Pengantar Manipulator: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Membuat manipulator yang tepat untuk sebuah tantangan adalah salah satu bagian tersulit dari Kompetisi Robotika PERTAMA (FRC). Dalam empat tahun saya sebagai mahasiswa, itu selalu menjadi titik kegagalan terbesar tim saya. Meskipun tantangan permainan di FRC berubah dari tahun ke tahun, seringkali ada tugas yang mirip dengan tahun-tahun sebelumnya. Misalnya, game 2012, Rebound Rumble, memiliki elemen yang jelas dari game 2001, Diabolical Dynamics, dan game 2006, Aim High. Untuk alasan ini, sangat bermanfaat untuk mengenal desain manipulator dasar yang digunakan di game sebelumnya. Tutorial ini akan memberikan gambaran tentang manipulator yang biasa digunakan di FIRST Robotics Competition (FRC). Setiap langkah akan membahas jenis manipulator umum dan memberikan contoh implementasi manipulator. Tutorial ini dibuat melalui program Autodesk FIRST High School Intern. Prasyarat: Mau belajar Photo Credit:

Langkah 1: Pedoman Umum

Sebelum saya membahas mur dan baut manipulator yang berbeda, saya ingin memberikan beberapa panduan umum yang akan membantu Anda memilih dan mendesain manipulator. Pertama, biarkan strategi mendorong desain manipulator Anda, bukan sebaliknya. Artinya, manipulator Anda harus mencapai persyaratan desain yang diputuskan oleh tim Anda dalam membentuk strategi, alih-alih membentuk strategi berdasarkan manipulator yang Anda buat bersama. Kedua, desain dalam batas tim Anda. Jika Anda tahu Anda tidak memiliki sumber daya untuk membuat manipulator super rumit yang menurut Anda akan mendominasi setiap aspek permainan, jangan lakukan itu! Pilih yang lebih sederhana yang dapat Anda bangun dan akan memenuhi satu peran dengan sangat baik. Namun, juga jangan takut untuk mendorong tim Anda untuk mengatasi batas Anda. Sebagai contoh, tim saya mendorong diri kami untuk membuat bot latihan tahun lalu, dan akhirnya sangat bermanfaat. Ketiga, selalu memiliki kontrol aktif dari gamepiece. Misalnya, jika bola perlu diangkut melalui robot Anda, lakukan dengan konveyor, bukan tanjakan. Jika Anda tidak secara aktif mengontrol gamepiece, itu pasti akan macet atau jatuh dari manipulator Anda. Akhirnya, pembuatan prototipe dan pengembangan berulang adalah kunci untuk membangun manipulator yang sukses. Mulailah dengan prototipe, lalu perbaiki secara iteratif hingga Anda siap membuat versi final. Bahkan kemudian, akan mencari perbaikan yang akan membuatnya lebih baik. Kredit Foto:

Langkah 2: Senjata

Senjata adalah salah satu manipulator yang paling umum digunakan di FRC. Umumnya, mereka digunakan bersama dengan efektor akhir untuk mengontrol gamepiece. Dua jenis yang umum adalah lengan tunggal dan multi-sendi. Sementara lengan multi-sendi dapat menjangkau lebih jauh dan dapat memiliki kontrol lebih besar terhadap orientasi efektor akhir, mereka juga jauh lebih kompleks. Di sisi lain, lengan bersendi tunggal memiliki keuntungan dari kesederhanaan. Salah satu desain umum yang digunakan untuk lengan adalah hubungan 4 batang, atau paralel. Keterkaitan seperti itu ditunjukkan pada gambar ketiga. Fitur utama dari desain ini adalah bahwa efektor akhir dipegang dalam orientasi konstan. Tips untuk desain lengan:

• Perhatikan berat badan – dapat menyebabkan lengan menjadi lambat atau bahkan gagal
• Gunakan bahan ringan seperti tabung bundar atau persegi panjang dan lembaran logam
• Gunakan sensor seperti sakelar batas dan potensiometer untuk menyederhanakan pengontrolan lengan
• Seimbangkan lengan dengan pegas, kejutan gas, atau beban untuk menstabilkannya dan mengurangi beban pada motor

