilirken, Aşama 3, kablo serbest bırakıldığında ilk yukarı hareket eden ve en son aşağı hareket edendir. Bu tasarımın iki avantajı, kablonun aşağı indiği hızda yukarı çıkması, yani aynı tambura bir geri dönüş kablosu yerleştirilebilmesi ve kablodaki gerilimin düşük olmasıdır. Ana dezavantajı, orta bölümlerinin sıkışmaya daha duyarlı olmasıdır. Basamaklı donanıma sahip asansörler (üçüncü resimde gösterilmiştir) asansörün her aşamasını birbirine bağlayan ayrı kablolara sahiptir. Bu, kablo çekilirken tüm aşamaların aynı anda yükselmesine neden olur. Ancak, herhangi bir dönüş kablosunun, farklı çaplarda tamburlar kullanılarak taşınabilen ana vinçten farklı bir hızı olmalıdır. Basamaklı bir asansörün orta bölümleri sıkışmaya karşı daha az hassasken, alt kademe kablolarındaki gerilim, sürekli teçhizatlı bir asansöre göre çok daha yüksektir. Asansörler ve kollar benzer olsa da, bazı önemli ayrımlar vardır. Asansörler, tek eklemli kollardan daha karmaşık ve daha ağır olma eğilimindedir. Ek olarak, asansörler genellikle dikey olarak hareket eder ve robotun çevresinin dışına ulaşamaz. Bununla birlikte, hareket ederken robotun ağırlık merkezini değiştirmezler ve konumları, sensörlerin doğru kullanımı ve programlama ile hassas bir şekilde kontrol edilebilir. Özünde, her birinin kendi avantajları ve dezavantajları vardır ve hangisinin kullanılacağı kararını ekiplere bırakır. Diğer bir seçenek ise dördüncü resimde örneği görülen bir asansörün son aşamasına bir kol yerleştirerek bu iki seçeneği birleştirmektir. Fotoğraf Kaynakları:https://www.chiefdelphi.com/media/photos/36604https://www.andymark.com/Presentations-Education-s/194.htmhttps://2012.team254.com/first/robots/

Adım 4: Tutucular

FRC'de ne kadar takım varsa o kadar farklı tutucu türü bulunur. Pençeler, oyun parçasını doğrudan kontrol etmek ve manipüle etmek için kullanılır. Aynı anda yalnızca biri kontrol edilebilen birkaç oyun parçasının olduğu yıllarda faydalıdırlar. İki ana stil, pasif pençeler ve makaralı pençelerdir. Pasif pençeler, oyun parçasını kavramak için parmaklarının doğru şekilde konumlandırılmasına güvenir, makaralı pençeler ise aktif olarak içeri çekmek için tekerlekleri veya makaraları kullanır. Aşağıdaki farklı tutucular listesi, yukarıdaki resimlere karşılık gelir:

• İki parmaklı pnömatik tutucu
• İki parmak lineer pnömatik tutucu
• Üç parmak lineer pnömatik tutucu
• Motorlu tutucu
• Pnömatik tutucu
• Temel makaralı pençe
• Menteşeli makaralı pençe

Son olarak, tutucu tasarımı için birkaç ipucu:

• Tutucunuzun oyun parçasına asmak için yeterli kuvvet uyguladığından emin olun
• Tutucunuzu nesneleri tutun ve hızla bırakın
• Temel işlemleri otomatikleştirmek için sensörleri kullanarak kontrolü kolaylaştırın

Fotoğraf Kaynakları:https://www.andymark.com/Presentations-Education-s/194.htmhttps://www.chiefdelphi.com/media/photos/36671https://www.chiefdelphi.com/media/photos/36522

Adım 5: Top Toplama ve Taşıma

Kıskaçlar, alışılmadık şekilde şekillendirilebilecek tek nesneleri manipüle etmek için kullanışlı olsa da, çoğu zaman FRC oyunlarında bir sürü top bulunur. Bu oyunlarda yaygın olarak gerekli olan iki yetenek, topları toplamak ve bir robot içinde taşımaktır. Top toplamanın en etkili yöntemi, kurallara bağlı olarak yıldan yıla değişir. 2012 oyununda, Rebound Rumble, takımların robotlarının ötesine uzanan uzantılara sahip olmalarına izin verildi. Birçok takım, top toplama sistemlerine sahip olmanın avantajlı olacağına karar verdi ve bu da, topları tek bir girişe veya tamponlarının üzerinden robotlarına hunilemek için silindirler kullanan eklerle sonuçlandı. Bu robotların birkaç örneği, birden üçe kadar olan resimlerde görülmektedir. 2009 oyunu Lunacy'de, takımların çerçeve sınırlarının ötesine geçen manipülatörlere sahip olmalarına izin verilmiyordu. Yerdeki topları toplamak istiyorlarsa, bunu yapmak için robotlarının önünde bir açıklığa sahip olmaları gerekiyordu. Bu aynı zamanda birçok geniş tabanlı robota yol açtı çünkü topların girmesi için daha büyük bir açıklığa izin veriyor. Bu robotların bazı örnekleri dördüncü ve beşinci resimlerde görülmektedir. Bir robot tarafından toplandıktan sonra topları taşımanın birkaç olası yolu vardır, ancak en yaygın olanı poliüretan kayış kullanmaktır. Poliüretan kayışlar (polikord olarak da bilinir) uzunluğu ayarlanabilir kayışlardır ve genellikle konveyörler ve düşük yükte güç aktarımı için kullanılır. Yukarıda resmedilen robotların her biri bir dereceye kadar polycord kullanıyor. Son resim polikordu daha ayrıntılı olarak göstermektedir. Fotoğraf Kaynakları: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

6. Adım: Çekim

Bir robottan başka bir şekilde erişilemeyen bir yere top almak, FRC'deki bir başka yaygın görevdir. Bu, genellikle bir beyzbol atış makinesine benzer bir mancınık veya tekerlekli atıcı kullanarak topu fırlatmayı gerektirir. Bu zorluğun en yaygın çözümü, topu önemli bir mesafeye fırlatmak için yeterince hızlandıran bir çıkrığa bastırmaktır. Bu tasarımın iki ana varyasyonu, tek ve çift tekerlekli atıcılardır. Tek tekerlekli şutörler basittir ve topa çok fazla geri dönüş yapma eğilimindedir. Topun çıkış hızı yaklaşık olarak çarkın yüzey hızının ½'sine eşittir. Çift tekerlekli atıcılar mekanik olarak daha karmaşıktır, ancak topu daha uzağa itebilir. Bunun nedeni, topun çıkış hızının yaklaşık olarak tekerleğin yüzey hızına eşit olmasıdır. İlk iki resim, bazı atıcı örneklerini göstermektedir. 2012'de birçok takımın öğrendiği gibi, isabetli bir şutör oluşturmanın anahtarı, ilgili değişkenlerin mümkün olduğu kadar çok sıkı bir şekilde kontrol edilmesidir. Bunlar, tekerlek hızını, fırlatma açısını, atıcıya giren topların hızını, atıcının besleme sistemine göre yönelimini ve tekerlek ve başlık yüzeyine karşı top kaymasını kontrol etmeyi içerir. Mancınık atış oyunlarında çok daha az yaygındır çünkü çok hızlı ateş edemezler. Bununla birlikte, ana avantajları, geleneksel atıcılardan daha isabetli olabilmeleridir. Mancınıklar genellikle pnömatik veya yaylarla çalıştırılır. Son resim, geçen yıl bir mancınığa güç sağlamak için pnömatik kullanan bir ekibe ait. Fotoğraf Kaynakları:https://www.chiefdelphi.com/media/photos/37418https://gallery.raiderrobotix.org/2012-Championships/2012ChampDSP/IMG_3448https://www.teamxbot.org/index.php?option=com_content&view =makale&id=47&Öğe kimliği=55

Adım 7: Vinçler

Vinçlerin FRC'de birden fazla olası kullanımı vardır ve bu nedenle daha büyük manipülatörlerin öğeleri olarak bulunur. En yaygın kullanımlarından ikisi, daha büyük bir mekanizma için enerji depolamak ve tüm bir robotu kaldırmaktır. Bir enerji depolama cihazını yüklemek için kullanıldığında, vinçler genellikle sadece bir yönde çalışacak şekilde tasarlanır, serbestçe dönmesine izin veren bir serbest bırakma ile depolanan enerjiyi serbest bırakır. Bunu yapmak için tasarlanmış bir vincin resmi ilk resimde gösterilmiştir. Bir vinç için başka bir kullanım, bir robotu kaldırmaktır. Bu durumda, genellikle göreve ayrılmış ayrı bir dişli kutusuna sahip olmak yeterli değildir, bu da ekiplerin gücü aktarma organlarından ayrı bir mekanizmaya yönlendirme yeteneğine sahip bir PTO dişli kutusu oluşturmasına neden olur. Sadece bir vinç kullanmanın bir yolu olsa da, ilginç bir mekanizma olduğu için ikinci resimde bir örnek göstermeye karar verdim. Fotoğraf Kaynakları:https://www.chiefdelphi.com/media/photos/31324https://www.chiefdelphi.com/media/photos/35997

Adım 8: Sonuç

Gördüğünüz gibi, FIRST Robotik Yarışmasında kullanılabilecek birçok farklı olası manipülatör tasarımı var. Zorlukları çözmek için çalışan, her biri kendi geçmişine sahip bu kadar çok ekip varken, bu elbette gerçekleşecek. Daha önce ne yapıldığının farkında olmak, hem ekibinizin prototipleri hem de nihai tasarımları için önceki manipülatörleri temel alarak size değerli zaman kazandırabilir. Bununla birlikte, önceki tasarımların düşüncenizi sınırlamasına izin vermemeye de dikkat edin. Meydan okuma üzerine hemen eski bir tasarımı seçerseniz, daha iyi bir çözümü gözden kaçırıyor olabilirsiniz. Buna ek olarak, bazen en yaratıcı, özel olarak bir meydan okumaya uyarlanmış çözümler eninde sonunda üstün gelir. Örneğin, resimdeki manipülatör, kullanıldığı yıldan çok farklıydı, ancak oldukça başarılıydı. Bunu ve başta önerdiğim genel ipuçlarını hatırlarsanız, başarılı bir manipülatör yaratma yolunda çoktan ilerlemiş olacaksınız. AndyMark'tan Andy Baker'a manipülatörlerle ilgili sunumunu herkese açık hale getirdiği için teşekkür ederiz. Bu eğitimdeki resimlerin çoğu ondan. Fotoğraf Kredisi:https://www.popularmechanics.com/technology/engineering/robots/robot-designs-2010-FIRST-2#slide-2