تصميم هيكل V5

الهيكل هو المكون الهيكلي للروبوت والذي يحتوي على مجموعة نقل الحركة ويسمح للروبوت بالتحرك باستخدام العجلات أو مداسات الخزان أو طريقة أخرى. يُشار إلى الهيكل أحيانًا باسم إطار الروبوت. يوفر الهيكل أيضًا هيكلًا لربط أدوات التحكم مثل الأذرع والمخالب والرافعات والمحاريث وأنظمة النقل ومنافذ دخول الأشياء وميزات التصميم الأخرى المستخدمة للتحكم في الأشياء.

هناك العديد من الاعتبارات التي يجب مراعاتها عند تصميم هيكل الروبوت.

غاية

ما هو غرض الروبوت؟ هل تصميم الروبوت هو مشروع صف دراسي أم من أجل مسابقة؟ إذا كان الروبوت مخصصًا لمشروع صف دراسي، فيمكن تجميع هيكله مع مراعاة أقل قدر من الاهتمام بالتفاعلات المتكررة مع الروبوتات الأخرى. أثناء المنافسة، إذا انحنى الهيكل أو التوى أو انهار، فقد لا يتمكن الروبوت من المنافسة بشكل فعال. 

مقاس

هل هناك قواعد لتحديد حجم الروبوت؟ تتضمن العديد من المسابقات قواعد تحديد الحجم ضمن قواعد اللعبة. قد تحتوي هذه القواعد على ارتفاع وعرض وطول أقصى يمكن أن يمتلكه الروبوت في بداية المباراة وقد تحتوي القواعد على حد أقصى للتوسع الأفقي و/أو حد أقصى للارتفاع. يجب أن يكون حجم الهيكل مناسبًا بحيث تتناسب جميع مكونات الروبوت مع قواعد الحجم.

شكل

ما هو شكل الهيكل الذي سيكون عليه؟ أحد مزايا نظام VEX EDR هو أنه يسمح بالعديد من التصميمات وفرصًا لا حصر لها تقريبًا للإبداع. ومع ذلك، هناك بعض الجوانب التي ينبغي أخذها في الاعتبار. يتم تجميع المكونات المعدنية الهيكلية بشكل أسهل بكثير عند استخدام وصلات 90 ^o. يجب أن يسمح شكل الهيكل بوجود مساحة للمكونات الأخرى للروبوت مثل نظام التحكم والمحركات والعجلات والتروس والعجلات المسننة. إن ممارسة التصميم الجيدة هي وضع الهيكل مع جميع المكونات الأخرى قبل التجميع للتأكد من أن التباعد سوف يعمل. تأكد من أن شكل الهيكل يتناسب مع تصميم نظام نقل الحركة الخاص بالروبوت. إذا تم استخدام الروبوت في مسابقة، فهل هناك أشكال من شأنها أن توفر ميزة؟ ربما يسمح الشكل الضيق للروبوت بالتنقل في الملعب بشكل أسهل و/أو الدخول في منطقة التسجيل بشكل أسهل. ربما يسمح الشكل الأوسع للروبوت بدفع المزيد من قطع اللعبة أو توفير مساحة أكبر لنظام السحب. ربما يسمح الشكل U بوجود مساحة لناقل و/أو معالج قطعة اللعبة. ربما يكون هناك عقبة يجب على الروبوت المرور تحتها ولا يمكن أن تكون طويلة. ربما يحتاج الروبوت إلى الوصول إلى ارتفاعات عالية أو خارج قاعدة العجلات وسيكون من المفيد بناء شكل الهيكل لملء الحد الأقصى للحجم وإنشاء بصمة كبيرة ومستقرة قدر الإمكان.

دعم الأعمدة

من المهم أن يتضمن تصميم الهيكل نقطتين متوازيتين لدعم أي أعمدة سيتم إدخالها في الهيكل. إذا لم يتم توفير دعمين لكل عمود، فسيتم السماح للعمود بالدوران قليلاً لأعلى ولأسفل على نقطة الدعم الوحيدة، مما يجعل دوران العمود أكثر صعوبة. كلما كان عمود الروبوت الذي يدعمه أثقل، زادت أهمية توفير هاتين النقطتين من الدعم.

أمثلة على نقطتي الدعم

قطع معدنية هيكلية

ما هي أنواع القطع المعدنية الهيكلية التي سيتم استخدامها لتجميع الهيكل؟ يحتوي نظام VEX EDR على العديد من الخيارات المتاحة من الفولاذ والألومنيوم. تتوفر قنوات C بعرض 5 فتحات و2 فتحات من الفولاذ والألومنيوم. تتوفر قنوات C من الألومنيوم بعرض 3 فتحات. كلما كانت القناة C أوسع، كلما كان احتمال ثنيها أو التواءها أقل، ومع ذلك فإن الهيكل سيكون أثقل. تتوفر الزوايا من الفولاذ والألومنيوم بفتحات مربعة، كما تتوفر زوايا فولاذية بفتحات مشقوقة. الزوايا مثالية لربط ودعم الأبراج. تسمح الزاوية الفولاذية ذات الفتحات المشقوقة بإجراء اتصالات ليست 90 ^o. تتوفر القضبان المصنوعة من الفولاذ والألومنيوم. تحتوي القضبان على موصلات نهائية توفر نقطة اتصال إضافية. تُعد القضبان أحد أنواع المعادن الهيكلية المضمنة في مجموعات الهيكل.

أشياء يجب مراعاتها عند اختيار مادة معدنية هيكلية.تقدم VEX قطع هيكلية معدنية في خيارين من المواد: الفولاذ والألومنيوم. هناك مزايا وعيوب لاستخدام مادة محددة بناءً على خصائص المادة والقطع المتوفرة. يمكن قطع كلا الخيارين من المواد، وحفرهما، وتقديمهما، وإعادة تشكيلهما للسماح بتصميمات مخصصة.

كان المعدن الهيكلي الفولاذي هو المادة الأصلية التي كانت متاحة عند تقديم نظام VEX EDR. عند محاولة اتخاذ قرار بشأن استخدام قطعة هيكلية فولاذية، إليك بعض الأشياء التي يجب أخذها في الاعتبار في القرار:

• تعتبر القطع المعدنية الفولاذية أقل تكلفة من الألومنيوم وقد يكون هذا الأمر في الاعتبار في مشاريع الفصول الدراسية. 
• لا تنحني أو تلتوي القطع المعدنية الفولاذية بسهولة مثل القطع المعدنية نفسها المصنوعة من الألومنيوم. 
• تتوفر قطع معدنية فولاذية في مجموعة Boaster ومجموعة الأجهزة المعدنية. 
• يتوفر المعدن الفولاذي في 4 مجموعات هيكل مختلفة الأحجام والتي يمكن مزجها ومطابقتها للحصول على عدد من التصميمات المختلفة. 
• يتوفر الفولاذ المعدني أيضًا في عدد من مجموعات المكونات المعدنية ذات النوع/الطول الفردي. 

يوضح الرسم البياني أدناه نموذجًا ثلاثي الأبعاد للمعدن الهيكلي المستخدم في VEX V5. 

 

تم تقديم المعدن الهيكلي المصنوع من الألومنيوم في وقت لاحق في خط منتجات VEX EDR، ومع ذلك فإن خصائصه تجعله يستخدم على نطاق واسع في التصميمات في المسابقات الروبوتية. عند محاولة اتخاذ قرار بشأن استخدام قطعة هيكلية من الألومنيوم، إليك بعض الأشياء التي يجب أخذها في الاعتبار في القرار:

• تعتبر قطع المعدن المصنوعة من الألومنيوم أخف وزناً وهذا يوفر ميزة تنافسية لأنه كلما كان الهيكل أخف وزناً، كان من الأسهل على المحركات والأنظمة الهوائية تحريكه. 
• تعتبر قطع الألومنيوم أكثر سماكة قليلاً من قطع الفولاذ، وفي اتجاهات معينة، يكون من الصعب محاذاة الثقوب بين قطعتين أو أكثر. 
• تعتبر قطع الألومنيوم أكثر ليونة من قطع الفولاذ، وهو ما يسمح للبراغي وأعمدة الدفع بالحفر في جوانب الثقوب المربعة عندما يتم وضع ضغط كبير عليها، وهذا يمكن أن يؤدي إلى إنشاء اتصال فضفاض. ومع ذلك، فإن هذه النعومة تسمح بقطع الألومنيوم، وحفره، وتشكيله، وإعادة تشكيله بسهولة أكبر من الفولاذ. 
• تتوفر قطع المعدن الألومنيوم في مجموعة الهيكل الألومنيوم ومجموعة الهيكل الألومنيوم الطويل. 
• يتوفر الألومنيوم في مجموعة هيكل الألومنيوم 25 × 25. 
• يتوفر المعدن الألومنيوم أيضًا في عدد من مجموعات المكونات المعدنية ذات النوع/الطول الفردي. 

نقاط الاتصال

نقاط الاتصال مهمة لبناء وتخصيص روبوت VEX V5 الخاص بك. تسمح هذه النقاط بالتثبيت الآمن لمختلف المكونات، مثل المحركات، وأجهزة الاستشعار، والعناصر الهيكلية. تسمح الثقوب المربعة الموجودة في الألواح المعدنية والعوارض والقضبان بدخول أدوات التثبيت بسهولة. تتيح لك المسافات البادئة المثلثية الموجودة في العوارض إمكانية حساب عدد الثقوب التي تحتاجها لتثبيت المكونات المختلفة بسهولة. توجد علامة تباعد كل 5 فتحة مربعة لتسهيل التعرف على نقاط الاتصال. 

يمكن خلط جميع القطع المعدنية ومطابقتها لتجميع هيكل روبوت فعال للغاية. القرار بشأن نوع المعدن الذي سيتم استخدامه لا يجب أن يكون كليًا أو لا شيء. على سبيل المثال، قد يتم استخدام الزاوية والقضبان المصنوعة من الألومنيوم لجزء نظام نقل الحركة من الهيكل من أجل الحفاظ عليه خفيفًا، وقد يتم استخدام قناة C الفولاذية لجزء البرج من الهيكل من أجل توفير القوة لدعم ذراع كبير أو نظام رفع. 

تجدر الإشارة إلى أن الصفائح المعدنية والقضبان المعدنية (المتوفرة أيضًا بالفولاذ والألومنيوم) تم استبعادها من هذه المناقشة حول القطع المعدنية الهيكلية. يرجع ذلك إلى أن الألواح والقضبان لا تحتوي على مادة تمتد في جميع المحاور المكانية الثلاثة (X، Y،&Z) وبالتالي لا تمتلك القوة الهيكلية لاستخدامها كمكون رئيسي للهيكل. ومع ذلك، يمكن لهذه الأجزاء المعدنية أن تؤدي بعض الوظائف المهمة للغاية في الهيكل مثل: 

• يمكن استخدام الألواح والقضبان لدعم وتوصيل المكونات الهيكلية الأخرى لتقوية الهيكل. 
• يمكن تركيب الألواح الفولاذية أو القضبان الفولاذية بشكل مسطح على قطعة من المعدن الهيكلي المصنوع من الألومنيوم لتعزيز فتحاتها المربعة عندما يتم إدخال عمود أو برغي من خلال الفتحة ويتم تطبيق ضغط كبير على العمود/المسمار. 
• يمكن أن توفر الألواح والقضبان سطحًا مستويًا على الهيكل لتثبيت مكونات مثل V5 Robot Brain، وV5 Robot Radio، وV5 Robot Battery.

أدوات التثبيت

كيف يتم استخدام أدوات التثبيت لتجميع الهيكل؟ المثبتات هي أجزاء تعمل على ربط القطع المعدنية والهياكل الأخرى معًا. تتوفر العديد من أدوات التثبيت لتجميع الهيكل. ما لم يكن الهيكل يحتوي على بنية مصممة للدوران، فيجب أن يحتوي كل تقاطع على نقطتي اتصال أو أكثر. كقاعدة عامة، كلما زاد الضغط على المفصل، يجب استخدام عدد أكبر من أدوات التثبيت، ولكن هذا يعني وزنًا أكبر للتصميم. على سبيل المثال، إذا تم توصيل قناتين C بهما 5 فتحات، فإن وضع مسمار عبر جميع الفتحات المتقاطعة البالغ عددها 25 سيكون أمرًا مبالغًا فيه. قد لا يتعرض هيكل الفصل الدراسي لكمية عالية من الضغط مثل الهيكل التنافسي. قد يستخدم هيكل الفصل الدراسي مثبتات أسرع في التجميع مثل مسامير تثبيت المحمل، وصواميل سداسية مقاس 8-32، وقضبان الصواميل، ومسامير الإبهام. سوف يكون من الضروري تجميع هيكل المنافسة باستخدام البراغي والصواميل. يمكن أيضًا استخدام مثبتات الصواميل ذات العمود الواحد و/أو مثبتات الصواميل ذات الأربعة أعمدة. تعتبر الفواصل أيضًا فعالة جدًا في تجميع الهيكل. يتم استخدام الفاصل لفصل جزأين عن بعضهما البعض أثناء إنشاء اتصال صلب. تأتي المباعدات #8-32 بأطوال مختلفة تتراوح بين ¼” و6”. بالإضافة إلى هذه المثبتات، فإن مسابقة الروبوتات VEX لديها قاعدة لعبة حول "المسامير غير VEX" والتي تسمح لأي برغي متوفر تجاريًا #4، #6، #8، M3، M3.5، أو M4 يصل طوله إلى 2 بوصة (50.8 مم) (اسميًا)، وأي صامولة أو غسالة و/أو فاصل متوفر تجاريًا (حتى 2 بوصة / 50.8 مم) لتناسب هذه البراغي. يمكن أيضًا تعزيز وصلات الهيكل باستخدام الدعامات والألواح و/أو القضبان.

أهمية

يعتبر هيكل الروبوت بمثابة الهيكل العظمي له، لذلك من الضروري أن يكون مصممًا جيدًا ومجمعًا جيدًا. قد يعتمد نجاح الروبوت أو فشله على الهيكل. 

يمكن شراء المعادن والهياكل المعدنية من https://www.vexrobotics.com/vexedr/products/structure.