Progettazione di un telaio V5

Il telaio è il componente strutturale del robot che contiene la trasmissione e consente al robot di muoversi tramite ruote, cingoli da carro armato o altri metodi. Talvolta il telaio viene definito anche "struttura del robot". Il telaio fornisce anche una struttura per fissare manipolatori quali bracci, artigli, elevatori, aratri, sistemi di trasporto, prese d'aria e altre caratteristiche di progettazione utilizzate per manipolare oggetti.

Quando si progetta il telaio di un robot, ci sono molte considerazioni da fare.

Scopo

Qual è lo scopo del robot? Il progetto del robot è destinato a un progetto scolastico o a una competizione? Se il robot è destinato a un progetto scolastico, il suo telaio può essere assemblato senza preoccuparsi troppo delle interazioni ripetute con altri robot. Durante una competizione, se il telaio si piega, si torce o cade a pezzi, il robot potrebbe non essere più in grado di competere in modo efficace. 

Misurare

Esistono delle regole per le dimensioni del robot? Molte competizioni hanno regole sulle taglie incluse nel regolamento del gioco. Queste regole potrebbero stabilire un'altezza, una larghezza e una lunghezza massime che il robot può avere all'inizio di una partita e potrebbero stabilire un'espansione massima in orizzontale e/o un limite massimo in altezza. Il telaio deve essere dimensionato in modo che tutti i componenti del robot rientrino nelle regole di dimensionamento.

Forma

Che forma avrà il telaio? Uno dei vantaggi del sistema VEX EDR è che consente molteplici progetti e offre opportunità pressoché infinite di creatività. Tuttavia, ci sono alcuni aspetti da considerare. I componenti metallici strutturali si assemblano molto più facilmente quando si utilizzano connessioni 90 ^{. La forma del telaio dovrebbe lasciare spazio per gli altri componenti del robot, come il sistema di controllo, i motori, le ruote, gli ingranaggi e le ruote dentate. Una buona norma di progettazione è quella di disporre il telaio insieme a tutti gli altri componenti prima dell'assemblaggio, per garantire che la spaziatura sia corretta. Assicuratevi che la forma del telaio si adatti al design della trasmissione del robot. Se il robot verrà utilizzato in una competizione, ci sono forme che forniranno un vantaggio? Forse una forma più stretta consentirà al robot di muoversi più facilmente nel campo e/o di entrare più facilmente nella zona di punteggio. Forse una forma più ampia consentirà al robot di spingere più pezzi del gioco o fornirà più spazio per un sistema di aspirazione. Forse una forma a U consentirà di avere spazio per un trasportatore e/o un manipolatore di pezzi da gioco. Forse c'è un ostacolo sotto cui il robot deve passare e non può essere così alto. Forse il robot dovrà raggiungere altezze elevate o superare il passo e sarà vantaggioso costruire una forma del telaio che rientri nel limite massimo di dimensioni e crei un'impronta il più ampia e stabile possibile.}

Supporto degli alberi

È importante che il design del telaio preveda due punti di supporto paralleli per tutti gli alberi che verranno inseriti nel telaio. Se non vengono forniti due supporti per ogni albero, l'albero potrà ruotare leggermente verso l'alto e verso il basso rispetto al singolo punto di supporto, rendendone più difficile la rotazione. Quanto più pesante è il gruppo robot supportato dall'albero, tanto più importante è fornire questi due punti di supporto.

Esempi di due punti di supporto

Pezzi metallici strutturali

Che tipo di pezzi metallici strutturali verranno utilizzati per assemblare il telaio? Il sistema VEX EDR è disponibile in numerose opzioni in acciaio e alluminio. I canali C sono disponibili con 5 e 2 fori di larghezza, sia in acciaio che in alluminio. Sono disponibili canali a C in alluminio con larghezza di 3 fori. Più largo è il canale a C, minore è la probabilità che si pieghi o torca, tuttavia il telaio sarà più pesante. Sono disponibili angoli sia in acciaio che in alluminio con fori quadrati e angoli in acciaio con fori asolati. Gli angoli sono ideali per fissare e sostenere le torri. L'angolo in acciaio con fori asolati consente connessioni che non sono a 90 ^o. Le rotaie sono disponibili sia in acciaio che in alluminio. Le rotaie sono dotate di connettori terminali che forniscono un ulteriore punto di collegamento. Le rotaie sono uno dei tipi di metallo strutturale inclusi nei kit telaio.

Aspetti da considerare quando si seleziona un materiale metallico strutturale.VEX offre pezzi con struttura metallica in due materiali: acciaio e alluminio. Esistono vantaggi e svantaggi nell'utilizzare un materiale specifico in base alle proprietà del materiale e ai pezzi disponibili. Entrambe le opzioni di materiale possono essere tagliate, forate, limate e rimodellate per consentire la realizzazione di progetti personalizzati.

Il metallo strutturale in acciaio era il materiale originale disponibile quando è stato introdotto il sistema VEX EDR. Quando si cerca di decidere se utilizzare o meno un elemento strutturale in acciaio, ecco alcuni aspetti da considerare nella decisione:

• I pezzi di metallo in acciaio sono meno costosi dell'alluminio e questo può essere un fattore da tenere in considerazione nei progetti scolastici. 
• I pezzi di metallo in acciaio non si piegano o torcono facilmente come gli stessi pezzi di metallo in alluminio. 
• I pezzi metallici in acciaio sono disponibili nel kit Boaster e nel kit Metal Hardware. 
• Il metallo d'acciaio è disponibile in 4 kit telaio di diverse dimensioni, che possono essere combinati e abbinati per ottenere numerosi design diversi. 
• L'acciaio metallico è disponibile anche in confezioni di componenti metallici di tipo/lunghezza singoli. 

Il grafico sottostante mostra un modello 3D del metallo strutturale utilizzato per il VEX V5. 

 

Il metallo strutturale in alluminio è stato introdotto in un secondo momento nella linea di prodotti VEX EDR, tuttavia le sue proprietà lo rendono ampiamente utilizzato per la progettazione di competizioni di robotica. Quando si cerca di decidere se utilizzare o meno un pezzo strutturale in alluminio, ecco alcuni aspetti da considerare nella decisione:

• I pezzi metallici in alluminio sono più leggeri e questo rappresenta un vantaggio competitivo, perché più la struttura è leggera, più è facile per i motori e i sistemi pneumatici spostarla. 
• I pezzi di alluminio sono leggermente più spessi di quelli di acciaio e, in certi orientamenti, è più difficile allineare i fori tra 2 o più pezzi. 
• I pezzi in alluminio sono più morbidi di quelli in acciaio e questo può consentire alle viti e agli alberi di trasmissione di conficcarsi nei lati dei fori quadrati quando vengono sottoposti a una forte sollecitazione, creando un collegamento allentato. Tuttavia, questa morbidezza consente all'alluminio di essere tagliato, forato, limato e rimodellato più facilmente dell'acciaio. 
• I pezzi metallici in alluminio sono disponibili nel kit con struttura in alluminio e nel kit con struttura in alluminio lunga. 
• L'alluminio è disponibile nel kit telaio in alluminio 25x25. 
• L'alluminio metallico è disponibile anche in numerose confezioni di componenti metallici di tipo/lunghezza singoli. 

Punti di connessione

I punti di connessione sono fondamentali per la costruzione e la personalizzazione del robot VEX V5. Questi punti consentono il fissaggio sicuro di vari componenti, come motori, sensori ed elementi strutturali. I fori quadrati nelle piastre metalliche, nelle travi e nelle barre consentono un facile inserimento degli elementi di fissaggio. Le rientranze triangolari nelle travi consentono di contare facilmente i fori necessari per fissare i diversi componenti. Una rientranza contrassegna ogni fori per una facile identificazione dei punti di collegamento. 

Tutti i pezzi metallici possono essere mescolati e abbinati per assemblare un telaio robotico estremamente efficace. La decisione su quale tipo di metallo utilizzare non deve essere necessariamente una questione di tutto o niente. Ad esempio, per la parte della trasmissione del telaio potrebbero essere utilizzati angolari e binari in alluminio per mantenerla leggera, mentre per la parte della torre del telaio potrebbero essere utilizzati canali a C in acciaio per fornire resistenza e supportare un braccio di grandi dimensioni o un sistema di sollevamento. 

È opportuno sottolineare che le piastre e le barre metalliche (disponibili sia in acciaio che in alluminio) sono state escluse da questa discussione sui pezzi in metallo strutturale. Questo perché piastre e barre non hanno materiale che si estenda su tutti e 3 gli assi spaziali (X, Y,&Z) e quindi non hanno la resistenza strutturale per essere utilizzate come componente principale per un telaio. Tuttavia, queste parti metalliche possono svolgere alcune funzioni molto importanti in un telaio, come: 

• Piastre e barre possono essere utilizzate per sostenere e collegare gli altri componenti strutturali per irrigidire un telaio. 
• Le piastre o le barre d'acciaio possono essere montate a filo su un pezzo di metallo strutturale in alluminio per rinforzarne i fori quadrati quando un albero o una vite vengono inseriti attraverso il foro e l'albero/la vite subiscono una forte sollecitazione. 
• Piastre e barre possono fornire una superficie piana su un telaio su cui montare componenti come il V5 Robot Brain, la V5 Robot Radio e la V5 Robot Battery.

Elementi di fissaggio

Come vengono utilizzati gli elementi di fissaggio per assemblare il telaio? Gli elementi di fissaggio sono parti che collegano tra loro i pezzi metallici e altre strutture. Per assemblare un telaio sono disponibili numerosi elementi di fissaggio. A meno che il telaio non abbia una struttura progettata per ruotare, ogni giunzione deve avere due o più punti di connessione. Come regola generale, maggiore è lo stress a cui è sottoposta una giunzione, maggiore sarà il numero di elementi di fissaggio da utilizzare; tuttavia, ciò comporterà un peso maggiore per la progettazione. Ad esempio, se si collegano due canali a C a 5 fori, sarebbe eccessivo posizionare una vite attraverso tutti i 25 fori che si intersecano. Un telaio da usare in classe potrebbe non essere sottoposto a stress così elevato come un telaio da usare in competizione. Il telaio dell'aula può utilizzare elementi di fissaggio più rapidi da montare, come i rivetti per il fissaggio dei cuscinetti, i dadi esagonali n. 8-32, le barre filettate e le viti a testa zigrinata. Un telaio da competizione dovrà essere assemblato con viti e dadi. È possibile utilizzare anche i fermadadi a 1 montante e/o i fermadadi a 4 montanti. I distanziali sono molto efficaci anche per assemblare un telaio. Un distanziatore viene utilizzato per separare due parti l'una dall'altra, creando al contempo una connessione rigida. I distanziali #8-32 sono disponibili in varie lunghezze comprese tra ¼” e 6”. Oltre a questi elementi di fissaggio, la VEX Robotics Competition ha una regola di gioco sulle "viti non VEX" che consente l'uso di qualsiasi vite n. 4, n. 6, n. 8, M3, M3.5 o M4 disponibile in commercio fino a 2" (50,8 mm) di lunghezza (nominale) e di qualsiasi dado, rondella e/o distanziale disponibile in commercio (fino a 2" / 50,8 mm di lunghezza). Le giunzioni del telaio possono anche essere rinforzate utilizzando rinforzi, piastre e/o barre.

Importanza

Il telaio del robot funge da scheletro, quindi è essenziale che sia ben progettato e ben assemblato. Il successo o il fallimento del robot può dipendere dal telaio. 

Il metallo strutturale e l'hardware possono essere acquistati su https://www.vexrobotics.com/vexedr/products/structure.