Entwurf eines V5-Chassis

Das Chassis ist die Strukturkomponente des Roboters, die den Antriebsstrang enthält und die Mobilität des Roboters mithilfe von Rädern, Panzerketten oder auf andere Weise gewährleistet. Ein Chassis wird manchmal als Rahmen des Roboters bezeichnet. Das Chassis bietet außerdem eine Struktur zum Anbringen von Manipulatoren wie Armen, Klauen, Aufzügen, Pflügen, Fördersystemen, Objektaufnahmen und anderen Konstruktionsmerkmalen, die zur Manipulation von Objekten verwendet werden.

Bei der Konstruktion eines Robotergehäuses müssen viele Überlegungen angestellt werden.

Zweck

Was ist der Zweck des Roboters? Ist der Roboterentwurf für ein Klassenprojekt oder für einen Wettbewerb gedacht? Wenn der Roboter für ein Unterrichtsprojekt bestimmt ist, kann sein Chassis ohne größere Bedenken hinsichtlich wiederholter Interaktionen mit anderen Robotern zusammengebaut werden. Wenn sich das Chassis während eines Wettkampfs verbiegt, verdreht oder auseinanderfällt, ist der Roboter möglicherweise nicht mehr in der Lage, effektiv anzutreten. 

Größe

Gibt es Größenregeln für den Roboter? Bei vielen Wettbewerben sind in den Spielregeln Größenvorschriften enthalten. Diese Regeln könnten eine maximale Höhe, Breite und Länge vorsehen, die der Roboter zu Beginn eines Spiels haben darf, und die Regeln könnten eine maximale horizontale Ausdehnung und/oder eine maximale Höhenbegrenzung vorsehen. Die Größe des Chassis muss so bemessen sein, dass alle Komponenten des Roboters innerhalb der Größenregeln passen.

Form

Welche Form wird das Chassis haben? Einer der Vorteile des VEX EDR-Systems besteht darin, dass es viele Designs und nahezu unbegrenzte Möglichkeiten für Kreativität ermöglicht. Dabei sind jedoch einige Aspekte zu berücksichtigen. Die Montage der strukturellen Metallkomponenten ist bei Verwendung von 90 wesentlich einfacher. Die Form des Chassis sollte Platz für die anderen Komponenten des Roboters bieten, beispielsweise für die Steuerung, Motoren, Räder, Zahnräder und Kettenräder. Eine gute Designpraxis besteht darin, das Chassis mit allen anderen Komponenten vor der Montage auszulegen, um sicherzustellen, dass der Abstand stimmt. Stellen Sie sicher, dass die Form des Chassis zum Antriebsstrangdesign des Roboters passt. Wenn der Roboter in einem Wettkampf eingesetzt wird, gibt es Formen, die einen Vorteil verschaffen? Vielleicht ermöglicht eine schmalere Form dem Roboter, sich einfacher auf dem Feld zurechtzufinden und/oder leichter in eine Wertungszone zu passen. Vielleicht ermöglicht eine breitere Form dem Roboter, mehr Spielsteine zu schieben oder bietet mehr Platz für ein Ansaugsystem. Vielleicht bietet eine U-Form Platz für ein Förderband und/oder einen Spielsteinmanipulator. Möglicherweise gibt es ein Hindernis, unter dem der Roboter durch muss, und dieses kann nicht so hoch sein. Möglicherweise muss der Roboter hoch oder über den Radstand hinaus reichen. Dann ist es vorteilhaft, die Fahrgestellform so zu bauen, dass sie die maximale Größenbeschränkung einhält und eine möglichst große und stabile Standfläche schafft.

Unterstützung von Wellen

Es ist wichtig, dass die Konstruktion des Chassis zwei parallele Stützpunkte für alle Wellen vorsieht, die in das Chassis eingesetzt werden. Wenn nicht für jede Welle zwei Stützen vorhanden sind, kann die Welle an dem einzelnen Stützpunkt leicht auf und ab schwenken, wodurch das Drehen der Welle erschwert wird. Je schwerer die Roboterbaugruppe ist, die die Welle trägt, desto wichtiger ist es, diese beiden Stützpunkte bereitzustellen.