Kredit Foto: 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/foto/27982

Langkah 3: Lift

Seperti lengan, elevator digunakan dengan efektor ujung untuk mengontrol gamepiece. Mereka biasanya dibangkitkan dengan menggulung kabel pada drum. Meskipun lift hanya perlu ditarik ke atas, sebaiknya sertakan kabel balik yang dapat menarik lift ke bawah untuk mencegah kemacetan. Ada dua gaya utama perutean kabel sehingga mengangkat elevator: pemasangan terus menerus dan pemasangan bertingkat. Elevator dengan rigging kontinu (ditunjukkan pada gambar kedua) memiliki satu kabel kontinu dari winch ke tahap terakhirnya. Saat kabel ditarik masuk, Tahap 3 adalah yang pertama bergerak ke atas dan yang terakhir bergerak turun saat kabel dilepaskan. Dua keuntungan dari desain ini adalah kabel naik dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan turunnya, artinya kabel balik dapat ditempatkan pada drum yang sama, dan tegangan pada kabel rendah. Kerugian utamanya adalah bagian tengahnya lebih rentan terhadap kemacetan. Elevator dengan cascading rigging (ditunjukkan pada gambar ketiga) memiliki kabel individual yang menghubungkan setiap tahap lift. Hal ini mengakibatkan semua tahapan naik secara bersamaan saat kabel ditarik. Namun, setiap kabel balik harus memiliki kecepatan yang berbeda dari winch utama, yang dapat ditangani dengan menggunakan drum dengan diameter berbeda. Sementara bagian tengah lift bertingkat kurang rentan terhadap kemacetan, tegangan pada kabel tingkat bawah jauh lebih tinggi daripada di lift dengan pemasangan terus menerus. Meskipun elevator dan lengan serupa, ada beberapa perbedaan penting. Lift cenderung lebih rumit dan lebih berat daripada lengan bersendi tunggal. Selain itu, elevator biasanya bergerak secara vertikal dan tidak dapat menjangkau di luar batas robot. Namun, mereka tidak mengubah pusat gravitasi robot saat mereka bergerak, dan posisinya dapat dikontrol secara tepat dengan penggunaan sensor dan pemrograman yang tepat. Intinya, masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangannya sendiri, meninggalkan keputusan yang akan digunakan untuk tim. Salah satu opsi lainnya adalah menggabungkan dua opsi ini dengan menempatkan lengan di tangga terakhir lift, contohnya ditunjukkan pada gambar keempat. Kredit Foto:https://www.chiefdelphi.com/media/photos/36604https://www.andymark.com/Presentations-Education-s/194.htmhttps://2012.team254.com/first/robots/

Langkah 4: Grippers

Ada sekitar banyak jenis gripper yang ditemukan di FRC seperti halnya tim. Cakar digunakan untuk mengontrol dan memanipulasi gamepiece secara langsung. Mereka berguna di tahun-tahun di mana ada beberapa gamepieces, hanya satu yang dapat dikendalikan pada satu waktu. Dua gaya utama adalah cakar pasif dan cakar rol. Cakar pasif bergantung pada posisi jari-jari mereka yang benar untuk menggenggam gamepiece, sementara cakar rol menggunakan roda atau rol untuk menariknya secara aktif. Daftar gripper yang berbeda berikut ini sesuai dengan gambar di atas:

• Gripper pneumatik dua jari
• Gripper pneumatik linier dua jari
• Gripper pneumatik linier tiga jari
• Gripper bermotor
• Gripper pneumatik
• Cakar rol dasar
• Cakar rol berengsel

Akhirnya, beberapa tips untuk desain gripper:

• Pastikan gripper Anda menerapkan kekuatan yang cukup untuk bertahan pada gamepiece
• Buat gripper Anda meraih dan melepaskan benda dengan cepat
• Permudah kontrol dengan menggunakan sensor untuk mengotomatiskan operasi dasar

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

Langkah 5: Pengumpulan dan Transportasi Bola

Sementara gripper berguna untuk memanipulasi objek tunggal yang mungkin berbentuk tidak biasa, sering kali permainan FRC melibatkan banyak bola. Dua kemampuan yang biasanya dibutuhkan dalam permainan ini adalah mengumpulkan bola dan memindahkannya ke dalam robot. Metode pengumpulan bola yang paling efektif berubah dari tahun ke tahun tergantung pada aturan. Dalam game 2012, Rebound Rumble, tim diizinkan memiliki embel-embel yang melampaui robot mereka. Banyak tim memutuskan bahwa memiliki sistem pengumpulan bola drop-down akan menguntungkan, menghasilkan pelengkap yang menggunakan rol untuk menyalurkan bola ke satu saluran masuk atau melewati bumper mereka dan ke dalam robot mereka. Beberapa contoh robot ini terlihat pada gambar satu sampai tiga. Dalam game 2009, Lunacy, tim tidak diizinkan memiliki manipulator yang melampaui batas bingkai mereka. Jika mereka ingin mengumpulkan bola dari lantai, mereka harus memiliki lubang di depan robot mereka untuk melakukannya. Hal ini juga menyebabkan banyak robot wide-base karena memungkinkan pembukaan yang lebih besar untuk bola masuk. Beberapa contoh robot ini terlihat pada gambar empat dan lima. Ada beberapa cara yang mungkin untuk mengangkut bola setelah dikumpulkan oleh robot, tetapi yang paling umum adalah menggunakan sabuk poliuretan. Sabuk poliuretan (juga dikenal sebagai polikord) adalah sabuk dengan panjang yang dapat disesuaikan dan biasanya digunakan untuk konveyor dan transmisi daya beban rendah. Setiap robot yang digambarkan di atas menggunakan polycord sampai tingkat tertentu. Gambar terakhir menunjukkan polycord secara lebih rinci. Kredit Foto: 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

Langkah 6: Menembak

Mendapatkan bola dari robot ke lokasi yang tidak dapat diakses adalah tugas umum lainnya di FRC. Ini membutuhkan peluncuran bola, biasanya menggunakan ketapel atau penembak beroda yang mirip dengan mesin pelempar bisbol. Solusi paling umum untuk tantangan ini adalah memampatkan bola ke roda yang berputar, yang mempercepatnya cukup untuk meluncurkannya dengan jarak yang signifikan. Dua variasi utama dari desain ini adalah penembak beroda tunggal dan ganda. Penembak beroda tunggal sederhana dan cenderung melakukan banyak backspin pada bola. Kecepatan keluar bola kira-kira sama dengan kecepatan permukaan roda. Penembak beroda ganda lebih rumit secara mekanis, tetapi dapat mendorong bola lebih jauh. Ini karena kecepatan keluar bola kira-kira sama dengan kecepatan permukaan roda. Dua gambar pertama menunjukkan beberapa contoh penembak. Seperti yang dipelajari banyak tim pada tahun 2012, kunci untuk membangun penembak yang akurat adalah dengan mengontrol dengan ketat sebanyak mungkin variabel yang terlibat. Ini termasuk mengendalikan kecepatan roda, sudut peluncuran, kecepatan bola memasuki penembak, orientasi penembak relatif terhadap sistem makannya, dan selip bola terhadap roda dan permukaan kap mesin. Ketapel jauh lebih jarang dalam permainan menembak karena mereka tidak dapat menembak dengan sangat cepat. Namun, keuntungan utama mereka adalah mereka bisa lebih akurat daripada penembak tradisional. Catapult biasanya ditenagai oleh pneumatik atau pegas. Gambar terakhir adalah tim yang menggunakan pneumatik untuk menggerakkan ketapel tahun lalu. Kredit Foto: https://www.chiefdelphi.com/media/photos/37418https://gallery.raiderrobotix.org/2012-Championships/2012ChampDSP/IMG_3448https://www.teamxbot.org/index.php?option=com_content&view =artikel&id=47&Item=55

Langkah 7: Derek

Derek memiliki beberapa kemungkinan penggunaan di FRC dan oleh karena itu ditemukan sebagai elemen manipulator yang lebih besar. Dua dari kegunaannya yang paling umum adalah dalam menyimpan energi untuk mekanisme yang lebih besar dan untuk mengangkat seluruh robot. Saat digunakan untuk memuat perangkat penyimpan energi, derek biasanya dirancang untuk hanya beroperasi dalam satu arah, dengan pelepasan yang memungkinkannya berputar bebas, sehingga melepaskan energi yang tersimpan. Gambar winch yang dirancang untuk melakukan ini ditunjukkan pada gambar pertama. Penggunaan lain untuk winch adalah untuk mengangkat robot. Dalam hal ini, biasanya tidak cukup untuk memiliki gearbox terpisah yang didedikasikan untuk tugas tersebut, menyebabkan tim membangun gearbox power take-off, yang mampu mengalihkan daya dari drivetrain ke mekanisme terpisah. Meskipun ini hanya cara mengemudikan winch, saya memutuskan untuk menunjukkan contoh salah satunya di gambar kedua karena ini adalah mekanisme yang menarik. Kredit Foto:

Langkah 8: Kesimpulan

Seperti yang sudah mulai Anda lihat, ada banyak kemungkinan desain manipulator yang dapat digunakan dalam Kompetisi Robotika PERTAMA. Dengan begitu banyak tim yang bekerja untuk memecahkan tantangan, masing-masing dengan latar belakang mereka sendiri, ini tentu saja pasti akan terjadi. Menyadari apa yang telah dilakukan sebelumnya dapat menghemat waktu Anda yang berharga dengan menggunakan manipulator sebelumnya sebagai dasar untuk prototipe dan desain akhir tim Anda. Namun, berhati-hatilah juga untuk tidak membiarkan desain sebelumnya membatasi pemikiran Anda. Jika setelah menerima tantangan, Anda langsung memilih desain lama untuk digunakan, Anda mungkin mengabaikan solusi yang lebih baik. Selain itu, terkadang solusi paling kreatif dan aneh yang secara khusus disesuaikan dengan tantangan akhirnya menang. Misalnya, manipulator yang digambarkan sangat berbeda dari kebanyakan tahun ketika ia digunakan, tetapi sangat sukses. Jika Anda mengingat ini dan tip umum yang saya sarankan di awal, Anda sudah berada di jalur yang tepat untuk membuat manipulator yang sukses. Terima kasih kepada Andy Baker dari AndyMark karena telah membuat presentasinya tentang manipulator tersedia untuk umum. Banyak gambar dalam tutorial ini berasal darinya. Kredit Foto: