Projektowanie podwozia V5

Podwozie to element konstrukcyjny robota, w którym znajduje się układ napędowy. Dzięki niemu robot może poruszać się dzięki kołom, gąsienicom lub w inny sposób. Podwozie jest czasami nazywane ramą robota. Podwozie stanowi również konstrukcję umożliwiającą mocowanie manipulatorów, takich jak ramiona, pazury, podnośniki, pługi, systemy przenośników, wloty obiektów i inne elementy konstrukcyjne służące do manipulowania obiektami.

Przy projektowaniu podwozia robota należy wziąć pod uwagę wiele kwestii.

Zamiar

Jakie jest przeznaczenie robota? Czy projekt robota jest projektem klasowym czy konkursowym? Jeśli robot jest przeznaczony do projektu szkolnego, jego podwozie można zmontować bez obawy o wielokrotne interakcje z innymi robotami. Jeśli podczas zawodów podwozie wygnie się, skręci lub rozpadnie, robot może nie być już w stanie skutecznie rywalizować. 

Rozmiar

Czy istnieją jakieś zasady dotyczące rozmiarów robota? Wiele zawodów ma zasady dotyczące rozmiarów zawarte w regulaminie gry. Zasady te mogą określać maksymalną wysokość, szerokość i długość, jaką robot może mieć na początku meczu, a także maksymalne rozszerzenie w poziomie i/lub ograniczenie maksymalnej wysokości. Podwozie musi mieć takie wymiary, aby wszystkie komponenty robota mieściły się w ramach ustalonych wymiarów.

Kształt

Jaki kształt będzie miało podwozie? Jedną z zalet systemu VEX EDR jest to, że pozwala na realizację wielu projektów i daje niemal nieograniczone możliwości kreatywności. Niemniej jednak jest kilka aspektów, które warto wziąć pod uwagę. Montaż elementów konstrukcyjnych z metalu jest znacznie łatwiejszy, gdy stosuje się połączenia 90 ^o. Kształt podwozia powinien zapewniać przestrzeń dla innych podzespołów robota, takich jak układ sterowania, silniki, koła, przekładnie i zębatki. Dobrą praktyką projektową jest rozłożenie podwozia wraz ze wszystkimi pozostałymi komponentami przed montażem, aby upewnić się, że odstępy będą odpowiednie. Upewnij się, że kształt podwozia będzie dostosowany do konstrukcji układu napędowego robota. Jeśli robot będzie używany w zawodach, czy istnieją kształty, które zapewnią mu przewagę? Być może węższy kształt pozwoli robotowi łatwiej poruszać się po boisku i/lub łatwiej dopasować się do strefy punktowej. Być może szerszy kształt pozwoli robotowi na pchanie większej liczby elementów gry lub zapewni więcej miejsca na układ dolotowy. Być może kształt litery U zapewni miejsce na przenośnik i/lub manipulator pionków do gry. Być może robot musi przejechać przez przeszkodę, a on nie może być aż tak wysoki. Być może robot będzie musiał sięgać wysoko lub poza rozstaw osi i korzystne będzie zbudowanie podwozia o kształcie spełniającym maksymalne ograniczenie rozmiaru oraz tworzącym jak największą i stabilną powierzchnię.

Podpory wałów

Ważne jest, aby konstrukcja podwozia uwzględniała dwa równoległe punkty podparcia dla każdego wału, który będzie wsunięty do podwozia. Jeżeli nie przewidziano dwóch podpór dla każdego wału, wał będzie mógł się lekko obracać w górę i w dół na pojedynczym punkcie podparcia, co utrudni obracanie się wału. Im cięższy jest zespół robota podtrzymywany na wale, tym ważniejsze jest zapewnienie tych dwóch punktów podparcia.

Przykłady dwóch punktów podparcia

Elementy konstrukcyjne metalowe

Jakiego rodzaju elementy konstrukcyjne metalowe zostaną wykorzystane do montażu podwozia? System VEX EDR dostępny jest w wielu wariantach ze stali i aluminium. Kanały C są dostępne w szerokościach 5 i 2 otworów, zarówno w wersji stalowej, jak i aluminiowej. Dostępne są aluminiowe kanały C o szerokości 3 otworów. Im szerszy jest kanał C, tym mniejsze jest prawdopodobieństwo jego wygięcia lub skręcenia, jednak podwozie będzie cięższe. Dostępne są kątowniki stalowe i aluminiowe z otworami kwadratowymi, a także kątowniki stalowe z otworami szczelinowymi. Kątowniki idealnie nadają się do mocowania i podtrzymywania wież. Stalowy kątownik z otworami szczelinowymi pozwala na wykonywanie połączeń innych niż 90 ^o. Szyny dostępne są zarówno w wersji stalowej, jak i aluminiowej. Szyny posiadają łączniki końcowe, które zapewniają dodatkowy punkt połączenia. Szyny stanowią jeden z rodzajów metalowych elementów konstrukcyjnych wchodzących w skład zestawów podwozi.

O czym należy pamiętać przy wyborze metalowego materiału konstrukcyjnego.VEX oferuje elementy konstrukcji metalowych w dwóch opcjach materiałowych: stal i aluminium. Stosowanie konkretnego materiału ma swoje zalety i wady, w zależności od jego właściwości i dostępnych elementów. Oba materiały można ciąć, wiercić, piłować i zmieniać ich kształt, co pozwala na tworzenie niestandardowych projektów.

Materiałem konstrukcyjnym, który pierwotnie był dostępny, gdy wprowadzono system VEX EDR, była stal. Zastanawiając się nad zastosowaniem stalowego elementu konstrukcyjnego, należy wziąć pod uwagę kilka kwestii:

• Elementy stalowe są tańsze od aluminiowych, co może być brane pod uwagę podczas projektowania projektów klasowych. 
• Elementy metalowe wykonane ze stali nie wyginają się i nie skręcają tak łatwo, jak te same elementy metalowe wykonane z aluminium. 
• Części metalowe ze stali są dostępne w zestawach Booster Kit i Metal Hardware Kit. 
• Stal metalowa dostępna jest w 4 różnych rozmiarach zestawów podwozi, które można mieszać i dopasowywać, aby uzyskać wiele różnych projektów. 
• Stal metalowa jest również dostępna w różnych paczkach, zawierających elementy tego samego typu/długości. 

Poniższa grafika przedstawia trójwymiarowy model konstrukcji metalowej wykorzystanej w VEX V5. 

 

Konstrukcje aluminiowe wprowadzono później do linii produktów VEX EDR, jednak ich właściwości sprawiają, że są szeroko stosowane w konstrukcjach na zawody robotyczne. Zastanawiając się nad zastosowaniem aluminiowego elementu konstrukcyjnego, należy wziąć pod uwagę kilka kwestii:

• Elementy aluminiowe są lżejsze, co daje im przewagę konkurencyjną, gdyż im lżejsza konstrukcja, tym łatwiej jest ją przesuwać za pomocą silników i układów pneumatycznych. 
• Elementy aluminiowe są nieco grubsze od stalowych i w niektórych orientacjach trudniej jest ustawić otwory w jednej linii między dwoma lub większą liczbą elementów. 
• Elementy aluminiowe są bardziej miękkie od stalowych, co może powodować wbijanie się śrub i wałów napędowych w ścianki kwadratowych otworów pod wpływem dużego naprężenia, co może prowadzić do poluzowania połączenia. Jednakże ta miękkość sprawia, że aluminium jest łatwiejsze do cięcia, wiercenia, piłowania i kształtowania niż stal. 
• Elementy aluminiowe i metalowe są dostępne w zestawie konstrukcji aluminiowych i zestawie długiej konstrukcji aluminiowej. 
• Aluminium jest dostępne w zestawie podwozia aluminiowego 25x25. 
• Aluminium jest również dostępne w różnych paczkach z elementami metalowymi tego samego typu/długości. 

Punkty połączeń

Punkty połączeń mają kluczowe znaczenie przy konstruowaniu i dostosowywaniu robota VEX V5. Punkty te umożliwiają bezpieczne mocowanie różnych komponentów, takich jak silniki, czujniki i elementy konstrukcyjne. Kwadratowe otwory w płytach metalowych, belkach i prętach pozwalają na łatwe wprowadzenie elementów złącznych. Trójkątne wcięcia w belkach pozwalają na łatwe policzenie otworów potrzebnych do zamocowania różnych elementów. Wgłębienia oznaczają co pięć kwadratowych otworów , co ułatwia identyfikację punktów połączeń. 

Wszystkie metalowe części można mieszać i dopasowywać, tworząc niezwykle efektywne podwozie robota. Decyzja o tym, jaki rodzaj metalu zastosować, nie musi być decyzją typu „wszystko albo nic”. Na przykład, kątowniki i szyny aluminiowe można wykorzystać w części układu napędowego podwozia, aby zachować jego lekkość, a stalowy kanał C można wykorzystać w części wieżowej podwozia, aby zapewnić wytrzymałość potrzebną do podparcia dużego ramienia lub układu podnoszącego. 

Należy zauważyć, że płyty metalowe i pręty metalowe (dostępne również w wersji stalowej i aluminiowej) nie zostały uwzględnione w tej dyskusji dotyczącej elementów konstrukcyjnych z metalu. Dzieje się tak, ponieważ płyty i pręty nie zawierają materiału rozciągającego się wzdłuż wszystkich 3 osi przestrzennych (X, Y,&Z) i w związku z tym nie mają wystarczającej wytrzymałości konstrukcyjnej, aby można je było wykorzystać jako główny element podwozia. Jednakże te metalowe części mogą pełnić bardzo ważne funkcje w podwoziu, takie jak: 

• Płyty i pręty można stosować do podpierania i łączenia innych elementów konstrukcyjnych w celu usztywnienia podwozia. 
• Płyty lub pręty stalowe można zamontować na równi z kawałkiem aluminiowej konstrukcji metalowej, aby wzmocnić jej kwadratowe otwory, gdy wał lub śruba zostaną włożone przez otwór, a na wał/śrubę zostanie przyłożone duże naprężenie. 
• Płyty i pręty mogą zapewnić płaską powierzchnię na podwoziu, umożliwiając montaż takich komponentów, jak mózg robota V5, radio robota V5 i akumulator robota V5.

Elementy złączne

W jaki sposób wykorzystuje się elementy złączne do montażu podwozia? Elementy złączne to elementy łączące ze sobą części metalowe i inne konstrukcje. Dostępnych jest wiele elementów złącznych umożliwiających montaż podwozia. Jeżeli podwozie nie ma konstrukcji umożliwiającej obrót, każde skrzyżowanie musi mieć dwa lub więcej punktów połączenia. Zasadniczo im większe naprężenie występuje w połączeniu, tym więcej elementów złącznych należy użyć. Wiąże się to jednak z większym ciężarem konstrukcji. Na przykład, jeżeli łączone są dwa kanały C z 5 otworami, umieszczenie śruby przez wszystkie 25 przecinających się otworów byłoby przesadą. Podwozie klasy szkolnej może nie być narażone na tak duże obciążenia jak podwozie klasy sportowej. Do montażu podwozia klasy można stosować elementy złączne, które przyspieszają montaż, takie jak nity mocujące łożyska, nakrętki sześciokątne nr 8-32, nakrętki prętowe i śruby skrzydełkowe. Podwozie do zawodów będzie musiało zostać zmontowane za pomocą śrub i nakrętek. Można również stosować nakrętki ustalające 1-Post i/lub nakrętki ustalające 4-Post. Podkładki są również bardzo skuteczne przy montażu podwozia. Odstęp służy do rozdzielenia dwóch części i utworzenia sztywnego połączenia. Odbojniki #8-32 występują w różnych długościach od ¼” do 6”. Oprócz tych elementów złącznych, w konkursie robotyki VEX obowiązuje zasada dotycząca „śrub innych niż VEX”, która pozwala na używanie dowolnych dostępnych w handlu śrub #4, #6, #8, M3, M3.5 lub M4 o długości do 2” (50,8 mm) (nominalnie) oraz dowolnych dostępnych w handlu nakrętek, podkładek i/lub przekładek (o długości do 2” / 50,8 mm) do tych śrub. Połączenia podwozi można również wzmocnić za pomocą klinów, płyt i/lub prętów.

Znaczenie

Podwozie robota stanowi jego szkielet, dlatego ważne jest, aby było dobrze zaprojektowane i dobrze zmontowane. Sukces lub porażka robota może zależeć od podwozia. 

Konstrukcje metalowe i okucia można nabyć pod adresem https://www.vexrobotics.com/vexedr/products/structure.