Thiết kế khung xe V5

Khung gầm là bộ phận cấu trúc của rô-bốt chứa hệ thống truyền động và cho phép rô-bốt di chuyển bằng bánh xe, xích hoặc phương pháp khác. Khung gầm đôi khi còn được gọi là khung của robot. Khung gầm cũng cung cấp cấu trúc để gắn các bộ phận điều khiển như cánh tay, càng, thang nâng, lưỡi cày, hệ thống băng tải, ống nạp vật thể và các đặc điểm thiết kế khác dùng để điều khiển vật thể.

Có nhiều điều cần cân nhắc khi thiết kế khung gầm robot.

Mục đích

Mục đích của robot là gì? Thiết kế robot này dành cho một dự án trong lớp học hay cho một cuộc thi? Nếu robot dùng cho dự án lớp học, khung của robot có thể được lắp ráp mà không cần quan tâm đến việc tương tác nhiều lần với các robot khác. Trong cuộc thi, nếu khung xe bị cong, xoắn hoặc rơi ra thì robot có thể không còn khả năng thi đấu hiệu quả nữa. 

Kích cỡ

Có quy định nào về kích thước cho robot không? Nhiều cuộc thi có quy định về kích thước trong luật chơi. Các quy tắc này có thể có chiều cao, chiều rộng và chiều dài tối đa mà robot có thể có khi bắt đầu trận đấu và các quy tắc có thể có giới hạn mở rộng tối đa theo chiều ngang và/hoặc giới hạn chiều cao tối đa. Khung xe phải có kích thước sao cho tất cả các bộ phận của robot đều phù hợp với quy tắc về kích thước.

Hình dạng

Khung xe sẽ có hình dạng như thế nào? Một trong những lợi thế của hệ thống VEX EDR là nó cho phép thiết kế nhiều kiểu dáng và có cơ hội sáng tạo gần như vô tận. Tuy nhiên, có một số khía cạnh cần cân nhắc. Các thành phần kim loại kết cấu lắp ráp dễ dàng hơn nhiều khi sử dụng kết nối 90 ^o. Hình dạng khung gầm phải tạo không gian cho các thành phần khác của robot như hệ thống điều khiển, động cơ, bánh xe, bánh răng và xích. Một phương pháp thiết kế tốt là sắp xếp khung xe cùng với tất cả các thành phần khác trước khi lắp ráp để đảm bảo khoảng cách phù hợp. Hãy đảm bảo hình dạng khung gầm phù hợp với thiết kế hệ thống truyền động của robot. Nếu robot được sử dụng trong một cuộc thi, có hình dạng nào sẽ mang lại lợi thế không? Có lẽ hình dạng hẹp hơn sẽ giúp robot di chuyển trên sân dễ dàng hơn và/hoặc dễ dàng di chuyển vào khu vực ghi điểm hơn. Có lẽ hình dạng rộng hơn sẽ cho phép robot đẩy nhiều quân cờ hơn hoặc cung cấp nhiều diện tích hơn cho hệ thống nạp. Có lẽ hình chữ U sẽ tạo không gian cho băng tải và/hoặc bộ điều khiển quân cờ. Có lẽ có một vật cản mà robot cần phải chui qua và nó không thể cao tới mức đó. Có lẽ robot sẽ cần phải vươn cao hoặc ra ngoài trục cơ sở và sẽ có lợi khi xây dựng hình dạng khung gầm để lấp đầy giới hạn kích thước tối đa và tạo ra dấu chân lớn và ổn định nhất có thể.

Hỗ trợ của trục

Điều quan trọng là thiết kế khung gầm phải kết hợp được hai điểm hỗ trợ song song cho bất kỳ trục nào sẽ được lắp vào khung gầm. Nếu không có hai điểm tựa cho mỗi trục, trục sẽ có thể xoay nhẹ lên xuống tại một điểm tựa duy nhất và điều này sẽ khiến trục khó quay hơn. Robot lắp ráp càng nặng thì trục càng phải hỗ trợ nhiều hơn, do đó việc cung cấp hai điểm hỗ trợ này càng quan trọng.

Ví dụ về hai điểm hỗ trợ

Các mảnh kim loại kết cấu

Loại kim loại kết cấu nào sẽ được sử dụng để lắp ráp khung xe? Hệ thống VEX EDR có nhiều lựa chọn bằng thép và nhôm. Có sẵn loại C-Channel 5 lỗ và 2 lỗ bằng cả thép và nhôm. Có sẵn các kênh chữ C bằng nhôm có chiều rộng 3 lỗ. Kênh C càng rộng thì khả năng uốn cong hoặc xoắn càng ít, tuy nhiên khung xe sẽ nặng hơn. Có các loại góc làm bằng thép và nhôm có lỗ vuông và có loại góc bằng thép có lỗ rãnh. Góc lý tưởng để gắn và đỡ tháp. Góc thép có lỗ rãnh cho phép kết nối không phải là 90 ^o. Có sẵn thanh ray làm bằng cả thép và nhôm. Thanh ray có các đầu nối ở cuối để tạo thêm điểm kết nối. Thanh ray là một trong những loại kim loại kết cấu có trong Bộ khung gầm.

Những điều cần cân nhắc khi lựa chọn vật liệu kim loại kết cấu.VEX cung cấp các sản phẩm kết cấu kim loại với hai lựa chọn vật liệu: thép và nhôm. Có những ưu điểm và nhược điểm khi sử dụng một loại vật liệu cụ thể dựa trên tính chất của vật liệu và các bộ phận có sẵn. Cả hai lựa chọn vật liệu đều có thể cắt, khoan, giũa và định hình lại để có thể thiết kế theo ý muốn.

Kim loại kết cấu thép là vật liệu ban đầu có sẵn khi hệ thống VEX EDR được giới thiệu. Khi quyết định có nên sử dụng kết cấu thép hay không, sau đây là một số điều cần cân nhắc khi đưa ra quyết định:

• Các miếng kim loại bằng thép rẻ hơn nhôm và điều này có thể được cân nhắc trong các dự án ở lớp học. 
• Các miếng kim loại thép không dễ uốn cong hoặc xoắn như các miếng kim loại tương tự làm bằng nhôm. 
• Các mảnh kim loại bằng thép có sẵn trong Bộ sản phẩm boaster và Bộ phần cứng bằng kim loại. 
• Kim loại thép có sẵn trong 4 bộ khung xe có kích thước khác nhau, có thể kết hợp và phối hợp để tạo ra nhiều kiểu dáng khác nhau. 
• Kim loại thép cũng có sẵn trong một số gói thành phần kim loại có chiều dài/loại đơn. 

Đồ họa bên dưới hiển thị mô hình 3D của kết cấu kim loại được sử dụng cho VEX V5. 

 

Kim loại kết cấu nhôm được giới thiệu sau đó trong dòng sản phẩm VEX EDR, tuy nhiên các đặc tính của nó khiến nó được sử dụng rộng rãi cho các thiết kế trong các cuộc thi robot. Khi quyết định có nên sử dụng kết cấu nhôm hay không, sau đây là một số điều cần cân nhắc khi đưa ra quyết định:

• Các tấm kim loại nhôm nhẹ hơn và điều này mang lại lợi thế cạnh tranh vì cấu trúc càng nhẹ thì động cơ và hệ thống khí nén càng dễ di chuyển. 
• Các miếng nhôm dày hơn một chút so với các miếng thép và ở một số hướng nhất định, việc căn chỉnh các lỗ giữa 2 hoặc nhiều miếng sẽ khó khăn hơn. 
• Các miếng nhôm mềm hơn các miếng thép, do đó khi chịu lực lớn, vít và trục truyền động có thể đâm vào thành lỗ vuông và tạo ra kết nối lỏng lẻo. Tuy nhiên, độ mềm này cho phép nhôm được cắt, khoan, giũa và định hình lại dễ hơn thép. 
• Các mảnh kim loại nhôm có sẵn trong Bộ cấu trúc nhôm và Bộ cấu trúc nhôm dài. 
• Nhôm có sẵn trong Bộ khung nhôm 25x25. 
• Kim loại nhôm cũng có sẵn trong một số gói thành phần kim loại có chiều dài/loại đơn. 

Điểm kết nối

Điểm kết nối rất quan trọng để xây dựng và tùy chỉnh robot VEX V5 của bạn. Các điểm này cho phép gắn chặt nhiều bộ phận khác nhau, chẳng hạn như động cơ, cảm biến và các thành phần cấu trúc. Các lỗ vuông trên tấm kim loại, dầm và thanh kim loại giúp dễ dàng đưa các chốt vào. Các vết lõm hình tam giác trên dầm cho phép bạn dễ dàng đếm số lỗ cần thiết để gắn chặt các thành phần khác nhau. Mỗi lỗ vuông có một vết lõm đánh dấu năm để dễ dàng xác định điểm kết nối. 

Tất cả các mảnh kim loại có thể được kết hợp và ghép lại với nhau để tạo thành khung gầm robot cực kỳ hiệu quả. Quyết định sử dụng loại kim loại nào không nhất thiết phải là tất cả hoặc không có gì. Ví dụ, có thể sử dụng góc và thanh ray bằng nhôm cho bộ phận truyền động của khung gầm để giúp khung gầm nhẹ hơn và sử dụng thép C-Channel cho bộ phận tháp của khung gầm để tăng cường độ bền hỗ trợ cánh tay lớn hoặc hệ thống nâng. 

Cần lưu ý rằng Tấm kim loại và Thanh kim loại (có cả loại thép và nhôm) không được đề cập trong phần thảo luận về các sản phẩm kim loại kết cấu này. Điều này là do các tấm và thanh không có vật liệu trải dài theo cả 3 trục không gian (X, Y,&Z) và do đó không có đủ độ bền kết cấu để được sử dụng làm thành phần chính cho khung gầm. Tuy nhiên, các bộ phận kim loại này có thể đảm nhiệm một số chức năng rất quan trọng trong khung xe như: 

• Tấm và thanh có thể được sử dụng để hỗ trợ và kết nối các thành phần cấu trúc khác nhằm làm cứng khung gầm. 
• Tấm thép hoặc thanh thép có thể được lắp phẳng vào một miếng kim loại kết cấu nhôm để gia cố các lỗ vuông của nó khi trục hoặc vít được đưa qua lỗ và trục/vít chịu ứng suất lớn. 
• Tấm và thanh có thể tạo ra bề mặt phẳng trên khung máy để gắn các thành phần như Bộ não robot V5, Radio robot V5 và Pin robot V5.

Chốt

Các chốt được sử dụng để lắp ráp khung xe như thế nào? Chốt là bộ phận kết nối các mảnh kim loại và các cấu trúc khác với nhau. Có rất nhiều loại ốc vít có sẵn để lắp ráp khung xe. Trừ khi khung xe có cấu trúc được thiết kế để xoay, mỗi mối nối cần có hai hoặc nhiều điểm kết nối. Theo nguyên tắc chung, mối nối chịu ứng suất càng lớn thì càng phải sử dụng nhiều ốc vít, tuy nhiên điều này sẽ đồng nghĩa với việc thiết kế sẽ nặng hơn. Ví dụ, nếu hai kênh chữ C 5 lỗ được kết nối, việc đặt một con vít qua tất cả 25 lỗ giao nhau sẽ là quá mức. Khung gầm xe trong lớp học có thể không chịu nhiều áp lực như khung gầm xe đua. Khung lớp học có thể sử dụng các loại ốc vít lắp ráp nhanh hơn như đinh tán gắn ổ trục, đai ốc lục giác #8-32, thanh đai ốc và vít tai thỏ. Khung xe thi đấu sẽ cần phải được lắp ráp bằng ốc vít và đai ốc. Cũng có thể sử dụng Bộ giữ đai ốc 1 trụ và/hoặc Bộ giữ đai ốc 4 trụ. Các chốt cách điện cũng rất hiệu quả khi lắp ráp khung xe. Khoảng cách được sử dụng để tách hai phần ra khỏi nhau trong khi tạo ra kết nối cứng nhắc. Chốt chặn #8-32 có nhiều độ dài khác nhau từ ¼” đến 6”. Ngoài các loại ốc vít này, Cuộc thi Robot VEX còn có luật chơi về “ốc vít không phải VEX” cho phép sử dụng bất kỳ loại ốc vít #4, #6, #8, M3, M3.5 hoặc M4 có bán trên thị trường dài tới 2” (50,8mm) (danh nghĩa) và bất kỳ loại đai ốc, vòng đệm và/hoặc miếng đệm nào có bán trên thị trường (dài tới 2” / 50,8mm) đều có thể lắp vừa các loại ốc vít này. Các mối nối khung gầm cũng có thể được gia cố bằng các thanh giằng, tấm và/hoặc thanh thép.

Tầm quan trọng

Khung gầm của robot đóng vai trò như bộ xương của nó, do đó, điều cần thiết là phải có một bộ khung được thiết kế và lắp ráp tốt. Sự thành công hay thất bại của robot có thể phụ thuộc vào khung gầm. 

Có thể mua kim loại kết cấu và phần cứng tại https://www.vexrobotics.com/vexedr/products/structure.