Существует множество способов создания руки-манипулятора для вашего робота VEX IQ. Роботизированная рука — это механизм или машина, которая функционирует аналогично человеческой руке. Его можно использовать для подъема, перемещения и транспортировки предметов. Роботизированные манипуляторы обычно крепятся к башне на шасси и используются для подъема другого манипулятора на конце манипулятора. Руки также можно использовать для того, чтобы поднять робота над землей. Посмотрите анимацию ниже, чтобы увидеть пример диапазона движения роботизированной руки.
Двигатели обычно устанавливаются на башне и приводят в движение зубчатую передачу или систему цепей и звездочек для перемещения стрелы. Для облегчения подъема можно также использовать резиновые ленты. Манипуляторы робота VEX IQ обычно собираются из балок или больших балок. Рычаги могут представлять собой просто один комплект собранных балок или два рычага могут быть установлены рядом друг с другом с пролетом между ними. Для соединения пары можно использовать поперечные опоры, выполненные с использованием стоек или угловых соединителей.
Ниже приведены примеры различных видов оружия, которые можно собрать с помощью набора VEX IQ.
Маятниковый рычаг
Пожалуй, проще всего собрать одинарный маятниковый рычаг. Это тип руки, который можно найти в ClawBot IQ (1-го поколения) сборки. Манипулятор на конце повторяет дугу движения поворотного рычага. Конструкция поворотного рычага может проходить над вершиной башни и достигать другой стороны робота, как показано в этой анимации.
Однако это движение может стать проблемой для пассивной вилки, черпака или игровой фишки, которые должны оставаться на одном уровне.
Рычаги сцепления
Соединительные рычаги — это рычаги, которые включают в себя более одной поворотной штанги, обеспечивающей связь между башней и концевой башней.
- Связи обычно строятся в форме параллелограмма.
- Когда эти стержни и башни имеют одинаковое расстояние между своими параллельными звеньями, они остаются параллельными при подъеме рычага. Это может удерживать поднимаемый рукой предмет в относительно ровном положении. Однако при подъеме рука движется по небольшой дуге.
- Эти рычаги имеют ограничения по высоте подъема, поскольку в какой-то момент параллельные брусья соприкоснутся друг с другом.
В комплект входят: 4-рычажные, 6-рычажные, цепные и 4-рычажные с двойным реверсом. Ниже приведены примеры таких вариантов роботизированной руки.
4-бар
Четырехзвенный рычаг является самым простым в сборке благодаря своей простой конструкции, состоящей из двух комплектов параллельных брусьев. Его структура также повышает устойчивость и позволяет руке иметь большой диапазон движений. Четырехзвенная стрела состоит из башенного соединения, набора параллельных рычажных рычагов и концевого соединения башни/манипулятора. Эта 3D-модель позволяет подробно рассмотреть конструкцию 6-рычажного рычага.
Пример 4-х стержневой руки можно найти на ClawBot (2-го поколения). Чтобы построить ClawBot, вы можете следовать инструкциям на рисунке ниже или просмотреть 2D-инструкции по сборке.
6-бар
6-звенный рычаг является продолжением 4-звенного рычага. Это достигается за счет использования более длинной верхней штанги и удлиненной конечной штанги на первом наборе тяг. Более длинная штанга служит в качестве нижнего звена для второго набора звеньев, а удлиненная концевая штанга служит в качестве «башни» для двух оставшихся верхних звеньев. Эта 3D-модель позволяет подробно рассмотреть конструкцию 6-рычажного рычага.
Рука с шестью звеньями обычно может достигать большей высоты, чем рука с четырьмя звеньями, однако они выдвигаются дальше при подъеме и могут привести к опрокидыванию робота, если колесная база недостаточно велика.
Цепь-Шина
В рычаге цепной передачи используются звездочки и цепь для создания соединительного рычага. Через башню проходит закрытая шахта. На башне и над крышкой вала установлена звездочка. Это позволяет валу вращаться, в то время как звездочка остается прикрепленной к башне. Вал крепится к рычагу, а для подъема и опускания рычага используется двигатель с системой звездочек/цепей или зубчатой передачей.
Через другой конец рычага пропущен еще один свободно вращающийся вал. Концевой манипулятор крепится ко второй звездочке такого же размера. Когда цепь соединена между звездочками рычага, она действует как четырехзвенная связь, поскольку двигательная система вращает рычаг.
Возможно, вам придется использовать более длинные штифты с проставками или короткие стойки для крепления звездочек к балкам, чтобы обеспечить зазор для цепи.
Преимущество рычага с цепной шиной заключается в том, что у него нет двух соединенных вместе звеньев, ограничивающих его высоту. Однако если цепь расцепится или одно из звеньев сломается, рычаг выйдет из строя. Эта 3D-модель позволяет детально рассмотреть конструкцию рычага цепи.
Двойной обратный 4-тактный
Двойной обратный рычаг с четырьмя тягами требует наибольшего планирования и времени на сборку. Они почти всегда собираются парами, чтобы уравнять силы, действующие на рычаги. Сборка этих рычагов начинается с четырехзвенного соединения. Концевое соединение служит второй башней для верхнего набора из четырех штанг.
Обычно большая шестерня устанавливается на дальнем конце верхнего звена нижней 4-рычажной подвески, а другая большая шестерня устанавливается на ближнем конце нижнего звена верхней 4-рычажной подвески. При подъеме рычага две шестерни входят в зацепление, перемещая верхний набор из 4 стержней в обратном направлении к нижнему набору, выдвигая рычаг вверх. Данная 3D-модель позволяет детально рассмотреть конструкцию двойного реверсивного рычага с четырьмя тягами.
При проектировании двойного обратного 4-х звенного рычага важно предусмотреть зазор, чтобы верхние 4-х звенья могли проходить либо внутрь, либо наружу нижних 4-х звеньев. Это можно сделать, установив верхние 4 стержня внутри центральной системы передач, а нижние 4 стержня — снаружи системы передач:
- Верхний 4-х стержневой, установленный на внутренней стороне шестерни
-
Нижний 4-х стержневой механизм, установленный снаружи редуктора.
Установка как можно большего количества перекрестных опор между парой рук поможет сохранить устойчивость рук.
Во многих конструкциях с двойным реверсом и четырьмя звеньями подъемный двигатель(и) с 12-зубчатой передачей устанавливается на второй башне и приводит в движение большие шестерни подъемника. Хотя их можно поднимать с помощью двигателей/редукторных систем на стационарных башнях, прикрепленных к шасси, или в обоих местах.
Двойные обратные 4-рычажные рычаги могут иметь самый большой вылет и самый линейный подъем из всех рассмотренных рычагов. Из-за возможной экстремальной высоты, на которую можно подняться с помощью этой конструкции, необходимо соблюдать осторожность при управлении роботом с полностью вытянутой рукой, иначе робот может опрокинуться. Представленная ниже 3D-модель позволяет рассмотреть конструкцию двойного обратного рычага с 4 звеньями.
Для получения дополнительной информации см. видеоролик «Проектирование руки» и краткое изложение урока в лаборатории STEM Up and Over.