打造 VEX IQ 机械臂

您可以通过多种方式构建机械臂来添加到您的 VEX IQ 机器人中。 机械臂是一种运动功能与人类手臂相似的机制或机器。 它可用于拾取、移动和运输物体。 机械臂通常安装在底盘上的塔架上,用于提升手臂末端的另一个机械手。 手臂还可以用来将机器人抬离地面。

电机通常安装在塔上,驱动齿轮系或链条和链轮系统来移动臂。 手臂也可以使用橡皮筋来辅助举起。 VEX IQ 机械臂通常由梁或大梁组装而成。 臂可以是一组组装的梁,也可以是两个臂并排配对,并且它们之间有一个跨度。 可以使用由支架或角连接器制成的交叉支撑来连接该对。

请参见下文,查看可使用 VEX IQ 套件构建的各种手臂的示例。


摇臂

单摆臂也许是最容易组装的臂。 这是在 ClawBot IQ(第 1 代)版本上发现的手臂类型。 末端的机械手则跟随摆臂运动的弧线。 摆臂设计可以越过塔顶并到达机器人的另一侧。

然而,对于需要保持水平的被动叉、铲子或游戏棋子来说,这种运动可能会带来问题。


连杆臂

联动臂是涉及多个枢转杆的臂,用于在塔架和端塔之间建立联动。

该图表说明了 VEX IQ 机器人平台的组装技巧,展示了关键组件及其排列,以帮助教育工作者和学生有效地构建机器人。

  • 这些连杆通常被构建成平行四边形。
  • 当这些杆和塔的平行连杆之间的距离相同时,它们在臂升起时保持平行。 这可以使手臂举起的物体保持相对水平。 然而,手臂在抬起时确实会以轻微的弧线移动。
  • 这些臂的举起高度受到限制,因为在某些时候双杠会相互接触。

连杆臂包括:4 连杆、6 连杆、链杆和双反向 4 连杆。 请参见下文了解这些机械臂变化的示例。


4-Bar

4 连杆臂是最容易组装的臂,因为它的结构简单,由两组平行杆组成。 它的结构也增加了它的稳定性并使手臂具有很大的运动范围。 4 连杆臂包含一个塔式连接、一组平行连杆臂和一个端部塔/机械手连接。

在 ClawBot(第二代)上可以找到 4 杆臂的示例。 要构建 ClawBot,您可以按照下图中的步骤进行操作,或者查看 2D 构建说明。 


6-Bar

6 连杆臂是 4 连杆臂的延伸。 这是通过在第一组连杆上使用较长的顶杆和延伸的端杆来实现的。 较长的杆用作第二组连杆的底部连杆,而延伸的端杆用作剩余两个顶部连杆的“塔”。

6 杆臂通常可以比 4 杆臂伸展得更高,但是当它们向上摆动时,它们会伸出得更远,如果轴距不够大,可能会导致机器人翻倒。


链杆

链杆臂使用链轮和链条来创建连杆臂。  有一根封盖的竖井穿过塔身。 链轮安装在塔上并位于轴盖上方。 这样,轴就可以旋转,而链轮仍然连接在塔上。 轴固定在臂上,并使用带有链轮/链条系统或齿轮系的电机来升高和降低臂。

另一根自由旋转的轴穿过臂的另一端。 末端操纵器安装在第二个相同尺寸的链轮上。 当链条连接在臂的链轮之间时,链条就像一个四连杆机构,通过电机系统使臂旋转。

您可能需要使用带有垫片的较长销钉或短支架将链轮连接至横梁,以便为链条留出间隙。  

链条臂的优点是它没有两个连杆一起限制其高度,但是如果链条松开或链环断裂,臂就会失效。


双反向 4 连杆

双反向 4 杆臂需要最多的规划和时间来组装。 它们几乎总是成对组装,以平衡手臂上的力量。 这些臂的组装从四连杆机构开始。 端部连杆作为顶部四根杆组的第二个塔。

通常,一个大齿轮安装在底部 4 杆顶部连杆的远端,另一个大齿轮安装在顶部 4 杆底部连杆的近端。 当手臂抬起时,两个齿轮相互啮合,使顶部的 4 根杆以与底部杆相反的方向移动,从而将手臂向上伸展。

该图表说明了 VEX IQ 机器人平台的组装技巧,展示了关键组件及其排列,以帮助教育工作者和学生有效地构建机器人。

在设计双反向 4 杆臂时,提供间隙非常重要,以便顶部 4 杆可以传递到底部 4 杆的内部或外部。 这可以通过将上部 4 根杆安装到中央齿轮系统的内部并将下部 4 根杆安装到齿轮系统外部来实现

  1. 上部 4 杆安装在齿轮内部
  2. 下部 4 杆安装在齿轮外部。  

在一对臂之间提供尽可能多的交叉支撑将有助于保持臂的稳定。

 

许多双反向 4 杆设计将带有 12T 齿轮的升降电机安装到第二个塔上,并驱动升降机上的大齿轮。 但是,它们可以通过安装在底盘或两个位置上的固定塔上的电机/齿轮系统来提升。

在所讨论的所有手臂中,双反 4 杆可以达到最高的伸展度和最线性的升力。 由于此设计可能达到极高的高度,因此在手臂完全伸展的情况下驾驶机器人时需要小心,否则机器人可能会翻倒。

使用此链接可以更详细地查看双反向 4 杆臂的 3D 模型。

有关详细信息,请参阅 Up and Over STEM Lab 中的 臂设计视频和课程摘要

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