บทนำสู่หุ่นจำลอง: 8 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2025 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-23 15:12

การสร้างหุ่นยนต์ที่เหมาะสมสำหรับความท้าทายเป็นหนึ่งในส่วนที่ยากที่สุดของการแข่งขัน FIRST Robotics (FRC) ในช่วงสี่ปีที่ฉันเป็นนักเรียน มันเป็นจุดล้มเหลวที่ใหญ่ที่สุดของทีมเสมอ แม้ว่าความท้าทายของเกมใน FRC จะเปลี่ยนไปทุกปี แต่ก็มีงานที่คล้ายกับงานในปีก่อนๆ อยู่บ่อยครั้ง ตัวอย่างเช่น เกม Rebound Rumble ในปี 2012 มีองค์ประกอบที่ชัดเจนของเกม 2001, Diabolical Dynamics และเกม Aim High ในปี 2006 ด้วยเหตุนี้ จึงเป็นประโยชน์ที่จะทำความคุ้นเคยกับการออกแบบหุ่นยนต์พื้นฐานที่ใช้ในเกมก่อนหน้านี้ บทช่วยสอนนี้จะให้ภาพรวมของผู้ควบคุมที่ใช้กันทั่วไปในการแข่งขัน FIRST Robotics (FRC) แต่ละขั้นตอนจะกล่าวถึงประเภทของผู้บงการทั่วไปและให้ตัวอย่างการใช้งานของผู้บงการ บทช่วยสอนนี้จัดทำขึ้นผ่านโปรแกรม Autodesk FIRST High School Intern ข้อกำหนดเบื้องต้น: ความเต็มใจที่จะเรียนรู้ เครดิตรูปภาพ:https://www.andymark.com/Presentations-Education-s/194.htm

ขั้นตอนที่ 1: หลักเกณฑ์ทั่วไป

ก่อนที่ฉันจะพูดถึงเรื่องบ้าๆ บอๆ ของผู้ควบคุมต่างๆ ฉันต้องการให้แนวทางทั่วไปที่จะช่วยคุณเลือกและออกแบบหุ่นยนต์ ขั้นแรก ให้กลยุทธ์ขับเคลื่อนการออกแบบตัวบงการของคุณ ไม่ใช่ในทางกลับกัน สิ่งนี้หมายความว่าผู้บงการของคุณควรบรรลุข้อกำหนดด้านการออกแบบที่ทีมของคุณตัดสินใจในการสร้างกลยุทธ์ แทนที่จะสร้างกลยุทธ์ตามผู้บงการที่คุณร่วมมือ ประการที่สอง ออกแบบภายในขอบเขตของทีมของคุณ หากคุณรู้ว่าคุณไม่มีทรัพยากรในการสร้างหุ่นยนต์ที่ซับซ้อนมากซึ่งคุณคิดว่าจะครอบครองทุกด้านของเกม อย่าทำอย่างนั้น! ไปหาสิ่งที่เรียบง่ายกว่าที่คุณสามารถสร้างได้และจะเติมเต็มบทบาทหนึ่งได้ดีจริงๆ อย่างไรก็ตาม อย่ากลัวที่จะผลักดันทีมของคุณให้ก้าวข้ามขีดจำกัด ตัวอย่างเช่น ทีมของฉันได้ผลักดันตัวเองให้สร้างบอทฝึกหัดในปีที่ผ่านมา และในที่สุดก็ได้ประโยชน์จริงๆ ประการที่สาม ควบคุม gamepiece อย่างกระตือรือร้นอยู่เสมอ ตัวอย่างเช่น หากจำเป็นต้องเคลื่อนย้ายลูกบอลผ่านหุ่นยนต์ของคุณ ให้ดำเนินการด้วยสายพานลำเลียง ไม่ใช่ทางลาด หากคุณไม่ได้ควบคุม gamepiece อย่างตั้งใจ มันจะติดขัดหรือหลุดออกจากหุ่นยนต์ของคุณอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ สุดท้าย การสร้างต้นแบบและการพัฒนาแบบวนซ้ำเป็นกุญแจสำคัญในการสร้างหุ่นยนต์ที่ประสบความสำเร็จ เริ่มต้นด้วยต้นแบบ แล้วปรับปรุงซ้ำๆ จนกว่าคุณจะพร้อมที่จะสร้างเวอร์ชันสุดท้าย ถึงอย่างนั้นก็มองหาการปรับปรุงที่จะทำให้ดีขึ้น เครดิตภาพ:

ขั้นตอนที่ 2: อาวุธ

อาวุธเป็นหนึ่งในเครื่องมือควบคุมทั่วไปที่ใช้ใน FRC โดยทั่วไปจะใช้ร่วมกับ end effector เพื่อควบคุม gamepiece สองประเภททั่วไปคือแขนเดี่ยวและหลายข้อต่อ แม้ว่าแขนแบบหลายข้อต่อจะเอื้อมได้ไกลกว่าและสามารถควบคุมทิศทางของปลายแขนงได้มากขึ้น แต่ก็ซับซ้อนกว่ามาก ในทางกลับกัน แขนขาเดียวมีข้อดีคือความเรียบง่าย การออกแบบทั่วไปอย่างหนึ่งที่ใช้สำหรับแขนคือข้อต่อ 4 แท่งหรือแบบขนาน การเชื่อมโยงดังกล่าวแสดงในภาพที่สาม คุณสมบัติหลักของการออกแบบนี้คือ end effector ถูกจัดให้อยู่ในแนวคงที่ เคล็ดลับสำหรับการออกแบบแขน:

• ใส่ใจน้ำหนัก - อาจทำให้แขนช้าหรือล้มเหลวได้
• ใช้วัสดุที่มีน้ำหนักเบา เช่น ท่อกลมหรือสี่เหลี่ยม และแผ่นโลหะ
• ใช้เซ็นเซอร์ เช่น ลิมิตสวิตช์และโพเทนชิโอมิเตอร์เพื่อลดความซับซ้อนในการควบคุมแขน
• ถ่วงดุลแขนด้วยสปริง โช้คแก๊ส หรือน้ำหนักเพื่อให้ทรงตัวและลดภาระของมอเตอร์

เครดิตภาพ: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

ขั้นตอนที่ 3: ลิฟต์

เช่นเดียวกับแขน ลิฟต์จะใช้กับเอ็ฟเฟ็กเตอร์เพื่อควบคุมเกมพีซ พวกเขามักจะถูกยกขึ้นโดยการม้วนสายเคเบิลบนดรัม แม้ว่าจำเป็นต้องดึงลิฟต์ขึ้นเท่านั้น แต่ควรรวมสายเคเบิลย้อนกลับที่สามารถดึงลิฟต์ลงมาเพื่อป้องกันการติดขัด การเดินสายเคเบิลมีสองรูปแบบหลักเพื่อให้ลิฟต์ยกขึ้น: การวางสายแบบต่อเนื่องและแบบเรียงซ้อน ลิฟต์ที่มีรางแบบต่อเนื่อง (ดังรูปที่สอง) มีสายต่อแบบต่อเนื่องตั้งแต่เครื่องกว้านจนถึงขั้นตอนสุดท้าย เมื่อสายเคเบิลถูกดึงเข้ามา ระยะที่ 3 จะเป็นขั้นแรกให้เลื่อนขึ้น และขั้นสุดท้ายจะเลื่อนลงเมื่อปล่อยสายเคเบิล ข้อดีสองประการของการออกแบบนี้คือ สายเคเบิลขึ้นด้วยความเร็วเท่ากัน หมายความว่าสามารถวางสายเคเบิลส่งคืนบนดรัมเดียวกัน และความตึงในสายเคเบิลต่ำ ข้อเสียเปรียบหลักคือส่วนตรงกลางนั้นไวต่อการติดขัดมากกว่า ลิฟต์ที่มีชุดรางแบบเรียงซ้อน (ดังรูปที่สาม) มีสายเคเบิลแยกกันที่เชื่อมต่อแต่ละขั้นของลิฟต์ ส่งผลให้ทุกขั้นตอนเพิ่มขึ้นพร้อม ๆ กันเมื่อดึงสายเคเบิลเข้ามา อย่างไรก็ตาม สายเคเบิลส่งคืนต้องมีความเร็วที่แตกต่างจากกว้านหลัก ซึ่งสามารถจัดการได้โดยใช้ดรัมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกัน แม้ว่าส่วนตรงกลางของลิฟต์แบบเรียงซ้อนจะไวต่อการติดขัดน้อยกว่า แต่ความตึงของสายเคเบิลขั้นล่างนั้นสูงกว่าในลิฟต์ที่มีการยึดแบบต่อเนื่องมาก แม้ว่าลิฟต์และแขนจะคล้ายกัน แต่ก็มีความแตกต่างที่สำคัญบางประการ ลิฟต์มักจะซับซ้อนและหนักกว่าแขนขาเดียว นอกจากนี้ ลิฟต์มักจะเคลื่อนที่ในแนวตั้งและไม่สามารถเข้าถึงนอกขอบเขตของหุ่นยนต์ได้ อย่างไรก็ตาม พวกมันจะไม่เปลี่ยนจุดศูนย์ถ่วงของหุ่นยนต์ขณะเคลื่อนที่ และสามารถควบคุมตำแหน่งของพวกมันได้อย่างแม่นยำด้วยการใช้เซ็นเซอร์และการเขียนโปรแกรมอย่างเหมาะสม โดยพื้นฐานแล้ว แต่ละคนมีข้อดีและข้อเสียของตัวเอง ทำให้ตัดสินใจว่าจะใช้อะไรกับทีมมากที่สุด อีกทางเลือกหนึ่งคือการรวมสองตัวเลือกนี้เข้าด้วยกันโดยวางแขนไว้บนบันไดขั้นสุดท้ายของลิฟต์ ตัวอย่างที่แสดงไว้ในภาพที่สี่ เครดิตภาพ:https://www.chiefdelphi.com/media/photos/36604https://www.andymark.com/Presentations-Education-s/194.htmhttps://2012.team254.com/first/robots/

ขั้นตอนที่ 4: กริปเปอร์

กริปเปอร์ที่พบใน FRC มีหลายประเภทพอๆ กับที่มีหลายทีม กรงเล็บใช้เพื่อควบคุมและจัดการ gamepiece โดยตรง สิ่งเหล่านี้มีประโยชน์ในปีที่มีชิ้นส่วนเกมเพียงไม่กี่ชิ้น ซึ่งสามารถควบคุมได้ครั้งละหนึ่งชิ้นเท่านั้น สองรูปแบบหลักคือกรงเล็บแบบพาสซีฟและกรงเล็บแบบลูกกลิ้ง กรงเล็บแบบพาสซีฟอาศัยการวางนิ้วอย่างเหมาะสมเพื่อจับตัวเกม ในขณะที่กรงเล็บแบบลูกกลิ้งใช้ล้อหรือลูกกลิ้งเพื่อดึงเข้าอย่างแข็งขัน รายการกริปเปอร์แบบต่างๆ ต่อไปนี้สอดคล้องกับภาพด้านบน:

• กริปเปอร์ลมแบบสองนิ้ว
• กริปเปอร์นิวเมติกเชิงเส้นสองนิ้ว
• กริปเปอร์นิวเมติกเชิงเส้นสามนิ้ว
• กริปเปอร์แบบใช้มอเตอร์
• กริปเปอร์ลม
• กรงเล็บลูกกลิ้งพื้นฐาน
• กรงเล็บลูกกลิ้งบานพับ

สุดท้ายนี้ เคล็ดลับหลายประการสำหรับการออกแบบกริปเปอร์:

• ตรวจสอบให้แน่ใจว่ากริปเปอร์ของคุณใช้แรงมากพอที่จะยึดติดกับตัวเกม
• ทำให้กริปเปอร์ของคุณจับและปล่อยวัตถุอย่างรวดเร็ว
• ทำให้ง่ายต่อการควบคุมโดยใช้เซ็นเซอร์เพื่อทำให้การทำงานพื้นฐานเป็นไปโดยอัตโนมัติ

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

ขั้นตอนที่ 5: การรวบรวมและขนส่งลูกบอล

แม้ว่ากริปเปอร์จะมีประโยชน์ในการจัดการกับวัตถุชิ้นเดียวที่อาจมีรูปทรงผิดปกติ แต่บ่อยครั้งที่เกม FRC จะเกี่ยวข้องกับลูกบอลจำนวนมาก ความสามารถสองอย่างที่จำเป็นโดยทั่วไปในเกมเหล่านี้คือการรวบรวมลูกบอลและขนส่งลูกบอลภายในหุ่นยนต์ วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการรวบรวมลูกบอลจะเปลี่ยนไปทุกปีขึ้นอยู่กับกฎ ในเกมปี 2012 Rebound Rumble ทีมได้รับอนุญาตให้มีอวัยวะที่ยื่นออกมาเกินกว่าหุ่นยนต์ของพวกเขา หลายทีมตัดสินใจว่าการมีระบบเก็บลูกบอลแบบดรอปดาวน์จะเป็นประโยชน์ ส่งผลให้มีส่วนต่อที่ใช้ลูกกลิ้งเพื่อลำเลียงลูกบอลเข้าทางท่อไอดีเดียวหรือบนกันชนและเข้าไปในหุ่นยนต์ ตัวอย่างของหุ่นยนต์เหล่านี้มีอยู่มากมายในภาพที่หนึ่งถึงสาม ในเกมปี 2009 Lunacy ทีมไม่ได้รับอนุญาตให้มีผู้ควบคุมที่ขยายเกินขอบเขตเฟรมของพวกเขา ถ้าพวกเขาต้องการเก็บลูกบอลจากพื้น พวกเขาต้องมีช่องเปิดด้านหน้าหุ่นยนต์เพื่อทำเช่นนั้น สิ่งนี้นำไปสู่หุ่นยนต์ฐานกว้างจำนวนมากเพราะมันช่วยให้เปิดกว้างขึ้นสำหรับลูกบอลที่จะเข้า ตัวอย่างของหุ่นยนต์เหล่านี้มีให้เห็นในภาพที่สี่และห้า มีหลายวิธีในการขนส่งลูกบอลเมื่อรวบรวมโดยหุ่นยนต์ แต่โดยทั่วไปแล้วคือการใช้สายพานโพลียูรีเทน สายพานโพลียูรีเทน (หรือที่เรียกว่าโพลิคอร์ด) เป็นสายพานแบบปรับความยาวได้ และมักใช้สำหรับสายพานลำเลียงและการส่งกำลังงานต่ำ หุ่นยนต์ทุกตัวที่มีภาพด้านบนใช้ polycord ในระดับหนึ่ง ภาพสุดท้ายแสดง polycord ในรายละเอียดมากขึ้น เครดิตภาพ: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

ขั้นตอนที่ 6: การยิง

การรับลูกบอลจากหุ่นยนต์ไปยังตำแหน่งที่ไม่สามารถเข้าถึงได้เป็นงานทั่วไปอีกอย่างหนึ่งใน FRC ต้องใช้การยิงลูกบอล โดยปกติแล้วจะใช้หนังสติ๊กหรือเครื่องยิงล้อที่คล้ายกับเครื่องขว้างลูกเบสบอล วิธีแก้ปัญหาที่พบบ่อยที่สุดสำหรับความท้าทายนี้คือการบีบอัดลูกบอลกับล้อหมุน ซึ่งเร่งความเร็วได้มากพอที่จะปล่อยลูกบอลในระยะทางที่มีนัยสำคัญ รูปแบบหลักสองแบบของการออกแบบนี้คือเกมยิงแบบล้อเดียวและสองล้อ นักกีฬาล้อเดี่ยวนั้นเรียบง่ายและมักจะแบ็คสปินบนลูกบอลเป็นจำนวนมาก ความเร็วออกของลูกบอลจะเท่ากับ ½ ของความเร็วพื้นผิวของล้อโดยประมาณ มือปืนสองล้อมีกลไกที่ซับซ้อนกว่า แต่สามารถขับเคลื่อนลูกบอลได้ไกลขึ้น นี่เป็นเพราะความเร็วออกของลูกบอลมีค่าเท่ากับความเร็วพื้นผิวของวงล้อโดยประมาณ สองภาพแรกแสดงตัวอย่างบางส่วนของมือปืน อย่างที่หลายๆ ทีมได้เรียนรู้ในปี 2012 กุญแจสำคัญในการสร้างเกมยิงที่แม่นยำคือการควบคุมตัวแปรที่เกี่ยวข้องให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ซึ่งรวมถึงการควบคุมความเร็วของวงล้อ มุมปล่อย ความเร็วของลูกบอลเข้าสู่ผู้ยิง ทิศทางของผู้ยิงที่สัมพันธ์กับระบบป้อนอาหาร และการลื่นไถลของลูกบอลกับล้อและพื้นผิวฝากระโปรงหน้า Catapults นั้นพบได้น้อยกว่ามากในเกมยิงปืนเพราะไม่สามารถยิงได้เร็วมาก อย่างไรก็ตาม ข้อได้เปรียบหลักของพวกเขาคือสามารถแม่นยำกว่ามือปืนทั่วไป หนังสติ๊กมักจะขับเคลื่อนด้วยนิวเมติกหรือสปริง ภาพสุดท้ายคือทีมที่ใช้ระบบนิวแมติกส์ในการขับเคลื่อนหนังสติ๊กในปีที่ผ่านมา เครดิตภาพ: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

ขั้นตอนที่ 7: รอก

รอกมีการใช้งานที่เป็นไปได้หลายอย่างใน FRC ดังนั้นจึงพบว่าเป็นองค์ประกอบของตัวจัดการขนาดใหญ่ การใช้งานที่พบบ่อยที่สุดสองประการคือการเก็บพลังงานสำหรับกลไกที่ใหญ่ขึ้นและสำหรับการยกหุ่นยนต์ทั้งหมด เมื่อใช้ในการโหลดอุปกรณ์เก็บพลังงาน กว้านมักจะได้รับการออกแบบให้ทำงานในทิศทางเดียวเท่านั้น โดยมีการปล่อยที่ช่วยให้หมุนได้อย่างอิสระ จึงปล่อยพลังงานที่เก็บไว้ รูปภาพของเครื่องกว้านที่ออกแบบมาเพื่อทำเช่นนี้แสดงในภาพแรก การใช้เครื่องกว้านก็คือการยกหุ่นยนต์ ในกรณีนี้ โดยปกติไม่เพียงพอที่จะมีกระปุกเกียร์แยกต่างหากสำหรับภารกิจนี้ ทำให้ทีมสร้างกระปุกเกียร์สำหรับยกกำลัง ซึ่งสามารถโอนกำลังจากระบบขับเคลื่อนไปยังกลไกที่แยกจากกัน แม้ว่ามันจะเป็นเพียงวิธีการขับกว้าน แต่ฉันตัดสินใจแสดงตัวอย่างหนึ่งในภาพที่ 2 เพราะเป็นกลไกที่น่าสนใจ เครดิตภาพ:https://www.chiefdelphi.com/media/photos/31324https://www.chiefdelphi.com/media/photos/35997

ขั้นตอนที่ 8: สรุป

อย่างที่คุณเริ่มเห็น มีการออกแบบหุ่นยนต์ที่เป็นไปได้มากมายที่สามารถใช้ในการแข่งขัน FIRST Robotics ด้วยทีมจำนวนมากที่ทำงานเพื่อแก้ปัญหาที่ท้าทาย ซึ่งแต่ละทีมมีภูมิหลังของตัวเอง แน่นอนว่าสิ่งนี้จะต้องเกิดขึ้นอย่างแน่นอน การตระหนักรู้ถึงสิ่งที่เคยทำมาก่อนสามารถประหยัดเวลาอันมีค่าของคุณโดยใช้ผู้ควบคุมคนก่อนเป็นพื้นฐานสำหรับทั้งต้นแบบของทีมและการออกแบบขั้นสุดท้าย อย่างไรก็ตาม ระวังอย่าให้การออกแบบก่อนหน้านี้มาจำกัดความคิดของคุณ หากเมื่อได้รับความท้าทาย คุณเลือกแบบเก่าที่จะใช้ทันที คุณอาจมองข้ามวิธีแก้ปัญหาที่ดีกว่า นอกจากนี้ บางครั้งโซลูชันที่แปลกใหม่และสร้างสรรค์ที่สุดที่ได้รับการปรับแต่งให้เหมาะกับความท้าทายในท้ายที่สุดก็มีชัย ตัวอย่างเช่น หุ่นจำลองในภาพมีความแตกต่างจากส่วนใหญ่มากจากปีที่ใช้ แต่ก็ประสบความสำเร็จอย่างสูง หากคุณจำสิ่งนี้ได้และเคล็ดลับทั่วไปที่ฉันแนะนำในตอนเริ่มต้น คุณก็พร้อมที่จะสร้างหุ่นยนต์ที่ประสบความสำเร็จ ขอบคุณ Andy Baker แห่ง AndyMark ที่ทำให้การนำเสนอของเขาเกี่ยวกับผู้บิดเบือนได้เปิดเผยต่อสาธารณะ รูปภาพจำนวนมากในบทช่วยสอนนี้มาจากมัน เครดิตภาพ:https://www.popularmechanics.com/technology/engineering/robots/robot-designs-2010-FIRST-2#slide-2