Beispiele für zwei Unterstützungspunkte

Strukturelle Metallteile

Welche Art von Metallstrukturteilen werden zum Zusammenbau des Fahrgestells verwendet? Das VEX EDR-System ist in vielen Optionen in Stahl und Aluminium erhältlich. C-Kanäle sind in den Breiten 5 und 2 Löcher sowohl in Stahl als auch in Aluminium erhältlich. Es sind Aluminium C-Kanäle in 3 Lochbreite erhältlich. Je breiter der C-Kanal ist, desto unwahrscheinlicher ist es, dass er sich verbiegt oder verdreht; das Chassis wird dadurch jedoch schwerer. Es sind Winkel aus Stahl und Aluminium mit Vierkantlöchern erhältlich, außerdem gibt es Stahlwinkel mit Langlöchern. Winkel eignen sich optimal zur Befestigung und Unterstützung von Türmen. Der Stahlwinkel mit Langlöchern ermöglicht Verbindungen die nicht im 90 ^oWinkel stehen. Es sind Schienen sowohl aus Stahl als auch aus Aluminium erhältlich. Schienen verfügen über Endverbinder, die einen zusätzlichen Verbindungspunkt bieten. Schienen sind eine der in den Chassis-Kits enthaltenen Baumetallarten.

Was bei der Auswahl eines Strukturmetallmaterials zu beachten ist.VEX bietet Metallstrukturteile in zwei Materialoptionen an: Stahl und Aluminium. Die Verwendung eines bestimmten Materials bietet je nach Materialeigenschaften und verfügbaren Teilen Vor- und Nachteile. Beide Materialoptionen können geschnitten, gebohrt, gefeilt und neu geformt werden, um individuelle Designs zu ermöglichen.

Das Baumetall Stahl war das ursprüngliche Material, das bei Einführung des VEX EDR-Systems verfügbar war. Bei der Entscheidung für oder gegen den Einsatz eines Stahlbauteils sollten folgende Aspekte berücksichtigt werden:

• Stahlmetallteile sind weniger teuer als Aluminium und dies kann bei Unterrichtsprojekten eine Überlegung wert sein. 
• Stahlmetallteile verbiegen oder verdrehen sich nicht so leicht wie die gleichen Metallteile aus Aluminium. 
• Stahlmetallteile sind im Boaster Kit und im Metal Hardware Kit erhältlich. 
• Stahlmetall ist in 4 unterschiedlich großen Chassis-Kits erhältlich, die für eine Reihe verschiedener Designs gemischt und angepasst werden können. 
• Stahlmetall ist auch in zahlreichen Metallkomponentenpaketen mit einzelnen Typen/Längen erhältlich. 

Die folgende Grafik zeigt ein 3D-Modell des für den VEX V5 verwendeten Strukturmetalls. 

 

Das Strukturmetall Aluminium wurde erst später in die VEX EDR-Produktlinie eingeführt, seine Eigenschaften führen jedoch dazu, dass es häufig für Konstruktionen bei Roboterwettbewerben eingesetzt wird. Bei der Entscheidung für oder gegen den Einsatz eines Aluminium-Strukturteils sollten folgende Aspekte berücksichtigt werden:

• Aluminiummetallteile sind leichter und bieten einen Wettbewerbsvorteil, denn je leichter die Struktur ist, desto einfacher können Motoren und pneumatische Systeme sie bewegen. 
• Aluminiumteile sind etwas dicker als Stahlteile und in bestimmten Ausrichtungen ist es schwieriger, die Löcher zwischen zwei oder mehr Teilen auszurichten. 
• Aluminiumteile sind weicher als Stahlteile, wodurch es bei starker Belastung dazu kommen kann, dass sich Schrauben und Antriebswellen in die Seiten der quadratischen Löcher bohren und so eine lose Verbindung entsteht. Aufgrund seiner Weichheit lässt sich Aluminium jedoch leichter schneiden, bohren, feilen und umformen als Stahl. 
• Aluminiummetallteile sind im Aluminium-Strukturbausatz und im langen Aluminium-Strukturbausatz erhältlich. 
• Aluminium ist in einem Aluminium-Chassis-Kit 25x25 erhältlich. 
• Aluminiummetall ist auch in zahlreichen Metallkomponentenpaketen mit einzelnen Typen/Längen erhältlich. 

Verbindungspunkte

Verbindungspunkte sind für die Konstruktion und Anpassung Ihres VEX V5-Roboters von entscheidender Bedeutung. Diese Punkte ermöglichen die sichere Befestigung verschiedener Komponenten, wie beispielsweise Motoren, Sensoren und Strukturelemente. Quadratische Löcher in den Metallplatten, Trägern und Stangen ermöglichen ein einfaches Einführen der Befestigungselemente. Dreieckige Vertiefungen in den Balken ermöglichen Ihnen ein einfaches Zählen der Löcher, die Sie zum Befestigen verschiedener Komponenten benötigen. Zur einfachen Identifizierung der Verbindungspunkte ist jedes fünf quadratische Loch durch eine Vertiefung markiert. 

Alle Metallteile können gemischt und kombiniert werden, um ein sehr effektives Roboterchassis zusammenzubauen. Bei der Entscheidung, welche Metallart verwendet werden soll, muss es sich nicht um „Alles oder Nichts“ handeln. Beispielsweise können Aluminiumwinkel und -schienen für den Antriebsstrangteil des Fahrgestells verwendet werden, um dieses leicht zu halten, und C-Kanäle aus Stahl können für den Turmteil des Fahrgestells verwendet werden, um die nötige Stabilität für die Unterstützung eines großen Arms oder Hebesystems zu bieten. 

Es muss beachtet werden, dass Metallplatten und Metallstangen (die ebenfalls in Stahl und Aluminium erhältlich sind) bei dieser Diskussion über Strukturmetallteile nicht berücksichtigt wurden. Dies liegt daran, dass Platten und Stangen kein Material aufweisen, das sich in alle 3 (X, Y,&Z) Raumachsen ausdehnt und daher nicht die strukturelle Festigkeit besitzen, um als Hauptbestandteil eines Fahrgestells verwendet zu werden. Allerdings können diese Metallteile in einem Fahrgestell einige sehr wichtige Funktionen erfüllen, wie zum Beispiel: 

• Platten und Stangen können zur Unterstützung und Verbindung der anderen Strukturkomponenten verwendet werden, um ein Fahrgestell zu versteifen. 
• Stahlplatten oder Stahlstangen können bündig auf einem Stück Aluminium-Baumetall montiert werden, um dessen quadratische Löcher zu verstärken, wenn ein Schaft oder eine Schraube durch das Loch gesteckt wird und auf den Schaft/die Schraube eine große Spannung ausgeübt wird. 
• Platten und Stangen können auf einem Chassis eine flache Oberfläche bieten, um Komponenten wie das V5 Robot Brain, das V5 Robot Radio und die V5 Robot Battery zu montieren.

Verbindungselemente

Wie werden Verbindungselemente zur Montage des Fahrgestells verwendet? Befestigungselemente sind Teile, die Metallteile und andere Strukturen miteinander verbinden. Für die Montage eines Fahrgestells stehen zahlreiche Befestigungselemente zur Verfügung. Sofern das Fahrgestell keine schwenkbare Struktur aufweist, muss jede Verbindungsstelle über zwei oder mehr Anschlusspunkte verfügen. Als allgemeine Regel gilt: Je stärker eine Verbindung beansprucht wird, desto mehr Befestigungselemente sollten verwendet werden. Dies bedeutet allerdings auch, dass die Konstruktion dadurch mehr Gewicht auf die Waage bringt. Wenn beispielsweise zwei C-Kanäle mit 5 Löchern verbunden werden, wäre es übertrieben, eine Schraube durch alle 25 sich kreuzenden Löcher zu stecken. Ein Klassenzimmer-Chassis ist möglicherweise nicht so hohen Belastungen ausgesetzt wie ein Wettbewerbs-Chassis. Für das Klassenzimmer-Chassis können Befestigungselemente verwendet werden, die sich schneller montieren lassen, wie etwa Lagerbefestigungsnieten, Sechskantmuttern Nr. 8–32, Mutternstangen und Flügelschrauben. Ein Wettbewerbschassis muss mit Schrauben und Muttern zusammengebaut werden. Es können auch 1-Pfosten-Mutternhalter und/oder 4-Pfosten-Mutternhalter verwendet werden. Abstandshalter sind auch für die Montage eines Chassis sehr effektiv. Ein Abstandshalter dient dazu, zwei Teile voneinander zu trennen und dabei eine starre Verbindung herzustellen. Die Abstandshalter Nr. 8-32 sind in verschiedenen Längen zwischen ¼ Zoll und 6 Zoll erhältlich. Zusätzlich zu diesen Befestigungselementen gibt es beim VEX Robotics Competition eine Spielregel zu „Nicht-VEX-Schrauben“, die es erlaubt, dass alle handelsüblichen Schrauben Nr. 4, Nr. 6, Nr. 8, M3, M3.5 oder M4 mit einer Länge bis zu 2 Zoll (50,8 mm) (nominal) und alle handelsüblichen Muttern, Unterlegscheiben und/oder Distanzstücke (bis zu 2 Zoll / 50,8 mm lang) auf diese Schrauben passen. Fahrgestellverbindungen können auch durch die Verwendung von Knotenblechen, Platten und/oder Stangen verstärkt werden.

Bedeutung

Das Chassis des Roboters dient als sein Skelett. Daher ist es wichtig, dass es gut konstruiert und zusammengebaut ist. Vom Fahrgestell kann der Erfolg oder Misserfolg des Roboters abhängen. 

Strukturmetall und Hardware können unter https://www.vexrobotics.com/vexedr/products/structureerworben werden.