Introducción a los manipuladores: 8 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Crear el manipulador adecuado para un desafío es una de las partes más difíciles de la FIRST Robotics Competition (FRC). En mis cuatro años como estudiante, siempre fue el mayor punto de falla de mi equipo. Aunque el desafío del juego en FRC cambia de un año a otro, a menudo hay tareas similares a las de años anteriores. Por ejemplo, el juego de 2012, Rebound Rumble, tenía elementos claros del juego de 2001, Diabolical Dynamics, y del juego de 2006, Aim High. Por esta razón, es beneficioso estar familiarizado con los diseños de manipuladores básicos utilizados en juegos anteriores. Este tutorial proporcionará una descripción general de los manipuladores que se utilizan comúnmente en la FIRST Robotics Competition (FRC). Cada paso discutirá un tipo de manipulador general y proporcionará ejemplos de implementaciones del manipulador. Este tutorial se realizó a través del programa de pasantes de la escuela secundaria FIRST de Autodesk Requisitos previos: voluntad de aprender Crédito de la foto:

Paso 1: pautas generales

Antes de entrar en las tuercas y tornillos de los diferentes manipuladores, quería proporcionar algunas pautas generales que lo ayudarán a elegir y diseñar un manipulador. Primero, deje que la estrategia impulse el diseño de su manipulador, no al revés. Lo que esto significa es que su manipulador debe cumplir con los requisitos de diseño que su equipo decidió al formar una estrategia, en lugar de formar una estrategia basada en el manipulador que improvisa. En segundo lugar, diseñe dentro de los límites de sus equipos. Si sabes que no tienes los recursos para construir el manipulador súper complicado que crees que dominará todos los aspectos del juego, ¡no lo hagas! Elija uno más simple que pueda construir y cumplirá una función muy bien. Sin embargo, tampoco tenga miedo de presionar a su equipo para que supere sus límites. Por ejemplo, mi equipo se esforzó por construir un bot de práctica el año pasado, y terminó siendo realmente beneficioso. En tercer lugar, siempre tenga el control activo de la pieza de juego. Por ejemplo, si es necesario transportar una pelota a través de su robot, hágalo con un transportador, no con una rampa. Si no controlas activamente la pieza de juego, inevitablemente se atascará o caerá de tu manipulador. Finalmente, la creación de prototipos y el desarrollo iterativo son clave para construir un manipulador exitoso. Comience con un prototipo y luego mejórelo iterativamente hasta que esté listo para construir una versión final. Incluso entonces, busque mejoras que lo hagan mejor. Crédito de la foto:

Paso 2: brazos

Los brazos son uno de los manipuladores más comunes utilizados en FRC. Generalmente, se utilizan junto con un efector final para controlar la pieza de juego. Los dos tipos comunes son brazos de articulaciones simples y múltiples. Si bien los brazos con múltiples articulaciones pueden llegar más lejos y pueden tener más control de la orientación del efector final, también son mucho más complejos. Por otro lado, los brazos de una sola articulación tienen la ventaja de la simplicidad. Un diseño común utilizado para los brazos es un varillaje de 4 barras o paralelo. Este vínculo se muestra en la tercera imagen. La característica principal de este diseño es que el efector final se mantiene en una orientación constante. Consejos para el diseño de brazos:

• Preste atención al peso: puede hacer que el brazo se ralentice o incluso falle
• Utilice materiales ligeros como tubos circulares o rectangulares y láminas de metal.
• Utilice sensores como interruptores de límite y potenciómetros para simplificar el control del brazo
• Contrapesa el brazo con resortes, amortiguadores de gas o peso para estabilizarlo y reducir la carga en los motores.

Créditos de las fotografías: 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

Paso 3: ascensores

Al igual que los brazos, los elevadores se utilizan con un efector final para controlar la pieza de juego. Por lo general, se levantan enrollando un cable en un tambor. Aunque solo es necesario tirar del elevador hacia arriba, es aconsejable incluir un cable de retorno que pueda tirar del elevador hacia abajo para evitar atascos. Hay dos estilos principales de enrutamiento del cable para que eleve el elevador: aparejo continuo y aparejo en cascada. Los ascensores con aparejo continuo (mostrado en la segunda imagen) tienen un cable continuo desde el cabrestante hasta su última etapa. A medida que se tira del cable, la Etapa 3 es la primera en subir y la última en bajar cuando se suelta el cable. Dos ventajas de este diseño son que el cable sube a la misma velocidad que baja, lo que significa que se puede colocar un cable de retorno en el mismo tambor y que la tensión en el cable es baja. Su principal desventaja es que sus secciones medias son más susceptibles a atascarse. Los ascensores con aparejos en cascada (que se muestran en la tercera imagen) tienen cables individuales que conectan cada etapa del ascensor. Esto da como resultado que todas las etapas suban simultáneamente a medida que se introduce el cable. Sin embargo, cualquier cable de retorno debe tener una velocidad diferente a la del cabrestante principal, que se puede manipular utilizando tambores de diferentes diámetros. Si bien las secciones intermedias de un elevador en cascada son menos susceptibles a atascarse, la tensión en los cables de la etapa inferior es mucho mayor que en un elevador con aparejo continuo. Aunque los ascensores y los brazos son similares, existen algunas distinciones importantes. Los elevadores tienden a ser más complicados y pesados que los brazos de una sola articulación. Además, los ascensores generalmente se mueven verticalmente y no pueden llegar fuera del perímetro del robot. Sin embargo, no cambian el centro de gravedad del robot a medida que se mueven, y su posición se puede controlar con precisión con el uso adecuado de sensores y programación. En esencia, cada uno tiene sus propias ventajas y desventajas, dejando la decisión de cuál utilizar a los equipos. Otra opción es combinar estas dos opciones colocando un brazo en la última etapa de un ascensor, un ejemplo de lo cual se muestra en la cuarta imagen. Créditos de las fotografías:

Paso 4: pinzas

Hay tantos tipos diferentes de pinzas en FRC como equipos. Las garras se utilizan para controlar y manipular directamente la pieza de juego. Son útiles en años en los que hay pocas piezas de juego, de las cuales solo se puede controlar una a la vez. Los dos estilos principales son garras pasivas y garras de rodillo. Las garras pasivas dependen de que sus dedos estén correctamente posicionados para agarrar la pieza de juego, mientras que las garras de rodillo usan ruedas o rodillos para tirar de ella activamente. La siguiente lista de diferentes agarres corresponde a las imágenes de arriba:

• Pinza neumática de dos dedos
• Pinza neumática lineal de dos dedos
• Pinza neumática lineal de tres dedos
• Pinza motorizada
• Pinza neumática
• Garra de rodillo básica
• Garra de rodillo con bisagras

Finalmente, varios consejos para el diseño de pinzas:

• Asegúrese de que su pinza aplique suficiente fuerza para agarrarse a la pieza de juego
• Haga que su pinza agarre y suelte objetos rápidamente
• Facilite el control mediante el uso de sensores para automatizar las operaciones básicas.

Créditos de las fotografías:

Paso 5: Recogida y transporte de bolas

Si bien las pinzas son útiles para manipular objetos individuales que pueden tener una forma inusual, a menudo los juegos de FRC involucran un montón de bolas. Dos capacidades que se requieren comúnmente en estos juegos son recolectar bolas y transportarlas dentro de un robot. El método más efectivo para recolectar bolas cambia de un año a otro dependiendo de las reglas. En el juego de 2012, Rebound Rumble, a los equipos se les permitió tener apéndices que se extendían más allá de su robot. Muchos equipos decidieron que tener sistemas de recolección de bolas desplegables sería ventajoso, lo que resultó en apéndices que usaban rodillos para canalizar las bolas en una sola entrada o sobre sus parachoques y dentro de su robot. Varios ejemplos de estos robots se ven en las imágenes uno a tres. En el juego de 2009, Lunacy, a los equipos no se les permitió tener manipuladores que se extendieran más allá del perímetro de su marco. Si querían recoger bolas del suelo, tenían que tener una abertura en la parte delantera de su robot para hacerlo. Esto también llevó a muchos robots de base ancha porque permite una mayor apertura para que entren las bolas. Algunos ejemplos de estos robots se ven en las imágenes cuatro y cinco. Hay varias formas posibles de transportar las bolas una vez que las recoge un robot, pero la más común es mediante cinturones de poliuretano. Las correas de poliuretano (también conocidas como policordón) son correas de longitud ajustable y se utilizan comúnmente para transportadores y transmisión de potencia de baja carga. Cada uno de los robots que se muestran arriba usa policord hasta cierto punto. La imagen final muestra el policordio con mayor detalle. Créditos de las fotografías: 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

Paso 6: Disparo

Llevar una pelota de un robot a un lugar inaccesible de otro modo es otra tarea común en FRC. Esto requiere lanzar la pelota, generalmente usando una catapulta o un tirador con ruedas similar a una máquina lanzadora de béisbol. La solución más común a este desafío es comprimir la pelota contra una rueca, que la acelera lo suficiente como para lanzarla a una distancia significativa. Las dos variaciones principales de este diseño son los tiradores de una y dos ruedas. Los tiradores de una sola rueda son simples y tienden a darle mucho efecto a la pelota. La velocidad de salida de la pelota es aproximadamente igual a la mitad de la velocidad de la superficie de la rueda. Los tiradores de doble rueda son más complicados mecánicamente, pero pueden impulsar la pelota más lejos. Esto se debe a que la velocidad de salida de la pelota es aproximadamente igual a la velocidad de la superficie de la rueda. Las dos primeras imágenes muestran algunos ejemplos de tiradores. Como muchos equipos aprendieron en 2012, la clave para construir un tirador preciso es controlar estrictamente la mayor cantidad posible de variables involucradas. Estos incluyen el control de la velocidad de la rueda, el ángulo de lanzamiento, la velocidad de las bolas que ingresan al tirador, la orientación del tirador en relación con su sistema de alimentación y el deslizamiento de la bola contra la rueda y la superficie del capó. Las catapultas son mucho menos comunes en los juegos de disparos porque no pueden disparar muy rápido. Sin embargo, su principal ventaja es que pueden ser más precisos que los tiradores tradicionales. Las catapultas generalmente funcionan con neumáticos o resortes. La imagen final es de un equipo que usó neumáticos para impulsar una catapulta el año pasado. Créditos de las fotografías: https://www.chiefdelphi.com/media/photos/37418https://gallery.raiderrobotix.org/2012-Championships/2012ChampDSP/IMG_3448https://www.teamxbot.org/index.php? Option = com_content & view = artículo & id = 47 & Itemid = 55

Paso 7: cabrestantes

Los cabrestantes tienen múltiples usos posibles en FRC y, por lo tanto, se encuentran como elementos de manipuladores más grandes. Dos de sus usos más comunes son el almacenamiento de energía para un mecanismo más grande y para levantar un robot completo. Cuando se utilizan para cargar un dispositivo de almacenamiento de energía, los cabrestantes generalmente están diseñados para operar solo en una dirección, con una liberación que le permite girar libremente, liberando así la energía almacenada. En la primera imagen se muestra una imagen de un cabrestante diseñado para hacer esto. Otro uso de un cabrestante es levantar un robot. En este caso, generalmente no es suficiente tener una caja de cambios separada dedicada a la tarea, lo que hace que los equipos construyan una caja de cambios de toma de fuerza, que es capaz de desviar la potencia de la transmisión a un mecanismo separado. Aunque es simplemente una forma de conducir un cabrestante, decidí mostrar un ejemplo de uno en la segunda imagen porque es un mecanismo interesante. Créditos de las fotografías:

Paso 8: Conclusión

Como ha comenzado a ver, hay muchos diseños diferentes de manipuladores posibles que se pueden utilizar en la FIRST Robotics Competition. Con tantos equipos trabajando para resolver los desafíos, cada uno con sus propios antecedentes, esto, por supuesto, sucederá. Ser consciente de lo que se ha hecho antes puede ahorrarle un tiempo valioso al utilizar manipuladores anteriores como línea de base tanto para los prototipos como para los diseños finales de su equipo. Sin embargo, también tenga cuidado de no permitir que los diseños anteriores limiten su pensamiento. Si al recibir el desafío, inmediatamente elige un diseño antiguo para usar, es posible que esté pasando por alto una solución mejor. Además, a veces prevalecen las soluciones más creativas y extravagantes que se adaptan específicamente a un desafío. Por ejemplo, el manipulador que se muestra en la foto era muy diferente al año en que se usó la mayoría, pero tuvo mucho éxito. Si recuerdas esto y los consejos generales que sugerí al principio, ya estarás en camino de crear un manipulador exitoso. Gracias a Andy Baker de AndyMark por hacer pública su presentación sobre manipuladores. Muchas de las imágenes de este tutorial son de él. Crédito de la foto: