Υπάρχουν διάφοροι τρόποι με τους οποίους μπορείτε να κατασκευάσετε έναν ρομποτικό βραχίονα για να τον προσθέσετε στο ρομπότ VEX IQ σας. Ένας ρομποτικός βραχίονας είναι ένας μηχανισμός ή μια μηχανή που λειτουργεί σε κίνηση παρόμοια με έναν ανθρώπινο βραχίονα. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραλαβή, μετακίνηση και μεταφορά αντικειμένων. Οι βραχίονες ρομπότ είναι συνήθως συνδεδεμένοι σε έναν πύργο στο πλαίσιο και χρησιμοποιούνται για την ανύψωση ενός άλλου χειριστή στο άκρο του βραχίονα. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν βραχίονες για την ανύψωση του ρομπότ από το έδαφος. Δείτε την παρακάτω κινούμενη εικόνα για να δείτε ένα παράδειγμα του εύρους κίνησης ενός ρομποτικού βραχίονα.
Οι κινητήρες συνήθως τοποθετούνται στον πύργο και κινούν ένα σύστημα γραναζιών ή μια αλυσίδα και ένα σύστημα οδοντωτών τροχών για να κινούν τον βραχίονα. Τα χέρια μπορούν επίσης να χρησιμοποιούν λαστιχάκια για να βοηθούν στην ανύψωση. Οι βραχίονες ρομπότ VEX IQ συνήθως συναρμολογούνται από δοκούς ή μεγάλες δοκούς. Οι βραχίονες μπορούν να είναι απλώς ένα σετ συναρμολογημένων δοκών ή δύο βραχίονες μπορούν να συνδυαστούν δίπλα-δίπλα με ένα άνοιγμα μεταξύ τους. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν εγκάρσιες στηρίξεις που κατασκευάζονται με standoffs ή γωνιακούς συνδέσμους για τη σύνδεση του ζεύγους.
Δείτε παρακάτω παραδείγματα από μια ποικιλία βραχιόνων που μπορείτε να κατασκευάσετε με ένα κιτ VEX IQ.
Περιστρεφόμενος βραχίονας
Ένας μόνο περιστρεφόμενος βραχίονας είναι ίσως ο ευκολότερος βραχίονας στη συναρμολόγηση. Αυτός είναι ο τύπος βραχίονα που βρίσκεται στην έκδοση του ClawBot IQ (1ης γενιάς). Ο χειριστής στο άκρο ακολουθεί το τόξο της κίνησης του περιστρεφόμενου βραχίονα. Είναι δυνατό ένα σχέδιο περιστρεφόμενου βραχίονα να περάσει πάνω από την κορυφή του πύργου και να φτάσει στην άλλη πλευρά του ρομπότ, όπως φαίνεται σε αυτήν την κινούμενη εικόνα.
Ωστόσο, αυτή η κίνηση θα μπορούσε να αποτελέσει πρόβλημα με ένα παθητικό πιρούνι, κουτάλα ή πιόνι παιχνιδιού που πρέπει να παραμείνει επίπεδο.
Βραχίονες σύνδεσης
Οι βραχίονες σύνδεσης είναι βραχίονες που περιλαμβάνουν περισσότερες από μία περιστρεφόμενες ράβδους οι οποίες δημιουργούν συνδέσεις μεταξύ ενός πύργου και ενός ακραίου πύργου.
- Οι σύνδεσμοι συνήθως κατασκευάζονται για να σχηματίσουν ένα παραλληλόγραμμο.
- Όταν αυτές οι ράβδοι και οι πύργοι έχουν την ίδια απόσταση μεταξύ των παράλληλων συνδέσεών τους, παραμένουν παράλληλοι καθώς ο βραχίονας ανυψώνεται. Αυτό μπορεί να διατηρήσει ό,τι σηκώνει το χέρι σε σχετικά επίπεδο. Ωστόσο, ο βραχίονας κινείται σε ένα ελαφρύ τόξο καθώς ανυψώνεται.
- Αυτά τα μπράτσα έχουν περιορισμούς στο πόσο ψηλά ανυψώνονται επειδή σε κάποιο σημείο οι παράλληλες ράβδοι θα έρθουν σε επαφή μεταξύ τους.
Οι βραχίονες σύνδεσης περιλαμβάνουν: 4 ράβδους, 6 ράβδους, αλυσίδα και διπλή αντίστροφη 4 ράβδους. Δείτε παρακάτω παραδείγματα αυτών των παραλλαγών του ρομποτικού βραχίονα.
4-Μπαρ
Ο βραχίονας 4 ράβδων είναι ο ευκολότερος στη συναρμολόγηση λόγω της απλής δομής του που αποτελείται από δύο σετ παράλληλων ράβδων. Η δομή του αυξάνει επίσης τη σταθερότητά του και επιτρέπει στο χέρι να έχει μεγάλο εύρος κίνησης. Ο βραχίονας 4-Bar περιλαμβάνει μια σύνδεση πύργου, ένα σετ παράλληλων βραχιόνων σύνδεσης και μια σύνδεση πύργου/χειριστή στο άκρο. Αυτή η τρισδιάστατη κατασκευή προσφέρει μια λεπτομερή ματιά στην κατασκευή του βραχίονα 6 ράβδων.
Ένα παράδειγμα του βραχίονα 4 ράβδων μπορεί να βρεθεί στο ClawBot (2ης γενιάς). Για να κατασκευάσετε το ClawBot, μπορείτε να ακολουθήσετε τα βήματα στο παρακάτω γράφημα ή να δείτε τις Οδηγίες Κατασκευής 2D.
6-Μπαρ
Ο βραχίονας 6 ράβδων είναι μια επέκταση του βραχίονα σύνδεσης 4 ράβδων. Αυτό επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας μια μακρύτερη άνω ράβδο και μια εκτεταμένη ακραία ράβδο στο πρώτο σετ συνδέσμων. Η μακρύτερη ράβδος χρησιμεύει ως ο κάτω σύνδεσμος για το δεύτερο σετ συνδέσμων και η εκτεταμένη ακραία ράβδος χρησιμεύει ως «πύργος» για τους δύο επάνω εναπομείναντες συνδέσμους. Αυτή η τρισδιάστατη κατασκευή προσφέρει μια λεπτομερή ματιά στην κατασκευή του βραχίονα 6 ράβδων.
Ένας βραχίονας 6 bar συνήθως μπορεί να φτάσει ψηλότερα από έναν βραχίονα 4 bar, ωστόσο εκτείνεται περισσότερο καθώς ταλαντεύεται προς τα πάνω και μπορεί να προκαλέσει την ανατροπή του ρομπότ εάν το μεταξόνιο δεν είναι αρκετά μεγάλο.
Αλυσίδα-Μπάρα
Ο βραχίονας της αλυσίδας χρησιμοποιεί γρανάζια και αλυσίδα για να δημιουργήσει έναν βραχίονα σύνδεσης. Ένας καλυμμένος άξονας διέρχεται από τον πύργο. Ένας οδοντωτός τροχός είναι τοποθετημένος στον πύργο και πάνω από το καπάκι του άξονα. Αυτό επιτρέπει στον άξονα να περιστρέφεται ενώ ο οδοντωτός τροχός παραμένει συνδεδεμένος στον πύργο. Ο άξονας είναι στερεωμένος στον βραχίονα και ένας κινητήρας με σύστημα γραναζιών/αλυσίδας ή σύστημα γραναζιών χρησιμοποιείται για την ανύψωση και το κατέβασμα του βραχίονα.
Ένας άλλος άξονας που περιστρέφεται ελεύθερα διέρχεται από το άλλο άκρο του βραχίονα. Ο ακραίος χειριστής είναι τοποθετημένος σε ένα δεύτερο γρανάζι ίδιου μεγέθους. Όταν η αλυσίδα είναι συνδεδεμένη ανάμεσα στα γρανάζια του βραχίονα, η αλυσίδα λειτουργεί σαν σύνδεσμος 4 ράβδων καθώς ένα σύστημα κινητήρα περιστρέφει τον βραχίονα.
Μπορεί να χρειαστεί να χρησιμοποιήσετε μακρύτερους πείρους με αποστάτες ή κοντές προεξοχές για να συνδέσετε τα γρανάζια στις δοκούς, ώστε να υπάρχει διάκενο για την αλυσίδα.
Το πλεονέκτημα ενός βραχίονα αλυσίδας-λάμας είναι ότι δεν έχει δύο συνδέσμους που να ενώνονται και να περιορίζουν το ύψος της, ωστόσο, εάν η αλυσίδα ξεκουμπώσει ή σπάσει ένας σύνδεσμος, ο βραχίονας θα χαλάσει. Αυτή η τρισδιάστατη κατασκευή προσφέρει μια λεπτομερή ματιά στην κατασκευή του βραχίονα της αλυσίδας.
Διπλή Αντίστροφη 4-Μπαρ
Ο διπλά αντίστροφος βραχίονας 4 ράβδων απαιτεί τον περισσότερο σχεδιασμό και χρόνο συναρμολόγησης. Σχεδόν πάντα συναρμολογούνται σε ζεύγη για να εξισορροπούν τις δυνάμεις στους βραχίονες. Η συναρμολόγηση αυτών των βραχιόνων ξεκινά με έναν σύνδεσμο τεσσάρων ράβδων. Ο ακραίος σύνδεσμος χρησιμεύει ως δεύτερος πύργος για ένα κορυφαίο σετ τεσσάρων ράβδων.
Συνήθως, ένα μεγάλο γρανάζι τοποθετείται στο άκρο του άνω συνδέσμου της κάτω 4-ράβδου και ένα άλλο μεγάλο γρανάζι τοποθετείται στο εγγύς άκρο του κάτω συνδέσμου της άνω 4-ράβδου. Καθώς ο βραχίονας ανυψώνεται, τα δύο γρανάζια αλληλοεμπλέκονται, μετακινώντας το πάνω σετ των 4 ράβδων προς την αντίθετη κατεύθυνση από το κάτω σετ, εκτείνοντας τον βραχίονα προς τα πάνω. Αυτή η τρισδιάστατη κατασκευή προσφέρει μια λεπτομερή ματιά στην κατασκευή του διπλά ανάστροφου βραχίονα 4 ράβδων.
Κατά το σχεδιασμό ενός διπλού αντίστροφου βραχίονα 4 ράβδων, είναι σημαντικό να παρέχεται διάκενο έτσι ώστε οι άνω 4 μπάρες να μπορούν να περνούν είτε προς τα μέσα είτε προς τα έξω από τις κάτω 4 μπάρες. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί τοποθετώντας την άνω 4 ράβδους στο εσωτερικό του κεντρικού συστήματος γραναζιών και την κάτω 4 ράβδους στο εξωτερικό του συστήματος γραναζιών:
- Άνω 4-bar τοποθετημένο στο εσωτερικό του γραναζιού
-
Κάτω 4-bar τοποθετημένο στο εξωτερικό του γραναζιού.
Η παροχή όσο το δυνατόν περισσότερων εγκάρσιων στηριγμάτων μεταξύ των ζευγών βραχιόνων θα βοηθήσει στη διατήρηση της σταθερότητας των βραχιόνων.
Πολλά σχέδια διπλής αντίστροφης κίνησης 4 ράβδων τοποθετούν τον/τους κινητήρα/ες ανυψωτήρα με ένα γρανάζι 12T στον δεύτερο πύργο και κινούν τα μεγάλα γρανάζια του ανυψωτήρα. Ωστόσο, μπορούν να ανυψωθούν με συστήματα κινητήρα/μειωτήρων στους σταθερούς πύργους που είναι προσαρτημένοι στο πλαίσιο ή και στις δύο θέσεις.
Οι διπλά αντίστροφες 4 ράβδοι μπορούν να έχουν την υψηλότερη εμβέλεια και την πιο γραμμική ανύψωση από όλους τους βραχίονες που συζητήθηκαν. Λόγω του πιθανού ακραίου ύψους που μπορεί να επιτευχθεί με αυτόν τον σχεδιασμό, πρέπει να δίνεται προσοχή κατά την οδήγηση του ρομπότ με τον βραχίονα πλήρως τεντωμένο, διαφορετικά το ρομπότ μπορεί να ανατραπεί. Αυτή η τρισδιάστατη κατασκευή παρακάτω προσφέρει μια ματιά στην κατασκευή του διπλά αντίστροφου βραχίονα 4 ράβδων.
Για περισσότερες πληροφορίες, ανατρέξτε στο Βίντεο Σχεδιασμού Βραχίονα και στην Περίληψη Μαθήματος στο Εργαστήριο Up and Over STEM.