Проектирование шасси V5

Шасси — это структурный компонент робота, который содержит трансмиссию и позволяет роботу передвигаться с помощью колес, гусениц или иным способом. Шасси иногда называют рамой робота. Шасси также обеспечивает конструкцию для крепления манипуляторов, таких как руки, захваты, подъемники, плуги, конвейерные системы, приемные устройства для объектов и другие конструктивные элементы, используемые для манипулирования объектами.

При проектировании шасси робота необходимо учитывать множество факторов.

Цель

Каково назначение робота? Является ли проект робота проектом для класса или для конкурса? Если робот предназначен для учебного проекта, его шасси можно собрать, не беспокоясь о повторяющихся взаимодействиях с другими роботами. Если во время соревнований шасси погнется, перекрутится или развалится, робот больше не сможет эффективно соревноваться. 

Размер

Существуют ли правила выбора размера робота? Во многих соревнованиях правила подбора размеров включены в правила игры. Эти правила могут иметь максимальную высоту, ширину и длину, которые робот может иметь в начале матча, а также правила могут иметь максимальное расширение по горизонтали и/или максимальный предел высоты. Размеры шасси должны быть такими, чтобы все компоненты робота соответствовали правилам размеров.

Форма

Какую форму будет иметь шасси? Одним из преимуществ системы VEX EDR является то, что она допускает множество дизайнов и практически безграничные возможности для творчества. Однако есть некоторые аспекты, которые следует учитывать. Сборка металлических компонентов конструкции значительно упрощается при использовании соединений под углом 90 ^o. Форма шасси должна обеспечивать место для других компонентов робота, таких как система управления, двигатели, колеса, шестерни и звездочки. Хорошей практикой проектирования является размещение шасси со всеми остальными компонентами перед сборкой, чтобы гарантировать правильность зазоров. Убедитесь, что форма шасси соответствует конструкции трансмиссии робота. Если робот будет использоваться в соревнованиях, есть ли формы, которые дадут ему преимущество? Возможно, более узкая форма позволит роботу легче перемещаться по полю и/или легче вписываться в зачетную зону. Возможно, более широкая форма позволит роботу перемещать больше игровых элементов или обеспечит больше места для системы забора воздуха. Возможно, U-образная форма позволит разместить конвейер и/или манипулятор игровых фигур. Возможно, роботу нужно преодолеть какое-то препятствие, а он не может быть таким высоким. Возможно, роботу придется тянуться высоко или за пределы колесной базы, и тогда будет выгодно построить такую форму шасси, чтобы она соответствовала максимально допустимому размеру и создавала как можно большую и устойчивую опорную поверхность.

Поддержка валов

Важно, чтобы конструкция шасси включала две параллельные точки опоры для любых валов, которые будут вставлены в шасси. Если для каждого вала не предусмотрено две опоры, вал будет слегка поворачиваться вверх и вниз на одной точке опоры, что затруднит его вращение. Чем тяжелее роботизированная сборка, поддерживаемая валом, тем важнее обеспечить эти две точки опоры.

Примеры двух точек опоры

Конструкционные металлические детали

Какие типы металлических конструкций будут использоваться для сборки шасси? Система VEX EDR имеет множество вариантов исполнения из стали и алюминия. Доступны С-образные профили шириной с 5 и 2 отверстиями из стали и алюминия. Доступны алюминиевые С-образные профили шириной с тремя отверстиями. Чем шире С-образный профиль, тем меньше вероятность его изгиба или скручивания, однако шасси будет тяжелее. Имеются уголки как из стали, так и из алюминия с квадратными отверстиями, а также стальные уголки с прорезными отверстиями. Уголки идеально подходят для крепления и поддержки башен. Стальной уголок с прорезными отверстиями позволяет выполнять соединения, не расположенные под углом 90 ^o. Рельсы доступны как из стали, так и из алюминия. Рельсы имеют концевые соединители, которые обеспечивают дополнительную точку соединения. Рельсы — один из видов металлоконструкций, входящих в комплект шасси.

Что следует учитывать при выборе конструкционного металлического материала.VEX предлагает металлические конструкции из двух материалов: сталь и алюминий. Использование определенного материала имеет свои преимущества и недостатки, зависящие от его свойств и доступных деталей. Оба варианта материалов можно резать, сверлить, обрабатывать напильником и изменять форму, что позволяет создавать индивидуальные проекты.

Стальной конструкционный металл был исходным материалом, который был доступен на момент внедрения системы VEX EDR. При принятии решения об использовании стальной конструкции следует учитывать несколько моментов:

• Стальные металлические детали дешевле алюминиевых, и это можно учитывать при выполнении учебных проектов. 
• Стальные металлические детали не гнутся и не скручиваются так легко, как такие же металлические детали, изготовленные из алюминия. 
• Стальные металлические детали доступны в наборах Boaster Kit и Metal Hardware Kit. 
• Стальной металл доступен в 4 комплектах шасси разных размеров, которые можно комбинировать и подбирать для различных дизайнов. 
• Стальной металл также доступен в виде ряда комплектов металлических компонентов одного типа/длины. 

На рисунке ниже показана 3D-модель металлоконструкции, использованной для VEX V5. 

 

Алюминиевый конструкционный металл был представлен позднее в линейке продукции VEX EDR, однако его свойства позволяют широко использовать его в конструкциях для соревнований по робототехнике. При принятии решения об использовании алюминиевой конструкции следует учитывать несколько моментов:

• Алюминиевые металлические детали легче, и это обеспечивает конкурентное преимущество, поскольку чем легче конструкция, тем проще двигателям и пневматическим системам ее перемещать. 
• Алюминиевые детали немного толще стальных, и при определенной ориентации сложнее совместить отверстия между двумя или более деталями. 
• Алюминиевые детали мягче стальных, поэтому при большой нагрузке винты и приводные валы могут врезаться в стенки квадратных отверстий, что может привести к ослаблению соединения. Однако эта мягкость позволяет резать, сверлить, обрабатывать напильником и изменять форму алюминия легче, чем стали. 
• Алюминиевые металлические детали доступны в наборах «Алюминиевая конструкция» и «Удлиненная алюминиевая конструкция». 
• Алюминий доступен в комплекте алюминиевого шасси 25x25. 
• Алюминиевый металл также доступен в виде ряда комплектов металлических компонентов одного типа/длины. 

Точки соединения

Точки подключения имеют решающее значение для сборки и настройки вашего робота VEX V5. Эти точки позволяют надежно закрепить различные компоненты, такие как двигатели, датчики и элементы конструкции. Квадратные отверстия в металлических пластинах, балках и прутьях обеспечивают легкий ввод крепежных элементов. Треугольные углубления в балках позволяют легко подсчитать количество отверстий, необходимых для крепления различных компонентов. квадратных отверстий имеют углубления для легкой идентификации точек соединения. 

Все металлические детали можно комбинировать и сочетать, чтобы собрать очень эффективное шасси робота. Решение о том, какой тип металла использовать, не обязательно должно быть однозначным. Например, алюминиевые уголки и рельсы могут использоваться для трансмиссионной части шасси, чтобы сделать ее легкой, а стальной С-образный профиль может использоваться для башенной части шасси, чтобы обеспечить прочность для поддержки большой стрелы или подъемной системы. 

Следует отметить, что металлические пластины и металлические стержни (которые также доступны как из стали, так и из алюминия) не были включены в это обсуждение деталей из конструкционного металла. Это связано с тем, что пластины и стержни не содержат материала, который простирается по всем 3 (X, Y,&Z) пространственным осям и, следовательно, не обладают достаточной структурной прочностью, чтобы использоваться в качестве основного компонента шасси. Однако эти металлические детали могут выполнять некоторые очень важные функции в шасси, такие как: 

• Пластины и стержни могут использоваться для поддержки и соединения других структурных компонентов с целью придания жесткости шасси. 
• Стальные пластины или стальные стержни можно монтировать заподлицо с алюминиевой конструкцией для усиления ее квадратных отверстий, когда через отверстие вставляется вал или винт, а на вал/винт оказывается большая нагрузка. 
• Пластины и планки могут обеспечить плоскую поверхность на шасси для монтажа таких компонентов, как мозг робота V5, радиостанция робота V5 и аккумулятор робота V5.

Крепежные элементы

Какие крепежи используются для сборки шасси? Крепежные элементы — это детали, которые соединяют между собой металлические детали и другие конструкции. Для сборки шасси доступно множество крепежных элементов. Если шасси не имеет конструкции, рассчитанной на поворот, каждое соединение должно иметь две или более точек соединения. Как правило, чем больше нагрузка на соединение, тем больше крепежных элементов следует использовать, однако это приведет к увеличению веса конструкции. Например, если соединяются два С-образных профиля с пятью отверстиями, размещение винта во всех 25 пересекающихся отверстиях будет излишним. Корпус учебного класса может не испытывать такой высокой нагрузки, как корпус соревновательного класса. Для шасси класса можно использовать крепежные элементы, которые можно быстро собрать, например, заклепки для крепления подшипников, шестигранные гайки № 8-32, гайки-стержни и винты с накатанной головкой. Шасси для соревнований необходимо будет собрать с помощью винтов и гаек. Также можно использовать фиксаторы гаек с 1 и/или 4 опорами. Стойки также очень эффективны при сборке шасси. Стойка используется для отделения двух деталей друг от друга, создавая при этом жесткое соединение. Стойки #8-32 выпускаются различной длины: от ¼” до 6”. В дополнение к этим крепежным элементам в соревнованиях по робототехнике VEX действует игровое правило о «винтах не VEX», которое позволяет использовать любые имеющиеся в продаже винты #4, #6, #8, M3, M3.5 или M4 длиной до 2 дюймов (50,8 мм) (номинальная длина), а также любые имеющиеся в продаже гайки, шайбы и/или распорные втулки (длиной до 2 дюймов / 50,8 мм) для этих винтов. Стыки шасси также могут быть усилены с помощью косынок, пластин и/или стержней.

Важность

Шасси робота служит его скелетом, поэтому крайне важно, чтобы оно было хорошо спроектировано и качественно собрано. Успех или неудача робота может зависеть от шасси. 

Металлоконструкции и метизы можно приобрести по адресу https://www.vexrobotics.com/vexedr/products/structure.