Introduction aux manipulateurs : 8 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

Créer le bon manipulateur pour un défi est l'une des parties les plus difficiles de la FIRST Robotics Competition (FRC). Au cours de mes quatre années en tant qu'étudiant, cela a toujours été le plus gros point d'échec de mon équipe. Bien que le défi du jeu dans FRC change d'année en année, il existe souvent des tâches similaires à celles des années précédentes. Par exemple, le jeu de 2012, Rebound Rumble, avait des éléments clairs du jeu de 2001, Diabolical Dynamics, et du jeu de 2006, Aim High. Pour cette raison, il est avantageux de se familiariser avec les conceptions de base des manipulateurs utilisées dans les jeux précédents. Ce tutoriel fournira un aperçu des manipulateurs couramment utilisés dans le FIRST Robotics Competition (FRC). Chaque étape traitera d'un type général de manipulateur et fournira des exemples de mise en œuvre du manipulateur. Ce didacticiel a été réalisé dans le cadre du programme Autodesk FIRST High School Intern. Conditions préalables: une volonté d'apprendre Crédit photo:

Étape 1: Directives générales

Avant de me lancer dans les écrous et boulons de différents manipulateurs, je voulais fournir quelques directives générales qui vous aideront à choisir et à concevoir un manipulateur. Tout d'abord, laissez la stratégie guider la conception de votre manipulateur, et non l'inverse. Cela signifie que votre manipulateur doit atteindre les exigences de conception que votre équipe a décidées pour former une stratégie, au lieu de former une stratégie basée sur le manipulateur que vous bricolez. Deuxièmement, concevez dans les limites de vos équipes. Si vous savez que vous n'avez tout simplement pas les ressources nécessaires pour construire le manipulateur super compliqué qui, selon vous, dominera tous les aspects du jeu, ne le faites pas ! Optez pour le plus simple que vous pouvez construire et qui remplira très bien un rôle. Cependant, n'ayez pas non plus peur de pousser votre équipe à dépasser vos limites. Par exemple, mon équipe s'est poussée à créer un bot d'entraînement l'année dernière, et cela s'est avéré très bénéfique. Troisièmement, ayez toujours un contrôle actif de la pièce de jeu. Par exemple, si une balle doit être transportée dans votre robot, faites-le avec un convoyeur, pas une rampe. Si vous ne contrôlez pas activement la pièce de jeu, elle se bloquera inévitablement ou tombera de votre manipulateur. Enfin, le prototypage et le développement itératif sont essentiels pour construire un manipulateur performant. Commencez avec un prototype, puis améliorez-le de manière itérative jusqu'à ce que vous soyez prêt à créer une version finale. Même alors, cherchez des améliorations qui le rendront meilleur. Crédit photo:

Étape 2: les bras

Les bras sont l'un des manipulateurs les plus couramment utilisés en FRC. Généralement, ils sont utilisés en conjonction avec un effecteur terminal pour contrôler la pièce de jeu. Les deux types courants sont les bras simples et multi-articulés. Alors que les bras multi-articulés sont capables d'aller plus loin et peuvent avoir plus de contrôle sur l'orientation de l'effecteur final, ils sont également beaucoup plus complexes. En revanche, les bras à simple articulation ont l'avantage de la simplicité. Une conception courante utilisée pour les bras est une tringlerie à 4 barres ou parallèle. Un tel lien est montré dans la troisième image. La principale caractéristique de cette conception est que l'effecteur final est maintenu dans une orientation constante. Conseils pour la conception des bras:

• Faites attention au poids - peut ralentir le bras ou même l'affaiblir
• Utilisez des matériaux légers tels que des tubes circulaires ou rectangulaires et de la tôle
• Utilisez des capteurs tels que des interrupteurs de fin de course et des potentiomètres pour simplifier le contrôle du bras
• Contrebalancez le bras avec des ressorts, des amortisseurs à gaz ou du poids pour le stabiliser et réduire la charge sur les moteurs

Crédits photo: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

Étape 3: Ascenseurs

Comme les bras, les élévateurs sont utilisés avec un effecteur terminal pour contrôler la pièce de jeu. Ils sont généralement soulevés par enroulement de câble sur un tambour. Bien qu'il soit seulement nécessaire de tirer l'élévateur vers le haut, il est sage d'inclure un câble de retour qui peut tirer l'élévateur vers le bas pour éviter le coincement. Il existe deux principaux styles d'acheminement du câble afin qu'il soulève l'ascenseur: le gréement continu et le gréement en cascade. Les ascenseurs à gréement continu (illustrés sur la deuxième photo) ont un câble continu du treuil à son dernier étage. Lorsque le câble est tiré, l'étape 3 est la première à monter et la dernière à descendre lorsque le câble est relâché. Deux avantages de cette conception sont que le câble monte à la même vitesse qu'il descend, ce qui signifie qu'un câble de retour peut être placé sur le même tambour, et que la tension dans le câble est faible. Son principal inconvénient est que ses sections médianes sont plus susceptibles de se coincer. Les ascenseurs avec gréement en cascade (illustrés sur la troisième photo) ont des câbles individuels reliant chaque étage de l'ascenseur. Il en résulte que tous les étages montent simultanément à mesure que le câble est tiré. Cependant, tout câble de retour doit avoir une vitesse différente de celle du treuil principal, qui peut être manipulé en utilisant des tambours de différents diamètres. Alors que les sections médianes d'un ascenseur en cascade sont moins susceptibles de se coincer, la tension sur les câbles de l'étage inférieur est beaucoup plus élevée que dans un ascenseur à gréement continu. Bien que les ascenseurs et les bras soient similaires, il existe quelques distinctions importantes. Les ascenseurs ont tendance à être plus compliqués et plus lourds que les bras articulés simples. De plus, les ascenseurs se déplacent généralement verticalement et ne peuvent pas atteindre l'extérieur du périmètre du robot. Cependant, ils ne modifient pas le centre de gravité du robot lorsqu'ils se déplacent et leur position peut être contrôlée avec précision grâce à l'utilisation appropriée des capteurs et de la programmation. En substance, chacun a ses propres avantages et inconvénients, laissant la décision d'utiliser aux équipes. Une autre option consiste à combiner ces deux options en plaçant un bras sur le dernier étage d'un ascenseur, dont un exemple est montré dans la quatrième image. Crédits photo:https://www.chiefdelphi.com/media/photos/36604https://www.andymark.com/Presentations-Education-s/194.htmhttps://2012.team254.com/first/robots/

Étape 4: Pinces

Il existe à peu près autant de types de préhenseurs différents dans le FRC qu'il y a d'équipes. Les griffes sont utilisées pour contrôler et manipuler directement la pièce de jeu. Ils sont utiles les années où il y a peu de pièces de jeu, dont une seule peut être contrôlée à la fois. Les deux styles principaux sont les griffes passives et les griffes à rouleaux. Les griffes passives reposent sur le bon positionnement de leurs doigts pour saisir la pièce de jeu, tandis que les griffes à roulettes utilisent des roues ou des rouleaux pour la tirer activement. La liste suivante de différentes pinces correspond aux images ci-dessus:

• Pince pneumatique à deux doigts
• Pince pneumatique linéaire à deux doigts
• Pince pneumatique linéaire à trois doigts
• Pince motorisée
• Pince pneumatique
• Griffe à rouleaux de base
• Griffe à rouleau articulée

Enfin, plusieurs conseils pour la conception des pinces:

• Assurez-vous que votre pince applique suffisamment de force pour s'accrocher à la pièce de jeu
• Faites en sorte que votre pince saisisse et lâche les objets rapidement
• Facilitez le contrôle en utilisant des capteurs pour automatiser les opérations de base

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

Étape 5: Collecte et transport des balles

Alors que les pinces sont utiles pour manipuler des objets uniques qui peuvent être de forme inhabituelle, les jeux FRC impliquent souvent un tas de balles. Deux capacités qui sont couramment requises dans ces jeux sont la collecte de balles et leur transport dans un robot. La méthode la plus efficace pour ramasser les balles change d'année en année en fonction des règles. Dans le jeu de 2012, Rebound Rumble, les équipes étaient autorisées à avoir des appendices qui s'étendaient au-delà de leur robot. De nombreuses équipes ont décidé qu'il serait avantageux d'avoir des systèmes de collecte de balles déroulants, ce qui entraînerait des appendices utilisant des rouleaux pour canaliser les balles dans une seule entrée ou sur leurs pare-chocs et dans leur robot. Plusieurs exemples de ces robots sont visibles sur les images un à trois. Dans le jeu de 2009, Lunacy, les équipes n'étaient pas autorisées à avoir des manipulateurs qui s'étendaient au-delà de leur périmètre de cadre. S'ils voulaient ramasser des balles sur le sol, ils devaient avoir une ouverture à l'avant de leur robot pour le faire. Cela a également conduit à de nombreux robots à base large, car cela permet une plus grande ouverture pour l'entrée des balles. Quelques exemples de ces robots sont visibles sur les images quatre et cinq. Il existe plusieurs manières possibles de transporter les balles une fois qu'elles sont récupérées par un robot, mais la plus courante est l'utilisation de courroies en polyuréthane. Les courroies en polyuréthane (également appelées polycord) sont des courroies à longueur réglable et sont couramment utilisées pour les convoyeurs et la transmission de puissance à faible charge. Chacun des robots illustrés ci-dessus utilise du polycord dans une certaine mesure. L'image finale montre polycord plus en détail. Crédits photo: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

Étape 6: Prise de vue

Faire passer une balle d'un robot à un endroit autrement inaccessible est une autre tâche courante dans FRC. Cela nécessite de lancer la balle, généralement à l'aide d'une catapulte ou d'un lanceur à roues similaire à une machine à lancer de baseball. La solution la plus courante à ce défi consiste à comprimer la balle contre un rouet, ce qui l'accélère suffisamment pour la lancer sur une distance importante. Les deux principales variantes de cette conception sont les tireurs à roues simples et doubles. Les tireurs à une roue sont simples et ont tendance à mettre beaucoup de backspin sur la balle. La vitesse de sortie de la balle est approximativement égale à la moitié de la vitesse de surface de la roue. Les tireurs à double roues sont plus compliqués mécaniquement, mais peuvent propulser le ballon plus loin. En effet, la vitesse de sortie de la balle est approximativement égale à la vitesse de surface de la roue. Les deux premières photos montrent quelques exemples de tireurs. Comme de nombreuses équipes l'ont appris en 2012, la clé pour construire un jeu de tir précis est de contrôler étroitement autant de variables impliquées que possible. Ceux-ci incluent le contrôle de la vitesse de la roue, de l'angle de lancement, de la vitesse des balles entrant dans le tireur, de l'orientation du tireur par rapport à son système d'alimentation et du glissement de la balle contre la roue et la surface du capot. Les catapultes sont beaucoup moins courantes dans les jeux de tir car elles sont incapables de tirer très rapidement. Cependant, leur principal avantage est qu'ils peuvent être plus précis que les tireurs traditionnels. Les catapultes sont généralement alimentées par des pneumatiques ou des ressorts. La photo finale est celle d'une équipe qui a utilisé la pneumatique pour propulser une catapulte l'année dernière. Crédits photo: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&Élément=55

Étape 7: Treuils

Les treuils ont de multiples utilisations possibles dans FRC et se retrouvent donc comme éléments de plus grands manipulateurs. Deux de leurs utilisations les plus courantes sont le stockage d'énergie pour un mécanisme plus grand et le levage d'un robot entier. Lorsqu'ils sont utilisés pour charger un dispositif de stockage d'énergie, les treuils sont généralement conçus pour ne fonctionner que dans un seul sens, avec un déclencheur qui lui permet de tourner librement, libérant ainsi l'énergie stockée. Une image d'un treuil conçu pour cela est montrée dans la première image. Une autre utilisation d'un treuil est de soulever un robot. Dans ce cas, il ne suffit généralement pas d'avoir une boîte de vitesses séparée dédiée à la tâche, ce qui oblige les équipes à construire une boîte de vitesses de prise de force, capable de détourner la puissance de la transmission vers un mécanisme séparé. Bien qu'il s'agisse simplement d'une façon de conduire un treuil, j'ai décidé d'en montrer un exemple sur la deuxième photo car c'est un mécanisme intéressant. Crédits photo:https://www.chiefdelphi.com/media/photos/31324https://www.chiefdelphi.com/media/photos/35997

Étape 8: Conclusion

Comme vous avez commencé à le voir, il existe de nombreuses conceptions de manipulateurs possibles qui peuvent être utilisées dans le cadre du FIRST Robotics Competition. Avec autant d'équipes travaillant pour résoudre les défis, chacune avec ses propres antécédents, cela est bien sûr inévitable. Prendre conscience de ce qui a été fait auparavant peut vous faire gagner un temps précieux en utilisant les manipulateurs précédents comme références pour les prototypes et les conceptions finales de votre équipe. Cependant, veillez également à ne pas laisser les conceptions précédentes limiter votre réflexion. Si, après avoir reçu le défi, vous choisissez immédiatement un ancien design à utiliser, vous négligez peut-être une meilleure solution. De plus, les solutions les plus créatives et les plus farfelues, spécifiquement adaptées à un défi, finissent parfois par prévaloir. Par exemple, le manipulateur illustré était très différent de la plupart de l'année où il a été utilisé, mais il a eu beaucoup de succès. Si vous vous souvenez de cela et des conseils généraux que j'ai suggérés au début, vous serez déjà sur la bonne voie pour créer un manipulateur efficace. Merci à Andy Baker d'AndyMark d'avoir rendu sa présentation sur les manipulateurs accessible au public. La plupart des images de ce tutoriel en sont issues. Crédit photo: