Introdução aos manipuladores: 8 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Criar o manipulador certo para um desafio é uma das partes mais difíceis da FIRST Robotics Competition (FRC). Em meus quatro anos como estudante, sempre foi o maior ponto de falha da minha equipe. Embora o desafio do jogo em FRC mude de ano para ano, muitas vezes há tarefas semelhantes às dos anos anteriores. Por exemplo, o jogo de 2012, Rebound Rumble, tinha elementos claros do jogo de 2001, Diabolical Dynamics, e do jogo de 2006, Aim High. Por esse motivo, é benéfico estar familiarizado com os designs básicos de manipuladores usados em jogos anteriores. Este tutorial fornecerá uma visão geral dos manipuladores comumente usados na FIRST Robotics Competition (FRC). Cada etapa discutirá um tipo geral de manipulador e fornecerá exemplos de implementações do manipulador. Este tutorial foi feito por meio do programa Autodesk FIRST High School Intern. Prerequisites: A vontade de aprender Crédito da foto:

Etapa 1: Diretrizes Gerais

Antes de entrar nos detalhes de diferentes manipuladores, gostaria de fornecer algumas diretrizes gerais que o ajudarão a escolher e projetar um manipulador. Primeiro, deixe a estratégia conduzir o projeto do seu manipulador, e não vice-versa. O que isso significa é que seu manipulador deve cumprir os requisitos de design que sua equipe decidiu ao formar uma estratégia, em vez de formar uma estratégia baseada no manipulador que você montou. Em segundo lugar, projete dentro dos limites de sua equipe. Se você sabe que simplesmente não tem os recursos para construir o manipulador supercomplicado que você acha que vai dominar todos os aspectos do jogo, não faça isso! Escolha o mais simples que você possa construir e que cumpra muito bem uma função. No entanto, também não tenha medo de pressionar sua equipe para superar seus limites. Por exemplo, minha equipe se esforçou para construir um bot de prática no ano passado e acabou sendo muito benéfico. Terceiro, sempre tenha controle ativo da peça de jogo. Por exemplo, se uma bola precisa ser transportada através de seu robô, faça-o com uma esteira, não com uma rampa. Se você não controlar ativamente a peça de jogo, ela inevitavelmente emperrará ou cairá do seu manipulador. Finalmente, a prototipagem e o desenvolvimento iterativo são essenciais para construir um manipulador de sucesso. Comece com um protótipo e, em seguida, melhore-o iterativamente até que esteja pronto para construir uma versão final. Mesmo assim, procure melhorias que o tornarão melhor. Crédito da foto:

Etapa 2: Braços

Os braços são um dos manipuladores mais comuns usados no FRC. Geralmente, eles são usados em conjunto com um efetor final para controlar a peça de jogo. Os dois tipos comuns são braços simples e multiarticulares. Embora os braços multiarticulares possam alcançar mais longe e ter mais controle da orientação do efetor final, eles também são muito mais complexos. Por outro lado, os braços de articulação simples têm a vantagem da simplicidade. Um projeto comum usado para braços é uma articulação de 4 bar, ou paralela. Essa ligação é mostrada na terceira foto. A principal característica deste projeto é que o efetor final é mantido em uma orientação constante. Dicas para design de braço:

• Preste atenção ao peso - pode fazer com que o braço fique lento ou até mesmo falhar
• Use materiais leves, como tubos circulares ou retangulares e chapas de metal
• Use sensores como interruptores de limite e potenciômetros para simplificar o controle do braço
• Contrabalance o braço com molas, choques a gás ou peso para estabilizá-lo e reduzir a carga nos motores

Créditos das fotos: 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

Etapa 3: elevadores

Como os braços, os elevadores são usados com um efetor final para controlar a peça de jogo. Eles geralmente são levantados enrolando o cabo em um tambor. Embora seja necessário apenas puxar o elevador para cima, é aconselhável incluir um cabo de retorno que pode puxar o elevador para baixo para evitar emperramento. Existem dois estilos principais de roteamento do cabo para que ele eleve o elevador: amarração contínua e amarração em cascata. Elevadores com amarração contínua (mostrados na segunda foto) possuem um cabo contínuo do guincho até seu último estágio. Conforme o cabo é puxado para dentro, o Estágio 3 é o primeiro a se mover para cima e o último a se mover para baixo quando o cabo é solto. Duas vantagens desse projeto são que o cabo sobe na mesma velocidade em que desce, o que significa que um cabo de retorno pode ser colocado no mesmo tambor e que a tensão no cabo é baixa. Sua principal desvantagem é que suas seções intermediárias são mais suscetíveis a travamentos. Elevadores com cordame em cascata (mostrado na terceira foto) possuem cabos individuais conectando cada estágio do elevador. Isso faz com que todos os estágios subam simultaneamente à medida que o cabo é puxado. No entanto, qualquer cabo de retorno deve ter uma velocidade diferente do guincho principal, que pode ser manuseada com tambores de diâmetros diferentes. Embora as seções intermediárias de um elevador em cascata sejam menos suscetíveis a congestionamentos, a tensão nos cabos do estágio inferior é muito maior do que em um elevador com aparelhagem contínua. Embora elevadores e braços sejam semelhantes, existem algumas distinções importantes. Os elevadores tendem a ser mais complicados e pesados do que os braços com uma única articulação. Além disso, os elevadores geralmente se movem verticalmente e são incapazes de alcançar fora do perímetro do robô. No entanto, eles não mudam o centro de gravidade do robô à medida que se movem, e sua posição pode ser controlada com precisão com o uso adequado de sensores e programação. Em essência, cada um tem suas próprias vantagens e desvantagens, deixando a decisão de qual usar para as equipes. Outra opção é combinar essas duas opções colocando um braço no último estágio de um elevador, um exemplo do qual é mostrado na quarta foto. Créditos das fotos:

Etapa 4: garras

Existem tantos tipos diferentes de garras encontradas no FRC quanto equipes. As garras são usadas para controlar e manipular diretamente a peça de jogo. Eles são úteis em anos em que há poucas peças de jogo, das quais apenas uma pode ser controlada por vez. Os dois estilos principais são garras passivas e garras rolantes. As garras passivas dependem de seus dedos estarem devidamente posicionados para agarrar a peça de jogo, enquanto as garras rolantes usam rodas ou roletes para puxá-la ativamente. A seguinte lista de garras diferentes corresponde às imagens acima:

• Pinça pneumática de dois dedos
• Pinça pneumática linear de dois dedos
• Garra pneumática linear de três dedos
• Pinça motorizada
• Pinça pneumática
• Garra de rolo básico
• Garra de rolo articulada

Finalmente, várias dicas para o design da garra:

• Certifique-se de que sua garra aplica força suficiente para segurar a peça de jogo
• Faça sua garra agarrar e soltar objetos rapidamente
• Facilite o controle usando sensores para automatizar as operações básicas

Créditos das fotos:

Etapa 5: coleta e transporte de bolas

Embora as garras sejam úteis para manipular objetos únicos que podem ter formatos incomuns, muitas vezes os jogos FRC envolvem um monte de bolas. Dois recursos comumente exigidos nesses jogos são coletar bolas e transportá-las dentro de um robô. O método mais eficaz de coletar bolas muda de ano para ano, dependendo das regras. No jogo de 2012, Rebound Rumble, as equipes foram autorizadas a ter apêndices que se estendiam além de seu robô. Muitas equipes decidiram que seria vantajoso ter sistemas de coleta de bolas suspensas, resultando em apêndices que usavam rolos para afunilar as bolas em uma única entrada ou sobre seus pára-choques e em seu robô. Vários exemplos desses robôs são vistos nas fotos de um a três. No jogo Lunacy de 2009, as equipes não podiam ter manipuladores que se estendiam além do perímetro de seu quadro. Se eles quisessem coletar bolas do chão, eles tinham que ter uma abertura na frente de seu robô para fazer isso. Isso também levou a muitos robôs de base ampla porque permite uma maior abertura para as bolas entrarem. Alguns exemplos desses robôs são vistos nas fotos quatro e cinco. Existem várias maneiras de transportar as bolas depois de coletadas por um robô, mas a mais comum é o uso de correias de poliuretano. As correias de poliuretano (também conhecidas como polycord) são correias de comprimento ajustável e são comumente usadas para transportadores e transmissão de energia de baixa carga. Cada um dos robôs retratados acima usa polycord até certo ponto. A imagem final mostra polycord com mais detalhes. Créditos das fotos: https://www.simbotics.org/media/photos/2012-first-champpected/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

Etapa 6: Tiro

Levar uma bola de um robô para um local de outra forma inacessível é outra tarefa comum no FRC. Isso requer o lançamento da bola, geralmente usando uma catapulta ou um arremessador de rodas semelhante a uma máquina de arremesso de beisebol. A solução mais comum para esse desafio é comprimir a bola contra uma roda giratória, o que a acelera o suficiente para lançá-la a uma distância significativa. As duas principais variações desse projeto são os atiradores de rodas simples e duplas. Os arremessadores de uma só roda são simples e tendem a colocar muito backspin na bola. A velocidade de saída da bola é aproximadamente igual a ½ da velocidade da superfície da roda. Os atiradores de duas rodas são mais complicados mecanicamente, mas podem impulsionar a bola mais longe. Isso ocorre porque a velocidade de saída da bola é aproximadamente igual à velocidade da superfície da roda. As duas primeiras fotos mostram alguns exemplos de atiradores. Como muitas equipes aprenderam em 2012, a chave para construir um atirador preciso é controlar rigidamente o máximo possível das variáveis envolvidas. Isso inclui controlar a velocidade da roda, o ângulo de lançamento, a velocidade das bolas que entram no arremessador, a orientação do arremessador em relação ao seu sistema de alimentação e o deslizamento da bola contra a roda e a superfície do capô. Catapultas são muito menos comuns em jogos de tiro porque são incapazes de disparar muito rapidamente. No entanto, sua principal vantagem é que eles podem ser mais precisos do que os atiradores tradicionais. As catapultas são geralmente acionadas por sistemas pneumáticos ou molas. A foto final é de uma equipe que usou pneumática para impulsionar uma catapulta no ano passado. Créditos das fotos: https://www.chiefdelphi.com/media/photos/37418https://gallery.raiderrobotix.org/2012-Champreaters/2012ChampDSP/IMG_3448https://www.teamxbot.org/index.php? Option = com_content & view = artigo & id = 47 & Itemid = 55

Etapa 7: Guinchos

Os guinchos têm vários usos possíveis no FRC e, portanto, são encontrados como elementos de manipuladores maiores. Dois de seus usos mais comuns são no armazenamento de energia para um mecanismo maior e para levantar um robô inteiro. Quando usados para carregar um dispositivo de armazenamento de energia, os guinchos geralmente são projetados para operar apenas em uma direção, com uma liberação que permite girar livremente, liberando assim a energia armazenada. A imagem de um guincho projetado para fazer isso é mostrada na primeira imagem. Outro uso do guincho é levantar um robô. Nesse caso, geralmente não é suficiente ter uma caixa de câmbio separada dedicada à tarefa, fazendo com que as equipes construam uma caixa de tomada de força, que é capaz de desviar a força do trem de força para um mecanismo separado. Embora seja apenas uma forma de conduzir um guincho, decidi mostrar um exemplo de um na segunda foto porque é um mecanismo interessante. Créditos das fotos:

Etapa 8: Conclusão

Como você começou a ver, existem muitos designs diferentes de manipuladores que podem ser usados na Competição de Robótica FIRST. Com tantas equipes trabalhando para resolver os desafios, cada uma com sua própria experiência, é claro que isso vai acontecer. Ficar ciente do que foi feito antes pode economizar um tempo valioso usando manipuladores anteriores como linhas de base para os protótipos e designs finais de sua equipe. No entanto, também tome cuidado para não permitir que designs anteriores limitem seu pensamento. Se, ao receber o desafio, você escolher imediatamente um design antigo para usar, pode estar negligenciando uma solução melhor. Além disso, às vezes as soluções mais criativas e bizarras que são feitas sob medida para um desafio acabam prevalecendo. Por exemplo, o manipulador retratado era muito diferente da maioria do ano em que foi usado, mas foi muito bem-sucedido. Se você se lembrar disso e das dicas gerais que sugeri no início, você já estará no caminho certo para criar um manipulador de sucesso. Obrigado a Andy Baker da AndyMark por disponibilizar publicamente sua apresentação sobre manipuladores. Muitas das fotos neste tutorial são dele. Crédito da foto: