การออกแบบแชสซี V5

ตัวถังเป็นส่วนประกอบโครงสร้างของหุ่นยนต์ ซึ่งประกอบด้วยระบบส่งกำลังและทำให้หุ่นยนต์สามารถเคลื่อนที่ได้โดยใช้ล้อ สายพานถัง หรือวิธีอื่นๆ บางครั้งตัวถังจะถูกเรียกว่าเฟรมของหุ่นยนต์ ตัวถังยังมีโครงสร้างสำหรับติดตั้งกลไกต่างๆ เช่น แขน กรงเล็บ ลิฟต์ คันไถ ระบบสายพานลำเลียง ช่องรับวัตถุ และคุณลักษณะการออกแบบอื่นๆ ที่ใช้ในการจัดการวัตถุ

มีหลายสิ่งที่ต้องพิจารณาเมื่อออกแบบตัวถังหุ่นยนต์

วัตถุประสงค์

หุ่นยนต์มีจุดประสงค์อะไร? การออกแบบหุ่นยนต์นั้นเป็นเพียงโครงการในห้องเรียนหรือเป็นการแข่งขันกันแน่? หากหุ่นยนต์นั้นใช้สำหรับโครงการในชั้นเรียน ก็สามารถประกอบโครงหุ่นยนต์ขึ้นมาได้ โดยไม่ต้องกังวลเรื่องการโต้ตอบซ้ำๆ กับหุ่นยนต์ตัวอื่น ในระหว่างการแข่งขัน หากตัวถังงอ บิด หรือหลุดออกจากกัน หุ่นยนต์อาจไม่สามารถแข่งขันได้อย่างมีประสิทธิภาพอีกต่อไป 

ขนาด

มีกฎการกำหนดขนาดของหุ่นยนต์หรือไม่? การแข่งขันจำนวนมากมีกฎเรื่องขนาดรวมอยู่ในกฎของเกม กฎเหล่านี้อาจมีความสูง ความกว้าง และความยาวสูงสุดที่หุ่นยนต์จะมีได้ในช่วงเริ่มต้นการแข่งขัน และกฎดังกล่าวอาจมีการขยายสูงสุดในแนวนอน และ/หรือขีดจำกัดความสูงสูงสุด ตัวถังจะต้องมีขนาดที่พอดีกับส่วนประกอบต่างๆ ของหุ่นยนต์เพื่อให้เป็นไปตามกฎเกณฑ์ด้านขนาดที่กำหนด

รูปร่าง

ตัวถังจะเป็นรูปทรงไหน? ข้อดีอย่างหนึ่งของระบบ VEX EDR คือช่วยให้สามารถออกแบบได้หลากหลายและเปิดโอกาสให้สร้างสรรค์ผลงานได้แทบไม่สิ้นสุด อย่างไรก็ตาม ยังมีบางประเด็นที่ต้องพิจารณา ส่วนประกอบโครงสร้างโลหะจะประกอบได้ง่ายขึ้นมากเมื่อใช้การเชื่อมต่อแบบ 90 ^o รูปร่างของตัวถังควรเว้นพื้นที่ไว้สำหรับส่วนประกอบอื่นๆ ของหุ่นยนต์ เช่น ระบบควบคุม มอเตอร์ ล้อ เฟือง และสเตอร์ แนวทางการออกแบบที่ดีคือการจัดวางตัวถังรถพร้อมกับส่วนประกอบอื่น ๆ ทั้งหมดก่อนที่จะประกอบเพื่อให้แน่ใจว่าระยะห่างจะพอดี ตรวจสอบให้แน่ใจว่ารูปร่างของตัวถังจะรองรับการออกแบบระบบส่งกำลังของหุ่นยนต์ หากจะนำหุ่นยนต์มาใช้ในการแข่งขัน มีรูปทรงใดที่จะได้เปรียบบ้าง? บางทีรูปร่างที่แคบลงอาจช่วยให้หุ่นยนต์นำทางในสนามได้ง่ายขึ้นและ/หรือเข้าสู่โซนการทำคะแนนได้ง่ายขึ้น บางทีรูปร่างที่กว้างขึ้นอาจช่วยให้หุ่นยนต์ผลักชิ้นเกมได้มากขึ้นหรือให้พื้นที่สำหรับระบบรับมากขึ้น บางทีรูปตัว U อาจมีพื้นที่สำหรับสายพานลำเลียงและ/หรืออุปกรณ์ควบคุมชิ้นเกม บางทีอาจมีสิ่งกีดขวางที่หุ่นยนต์ต้องลอดผ่าน และมันอาจไม่สูงนัก บางทีหุ่นยนต์อาจต้องเอื้อมสูงหรือเกินฐานล้อ และจะเป็นประโยชน์หากสร้างโครงหุ่นยนต์ให้มีขนาดพอดีกับขีดจำกัดสูงสุด และสร้างฐานที่ใหญ่และมั่นคงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

การรองรับเพลา

สิ่งสำคัญคือการออกแบบตัวถังจะต้องมีจุดรองรับขนานสองจุดสำหรับเพลาที่จะใส่เข้าไปในตัวถัง หากไม่มีการรองรับสองจุดให้กับเพลาแต่ละเพลา เพลาจะหมุนขึ้นและลงได้เล็กน้อยบนจุดรองรับจุดเดียว และจะทำให้เพลาหมุนได้ยากขึ้น ยิ่งเพลารองรับชิ้นส่วนหุ่นยนต์มีน้ำหนักมากเท่าใด การจัดหาจุดรองรับทั้งสองจุดนี้ก็ยิ่งมีความสำคัญมากขึ้นเท่านั้น

ตัวอย่างของจุดสนับสนุนสองจุด

ชิ้นส่วนโลหะโครงสร้าง

ชิ้นส่วนโลหะโครงสร้างประเภทใดที่จะนำมาใช้ประกอบตัวถัง? ระบบ VEX EDR มีตัวเลือกให้เลือกมากมายทั้งเหล็กและอลูมิเนียม มี C-Channels ให้เลือกขนาดความกว้าง 5 รูและ 2 รู ทั้งแบบเหล็กและอลูมิเนียม มี C-Channels อลูมิเนียมขนาดความกว้าง 3 รูให้เลือก ยิ่ง C-Channel กว้างขึ้น โอกาสที่มันจะงอหรือบิดก็จะน้อยลง แต่ตัวถังจะหนักขึ้นด้วย มีมุมให้เลือกทั้งเหล็กและอลูมิเนียมที่มีรูสี่เหลี่ยม และยังมีมุมเหล็กที่มีรูเจาะด้วย มุมเหมาะสำหรับยึดและรองรับเสา เหล็กฉากที่มีรูเจาะร่องช่วยให้สามารถเชื่อมต่อได้แม้จะไม่ใช่มุม 90 ^หรือ มีรางให้เลือกทั้งเหล็กและอลูมิเนียม รางมีขั้วต่อปลายซึ่งให้จุดเชื่อมต่อเพิ่มเติม รางเป็นโลหะโครงสร้างประเภทหนึ่งที่รวมอยู่ในชุดแชสซีส์

สิ่งที่ต้องพิจารณาเมื่อเลือกวัสดุโครงสร้างโลหะVEX นำเสนอชิ้นส่วนโครงสร้างโลหะที่มีให้เลือกสองวัสดุ: เหล็กและอลูมิเนียม การใช้วัสดุเฉพาะชนิดจะมีข้อดีและข้อเสีย ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุและชิ้นงานที่มีอยู่ วัสดุทั้งสองแบบสามารถตัด เจาะ ตะไบ และปรับรูปทรงใหม่ได้ เพื่อให้สามารถออกแบบตามต้องการได้

โลหะโครงสร้างเหล็กเป็นวัสดุเดิมที่มีจำหน่ายเมื่อมีการนำระบบ VEX EDR มาใช้ เมื่อพยายามตัดสินใจว่าจะใช้ชิ้นส่วนโครงสร้างเหล็กหรือไม่ ต่อไปนี้คือสิ่งที่ควรพิจารณาในการตัดสินใจ:

• ชิ้นส่วนโลหะเหล็กมีราคาถูกกว่าอลูมิเนียม และอาจเป็นประเด็นที่ต้องพิจารณาในการทำโครงงานในห้องเรียน 
• ชิ้นส่วนโลหะเหล็กจะไม่งอหรือบิดได้ง่ายเหมือนชิ้นส่วนโลหะที่ทำจากอลูมิเนียม 
• ชิ้นส่วนโลหะเหล็กมีให้เลือกในชุด Boaster และชุดฮาร์ดแวร์โลหะ 
• มีชุดแชสซีส์เหล็กให้เลือก 4 ขนาด ซึ่งสามารถนำมาผสมและจับคู่กันเพื่อสร้างการออกแบบที่แตกต่างได้ 
• โลหะเหล็กยังมีจำหน่ายในรูปแบบชิ้นโลหะประเภทเดียวหรือหลายความยาวด้วย 

กราฟิกด้านล่างแสดงแบบจำลอง 3 มิติของโครงสร้างโลหะที่ใช้สำหรับ VEX V5 

 

โลหะโครงสร้างอะลูมิเนียมได้รับการแนะนำในภายหลังในกลุ่มผลิตภัณฑ์ VEX EDR อย่างไรก็ตามคุณสมบัติของโลหะทำให้มีการนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการออกแบบในการแข่งขันหุ่นยนต์ เมื่อพยายามตัดสินใจว่าจะใช้ชิ้นส่วนโครงสร้างอะลูมิเนียมหรือไม่ ต่อไปนี้คือสิ่งที่ควรพิจารณาในการตัดสินใจ:

• ชิ้นส่วนโลหะอะลูมิเนียมมีน้ำหนักเบากว่า ทำให้มีข้อได้เปรียบทางการแข่งขัน เนื่องจากยิ่งโครงสร้างมีน้ำหนักเบาเท่าใด มอเตอร์และระบบลมก็จะเคลื่อนย้ายได้ง่ายขึ้นเท่านั้น 
• ชิ้นส่วนอลูมิเนียมจะมีความหนามากกว่าชิ้นส่วนเหล็กเล็กน้อย และในบางทิศทาง การจัดเรียงรูระหว่างชิ้นส่วน 2 ชิ้นหรือมากกว่านั้นอาจทำได้ยาก 
• ชิ้นส่วนอะลูมิเนียมมีความอ่อนกว่าชิ้นส่วนเหล็ก ซึ่งอาจทำให้สกรูและเพลาขับเคลื่อนเจาะเข้าไปในด้านข้างของรูสี่เหลี่ยมได้เมื่อได้รับแรงกดมาก และอาจทำให้เกิดการเชื่อมต่อที่หลวมได้ อย่างไรก็ตาม ความอ่อนนุ่มนี้ทำให้สามารถตัด เจาะ ตะไบ และขึ้นรูปอลูมิเนียมใหม่ได้ง่ายกว่าเหล็ก 
• ชิ้นส่วนโลหะอลูมิเนียมมีจำหน่ายในชุดโครงสร้างอลูมิเนียมและชุดโครงสร้างอลูมิเนียมแบบยาว 
• อะลูมิเนียมมีจำหน่ายในชุดแชสซีอะลูมิเนียมขนาด 25x25 
• โลหะอะลูมิเนียมยังมีจำหน่ายในรูปแบบโลหะประเภทเดียวหรือหลายความยาวด้วย 

จุดเชื่อมต่อ

จุดเชื่อมต่อ เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการสร้างและปรับแต่งหุ่นยนต์ VEX V5 ของคุณ จุดเหล่านี้ช่วยให้สามารถติดส่วนประกอบต่างๆ เช่น มอเตอร์ เซ็นเซอร์ และองค์ประกอบโครงสร้างได้อย่างปลอดภัย รูสี่เหลี่ยมในแผ่นโลหะ คาน และแท่ง ช่วยให้ใส่ตัวยึดได้ง่าย รอยบุ๋มสามเหลี่ยมบนคานช่วยให้คุณนับจำนวนรูที่ต้องใช้ในการยึดส่วนประกอบต่างๆ ได้อย่างง่ายดาย มีเครื่องหมายรอยหยักทุกๆ รูขนาด x ซม. เพื่อให้ระบุจุดเชื่อมต่อได้ง่าย 

ชิ้นส่วนโลหะทั้งหมดสามารถผสมและจับคู่กันเพื่อประกอบตัวถังหุ่นยนต์ที่ทรงประสิทธิภาพได้ การตัดสินใจว่าจะใช้โลหะประเภทใดไม่จำเป็นต้องเลือกทั้งหมดหรือไม่มีเลย ตัวอย่างเช่น มุมอลูมิเนียมและรางอาจใช้สำหรับส่วนระบบส่งกำลังของแชสซีเพื่อให้มีน้ำหนักเบา และอาจใช้ C-Channel เหล็กสำหรับส่วนหอคอยของแชสซีเพื่อให้มีความแข็งแรงในการรองรับแขนขนาดใหญ่หรือระบบยก 

จำเป็นต้องสังเกตว่าแผ่นโลหะและแท่งโลหะ (ซึ่งมีจำหน่ายทั้งแบบเหล็กและอลูมิเนียม) ไม่ได้รวมอยู่ในการอภิปรายเกี่ยวกับชิ้นส่วนโลหะโครงสร้างนี้ เนื่องจากแผ่นและแท่งไม่มีวัสดุที่ทอดยาวในแกนเชิงพื้นที่ทั้ง 3 แกน (X,Y,&Z) ดังนั้นจึงไม่มีความแข็งแรงเชิงโครงสร้างที่จะใช้เป็นส่วนประกอบหลักของแชสซีได้ อย่างไรก็ตาม ชิ้นส่วนโลหะเหล่านี้อาจทำหน้าที่สำคัญบางอย่างในแชสซี เช่น: 

• แผ่นและเหล็กเส้นสามารถนำมาใช้เพื่อรองรับและเชื่อมต่อส่วนประกอบโครงสร้างอื่น ๆ เพื่อเพิ่มความแข็งแกร่งให้กับตัวถัง 
• แผ่นเหล็กหรือแท่งเหล็กสามารถติดตั้งให้ชิดกับชิ้นส่วนโลหะโครงสร้างอลูมิเนียมเพื่อเสริมความแข็งแรงให้กับรูสี่เหลี่ยมเมื่อสอดเพลาหรือสกรูผ่านรูและเพลาหรือสกรูได้รับแรงกดมาก 
• Plates and Bars สามารถสร้างพื้นผิวเรียบบนตัวถังเพื่อติดตั้งส่วนประกอบต่างๆ เช่น V5 Robot Brain, V5 Robot Radio และ V5 Robot Battery

ตัวล็อค

ตัวยึดใช้ในการประกอบตัวถังรถอย่างไร? สิ่งยึดคือชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อชิ้นส่วนโลหะและโครงสร้างอื่นเข้าด้วยกัน มีตัวยึดจำนวนมากที่ใช้สำหรับประกอบตัวถังรถได้ เว้นแต่ตัวถังรถจะมีโครงสร้างที่ออกแบบให้หมุนได้ จุดเชื่อมต่อแต่ละจุดจะต้องมีจุดเชื่อมต่อสองจุดหรือมากกว่า ตามหลักทั่วไป ยิ่งรอยต่อมีความเค้นมากเท่าใด ก็ควรใช้ตัวยึดมากขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม การทำเช่นนี้จะส่งผลให้การออกแบบต้องรับน้ำหนักมากขึ้นด้วย ตัวอย่างเช่น หากมีการเชื่อมต่อ C-Channel 5 รูจำนวน 2 ช่อง การวางสกรูผ่านรูที่ตัดกันทั้ง 25 รูจะมากเกินไป โครงรถในห้องเรียนอาจไม่ต้องเผชิญความเครียดมากเท่ากับโครงรถของคู่แข่ง โครงห้องเรียนอาจใช้ตัวยึดที่สามารถประกอบได้เร็วกว่า เช่น หมุดยึดตลับลูกปืน น็อตหกเหลี่ยม #8-32 แท่งน็อต และสกรูหัวแม่มือ แชสซีที่ใช้แข่งขันจะต้องประกอบด้วยสกรูและน็อต อาจใช้ตัวล็อคน็อตแบบ 1 เสา และ/หรือ ตัวล็อคน็อตแบบ 4 เสาได้เช่นกัน สแตนด์ออฟยังมีประสิทธิภาพมากในการประกอบแชสซีด้วย สแตนด์ออฟใช้เพื่อแยกชิ้นส่วนสองชิ้นออกจากกันในขณะที่สร้างการเชื่อมต่อที่แข็งแกร่ง สแตนด์ออฟ #8-32 มีความยาวให้เลือกหลากหลายระหว่าง ¼” และ 6” นอกเหนือจากตัวยึดเหล่านี้ การแข่งขันหุ่นยนต์ VEX ยังมีกฎของเกมเกี่ยวกับ "สกรูที่ไม่ใช่ VEX" ซึ่งอนุญาตให้สกรู #4, #6, #8, M3, M3.5 หรือ M4 ที่มีจำหน่ายทั่วไปมีความยาวสูงสุด 2 นิ้ว (50.8 มม.) (ตามชื่อ) และใช้สกรูน็อต แหวนรอง และ/หรือสเปเซอร์ที่มีจำหน่ายทั่วไป (ยาวสูงสุด 2 นิ้ว / 50.8 มม.) เพื่อติดตั้งกับสกรูเหล่านี้ รอยต่อระหว่างแชสซีส์กับคานอาจได้รับการเสริมกำลังด้วยการใช้เสริม แผ่น หรือเหล็กเส้น

ความสำคัญ

ตัวถังของหุ่นยนต์ทำหน้าที่เป็นโครงกระดูก ดังนั้นการมีตัวถังที่ได้รับการออกแบบและประกอบมาอย่างดีจึงเป็นเรื่องสำคัญ ความสำเร็จหรือล้มเหลวของหุ่นยนต์อาจขึ้นอยู่กับตัวถัง 

สามารถซื้อโลหะโครงสร้างและฮาร์ดแวร์ได้ที่ https://www.vexrobotics.com/vexedr/products/structure.