Ontwerpen van een V5-chassis

Het chassis is het structurele onderdeel van de robot dat de aandrijflijn bevat en ervoor zorgt dat de robot mobiel is door gebruik te maken van wielen, tankrupsbanden of een andere methode. Een chassis wordt soms ook wel het frame van de robot genoemd. Het chassis biedt ook een structuur waaraan manipulatoren kunnen worden bevestigd, zoals armen, klauwen, liften, ploegen, transportsystemen, objectinlaten en andere ontwerpelementen die worden gebruikt om objecten te manipuleren.

Bij het ontwerpen van een robotchassis moet u met veel zaken rekening houden.

Doel

Wat is het doel van de robot? Is het robotontwerp bedoeld voor een project in de klas of voor een wedstrijd? Als de robot bedoeld is voor een project in de klas, kan het chassis zo worden gemonteerd dat er minder aandacht is voor herhaaldelijke interacties met andere robots. Als tijdens een wedstrijd het chassis buigt, draait of uit elkaar valt, kan de robot mogelijk niet meer effectief deelnemen. 

Maat

Zijn er regels voor de grootte van de robot? Bij veel wedstrijden zijn er regels voor de juiste maat opgenomen in de spelregels. Deze regels kunnen een maximale hoogte, breedte en lengte bevatten die de robot aan het begin van een wedstrijd mag hebben. Daarnaast kunnen de regels een maximale horizontale uitbreiding en/of een maximale hoogtelimiet bevatten. Het chassis moet zo worden gedimensioneerd dat alle onderdelen van de robot binnen de maatvoeringsregels passen.

Vorm

Welke vorm krijgt het chassis? Een van de voordelen van het VEX EDR-systeem is dat het veel ontwerpen mogelijk maakt en vrijwel eindeloze mogelijkheden voor creativiteit biedt. Er zijn echter wel een aantal aspecten waarmee rekening moet worden gehouden. De metalen constructiecomponenten kunnen veel eenvoudiger worden gemonteerd wanneer er 90 ^o -verbindingen worden gebruikt. De vorm van het chassis moet ruimte bieden voor de andere onderdelen van de robot, zoals het besturingssysteem, de motoren, de wielen, de tandwielen en de kettingwielen. Een goede ontwerpmethode is om het chassis met alle andere componenten uit te leggen vóór de montage, zodat u zeker weet dat de afstand klopt. Zorg ervoor dat de vorm van het chassis geschikt is voor het aandrijflijnontwerp van de robot. Als de robot in een wedstrijd wordt ingezet, zijn er dan bepaalde vormen die een voordeel opleveren? Misschien kan de robot met een smallere vorm makkelijker over het veld navigeren en/of makkelijker in een scorezone passen. Misschien kan een bredere vorm ervoor zorgen dat de robot meer spelstukken kan duwen of dat er meer ruimte is voor een inlaatsysteem. Misschien biedt een U-vorm ruimte voor een transportband en/of een spelstukmanipulator. Misschien is er een obstakel waar de robot onderdoor moet en dat obstakel mag niet zo hoog zijn. Misschien moet de robot hoog reiken, of buiten de wielbasis, en is het voordelig om de vorm van het chassis zo te bouwen dat deze binnen de maximale afmetingen past en een zo groot en stabiel mogelijke voetafdruk creëert.

Ondersteuning van assen

Het is belangrijk dat het ontwerp van het chassis twee parallelle steunpunten bevat voor eventuele assen die in het chassis worden geplaatst. Als er niet voor elke as twee steunen zijn, kan de as op het ene steunpunt lichtjes op en neer draaien, waardoor de as moeilijker kan draaien. Hoe zwaarder de robotconstructie is die door de as wordt ondersteund, hoe belangrijker het is om deze twee ondersteuningspunten te bieden.

Voorbeelden van twee steunpunten

Structurele metalen stukken

Welke metalen constructiedelen worden gebruikt om het chassis te monteren? Het VEX EDR-systeem is leverbaar in vele uitvoeringen in staal en aluminium. C-kanalen zijn verkrijgbaar met 5 of 2 gaten, in zowel staal als aluminium. Er zijn aluminium C-kanalen met 3 gatenbreedtes verkrijgbaar. Hoe breder het C-kanaal, hoe kleiner de kans dat het buigt of verdraait. Het chassis wordt dan echter wel zwaarder. Er zijn hoekprofielen verkrijgbaar in zowel staal als aluminium met vierkante gaten en er zijn stalen hoekprofielen met sleufgaten. Hoeken zijn ideaal voor het bevestigen en ondersteunen van torens. De stalen hoek met sleufgaten maakt verbindingen mogelijk die niet 90 ^ozijn. Er zijn rails verkrijgbaar in zowel staal als aluminium. De rails zijn voorzien van eindconnectoren die een extra verbindingspunt bieden. Rails zijn een van de soorten constructiemetaal die in de chassiskits zijn opgenomen.

Waar u op moet letten bij het selecteren van een structureel metaalmateriaal.VEX biedt metalen constructiedelen in twee materiaalsoorten: staal en aluminium. Er zijn voor- en nadelen verbonden aan het gebruik van een specifiek materiaal, afhankelijk van de materiaaleigenschappen en de beschikbare onderdelen. Beide materiaalsoorten kunnen worden gesneden, geboord, gevijld en opnieuw gevormd om aangepaste ontwerpen mogelijk te maken.

Het stalen constructiemateriaal was het oorspronkelijke materiaal dat beschikbaar was toen het VEX EDR-systeem werd geïntroduceerd. Wanneer u probeert te beslissen of u een stalen constructie wilt gebruiken, zijn er een paar dingen waar u rekening mee moet houden:

• Stalen onderdelen zijn goedkoper dan aluminium. Dit kan een overweging zijn bij projecten in de klas. 
• Stukken staal buigen of draaien niet zo snel als dezelfde stukken metaal van aluminium. 
• Stalen metalen onderdelen zijn verkrijgbaar in de Boaster Kit en de Metal Hardware Kit. 
• Staal is verkrijgbaar in chassiskits in 4 verschillende maten, die u kunt combineren voor verschillende ontwerpen. 
• Staal is ook verkrijgbaar in een aantal metalen componentpakketten met één type/lengte. 

De onderstaande afbeelding toont een 3D-model van het structurele metaal dat voor de VEX V5 wordt gebruikt. 

 

Het aluminium als constructiemateriaal werd later geïntroduceerd in de VEX EDR-productlijn, maar de eigenschappen ervan maken het breed inzetbaar voor ontwerpen in robotwedstrijden. Wanneer u probeert te beslissen of u een aluminium constructiestuk wilt gebruiken, zijn er een paar dingen waar u rekening mee moet houden:

• Aluminium onderdelen zijn lichter en dit biedt een concurrentievoordeel. Hoe lichter de constructie, hoe makkelijker motoren en pneumatische systemen deze kunnen verplaatsen. 
• Aluminium stukken zijn iets dikker dan stalen stukken en in bepaalde richtingen is het lastiger om de gaten tussen 2 of meer stukken uit te lijnen. 
• Aluminium onderdelen zijn zachter dan stalen onderdelen, waardoor schroeven en aandrijfassen in de zijkanten van de vierkante gaten kunnen graven als er veel spanning op wordt uitgeoefend. Dit kan leiden tot een losse verbinding. Deze zachtheid zorgt er echter voor dat aluminium gemakkelijker kan worden gesneden, geboord, gevijld en opnieuw gevormd dan staal. 
• Aluminium metalen onderdelen zijn verkrijgbaar in de Aluminium Structuur Kit en de Lange Aluminium Structuur Kit. 
• Aluminium is verkrijgbaar in een aluminium chassiskit van 25x25. 
• Aluminiummetaal is ook verkrijgbaar in een aantal metalen componentpakketten met één type/lengte. 

Verbindingspunten

Verbindingspunten zijn essentieel voor het construeren en aanpassen van uw VEX V5-robot. Deze punten zorgen ervoor dat verschillende componenten, zoals motoren, sensoren en structurele elementen, stevig bevestigd kunnen worden. Vierkante gaten in de metalen platen, balken en staven zorgen ervoor dat bevestigingsmiddelen er gemakkelijk in kunnen. Dankzij de driehoekige uitsparingen in de balken kunt u eenvoudig het aantal gaten tellen dat u nodig hebt om verschillende onderdelen te bevestigen. Een inkeping markeert elke x vierkante gat, zodat de verbindingspunten eenvoudig te herkennen zijn. 

Alle metalen onderdelen kunnen worden gecombineerd en gematcht om een zeer effectief robotchassis te bouwen. De beslissing over welk type metaal u gebruikt, hoeft geen alles-of-nietsbeslissing te zijn. Zo kunnen aluminium hoekprofielen en rails worden gebruikt voor het aandrijflijngedeelte van het chassis om het licht te houden en kan een stalen C-kanaal worden gebruikt voor het torengedeelte van het chassis om de sterkte te vergroten en een grote arm of liftsysteem te ondersteunen. 

Opgemerkt dient te worden dat metalen platen en metalen staven (die ook in zowel staal als aluminium verkrijgbaar zijn) buiten beschouwing zijn gelaten in deze bespreking van structurele metalen onderdelen. Dit komt doordat platen en staven geen materiaal hebben dat zich in alle 3 de (X, Y,&Z) ruimtelijke assen uitstrekt en daarom niet de structurele sterkte hebben om als hoofdcomponent voor een chassis te worden gebruikt. Deze metalen onderdelen kunnen echter een aantal zeer belangrijke functies vervullen in een chassis, zoals: 

• Platen en staven kunnen worden gebruikt om de andere structurele componenten te ondersteunen en te verbinden om een chassis te verstevigen. 
• Stalen platen of stalen staven kunnen vlak op een stuk aluminium constructiemetaal worden gemonteerd om de vierkante gaten te versterken wanneer een as of schroef door het gat wordt gestoken en er een grote spanning op de as/schroef wordt uitgeoefend. 
• Platen en staven kunnen een plat oppervlak op een chassis bieden waarop componenten zoals de V5 Robot Brain, de V5 Robot Radio en de V5 Robot Battery kunnen worden gemonteerd.

Bevestigingsmiddelen

Hoe worden bevestigingsmiddelen gebruikt om het chassis te monteren? Bevestigingsmiddelen zijn onderdelen die metalen stukken en andere constructies met elkaar verbinden. Er zijn talloze bevestigingsmaterialen beschikbaar om een chassis te monteren. Tenzij het chassis een constructie heeft die ontworpen is om te draaien, moet elke verbinding twee of meer verbindingspunten hebben. Over het algemeen geldt: hoe meer spanning er op een verbinding staat, hoe meer bevestigingsmiddelen er gebruikt moeten worden. Dit betekent echter ook meer gewicht voor het ontwerp. Als er bijvoorbeeld twee C-kanalen met 5 gaten met elkaar worden verbonden, is het niet verstandig om door alle 25 kruisende gaten een schroef te plaatsen. Een chassis voor een klaslokaal ervaart mogelijk minder stress dan een chassis voor een competitief model. Het chassis van het klaslokaal kan worden voorzien van bevestigingsmiddelen die sneller te monteren zijn, zoals klinknagels voor de lagers, zeskantmoeren nr. 8-32, moerstaven en vleugelschroeven. Een wedstrijdchassis moet met schroeven en moeren in elkaar worden gezet. Er kunnen ook 1-Post moerhouders en/of 4-Post moerhouders worden gebruikt. Afstandhouders zijn ook zeer effectief bij het monteren van een chassis. Een afstandhouder wordt gebruikt om twee delen van elkaar te scheiden en tegelijkertijd een stevige verbinding te creëren. De #8-32 afstandhouders zijn verkrijgbaar in verschillende lengtes tussen ¼” en 6”. Naast deze bevestigingsmiddelen heeft de VEX Robotics Competition een spelregel over "Niet-VEX-schroeven", die toestaat dat elke commercieel verkrijgbare #4, #6, #8, M3, M3.5 of M4 schroef tot 2" (50,8 mm) lang (nominaal), en elke commercieel verkrijgbare moer, ring en/of afstandhouder (tot 2" / 50,8 mm lang) op deze schroeven past. Chassisverbindingen kunnen ook worden versterkt met hoekplaten, platen en/of staven.

Belang

Het chassis van de robot fungeert als skelet. Het is daarom van groot belang dat het goed ontworpen en gemonteerd is. Het succes of falen van de robot kan afhangen van het chassis. 

Constructiemetaal en hardware kunnen worden gekocht op https://www.vexrobotics.com/vexedr/products/structure.