Гостевой блог - Чарльз Гуан идет вверх (и вниз) с Markforged

Этот гостевой блог ведет Чарльз Гуан, выпускник Массачусетского технологического института, бывший инструктор по проектированию и механическому цеху Массачусетского технологического института. Он также является создателем робота Overhaul для BattleBots от ABC, который будет транслироваться этим летом по четвергам в 20:00 по восточному времени / 19:00 по центральному времени. Он работает инженером-консультантом в области робототехники и транспорта, его спонсирует Markforged для участия в BattleBots. Посетите его веб-сайт и посетите сайт Equals Zero Robotics.

Немного предыстории боевых роботов

В мире борьбы с роботами есть пара основных конструкций, которые вы склонны видеть постоянно - это ваши клинья, ласты, молоты, вращающиеся роторы и так далее. Как и в случае с легендарным покемоном, некоторые рисунки являются «святым граалем», редко встречаются и еще реже хорошо исполняются на арене. «Флиппер с маховиком» - один из таких. Как правило, ваши высокоскоростные переворачивающиеся руки, которые бросают противников на несколько футов в воздух, являются пневматическими. Но пневматика, хоть и мощная, но не энергоемкая, и даже лучшие ласты делают меньше дюжины хороших выстрелов, прежде чем у них буквально закончится газ. Флиппер с электрическим маховиком сочетает в себе высокую удельную энергию аккумуляторов с высокой доступной мощностью кинетической энергии маховика.

Направление этой энергии в быстро высвобождаемую, но контролируемую форму было неуловимым. Задачи проектирования включают надежный механизм взаимодействия, согласованный выбор времени, постепенное ускорение и надежную связь с бизнес-целью. Если испортить любой из них, то с таким же успехом можно построить гранату с кинетической энергией.

Во всей истории боевых действий роботов было сделано всего несколько примеров. С другой стороны, есть серия роботов Зака ​​О’Доннелла от 3 до 30 фунтов, в том числе его бот Магнеато, и относительно успешные разработки Дейла Хезерингтона. Для больших ботов Warrior был эталоном.

Если вы заметили, каждый из этих ботов использует свой подход к дизайну и окончательный механизм. Это иллюстрирует уровень изучения проекта в сообществе; Конструкции роботов имеют тенденцию к развитию, поскольку строители находят оптимальное для местных условий решение, поэтому конструкция оружия с несколькими средствами для достижения цели - это то, что еще не укоренилось.

В течение нескольких лет я искал компактное коаксиальное решение проблемы, которое можно было бы установить на одной линии с «заостренным маховиком» - вращающимся барабаном или диском с зубьями - и подключить к механизму на другой стороне робот. Таким образом, у робота с двойным оружием появляется множество стратегических возможностей. Поэтому я решил взять межсезонье между турнирами BattleBots, чтобы продолжить эту идею в маленьком 3-фунтовом роботе, сохранить свои навыки дизайна и помочь найти другое решение для сообщества. Почему робот класса 3 фунта? Потому что это простой размер, который можно использовать для печати с помощью Mark Two!

Разработка механизма передачи, напечатанного на 3D-принтере

Требования включают в себя упаковку очень высокого передаточного числа (порядка 20 или более к 1) в коаксиальный объем и поиск способа включения этого редуктора только при необходимости. Я исследовал планетарные зубчатые передачи, известные как составные планетарные зубчатые передачи, составив несколько справочников, в том числе почтенный «Справочник по механизмам и механическим устройствам», и рылся в Интернете в поисках технических документов. Короче говоря, это позволяет создавать чрезвычайно высокие передаточные числа в том же объеме, что и у простого планетарного редуктора, за счет использования относительной скорости двух коронных шестерен немного разных размеров.

После непродолжительного проектирования нестандартных скользящих собачьих муфт и фрикционных лент я понял, что просто конструирую свою собственную автоматическую трансмиссию. Сложные вещи обычно не живут долго в бою, поэтому мне пришлось подумать о другом способе использования этой системы редуктора. Решение заключалось в использовании зубчатой ​​передачи в качестве устройства для разделения крутящего момента. Вы можете знать это как Toyota «Hybrid Synergy Drive» или под любым другим названием бесступенчатой ​​трансмиссии. Это открытие, как и многие в истории, произошло случайно - я вращал свою CAD-модель и обнаружил, что закрепление одного зубчатого колеса заставляет другое вращаться, и наоборот. Я забыл, что «относительная скорость» означает, что одна из этих скоростей может быть равна нулю.

Взволнованный, я быстро смоделировал игрушечный зубчатый венец и планетарный редуктор и напечатал его с помощью оникса на Mark Two. Оникс - единственный материал, который, как мне кажется, будет достаточно прочным и жестким. Я был ограничен в размерах зубьев шестерни, которые я мог использовать, из-за небольшого размера робота; обычные нейлоновые зубы были бы слишком гибкими. Поэтому я хотел использовать игрушечную модель в качестве меры допуска для конечного продукта на случай, если мне придется внести незначительные изменения в размеры. Модель подтвердила мою гипотезу о том, что мне просто нужно было внезапно остановить одну передачу любым способом - тормозом, сцеплением или простым движением палки через спицы велосипедного колеса, а другое кольцо вынуждено вращаться!

Подготовлено для боя роботов

После этого началась серьезная работа над роботом. Я вытащил некоторые из своих набросков идей из далекого прошлого, и решил просто пойти на «первый проход» CAD-модели, чтобы понять концепцию, и оттуда работать над индивидуальными потребностями дизайна. Короче говоря, вот фото дизайна в его нынешнем виде!

Так что здесь происходит? У него треугольный корпус, который можно переворачивать - никакого «перевернутого» варианта не приходится. Круглый серебряный предмет слева представляет собой алюминиевый ротор на 8 унций с болтами с головкой под торцевой ключ в качестве «зубьев», что является обычной тактикой в ​​этой небольшой весовой категории для вращения оружия. Планетарный механизм смоделирован в черном цвете (для Onyx), и серводвигатель по команде проталкивает скользящий зуб в зубчатый венец с выемкой, заставляя его останавливать вращение и запускать другое зубчатое колесо. Эта коронная шестерня имеет смещенный выступ кулачка с соединительным стержнем для «бабочки», которая раздвигает верхнее и нижнее металлические крылья при вращении кулачка. Металлические крылья шарнирно закреплены в одной точке, поэтому одно будет реагировать на землю, в то время как другое поднимает вверх все, что находится над ним в данный момент.

Есть детали и геометрические проблемы, которые еще нужно решить, прежде чем этот дизайн будет завершен, но теперь я уверен в концепции. У него есть свои недостатки - например, если скользящий зуб застрянет, механизм будет всегда включен, и бот может потерять подвижность. Если он высыхает без нагрузки на крылья, он, вероятно, поднимется на крышу. Но наблюдать за тем, как недостатки вашего дизайна становятся очень заметными, - это часть удовольствия от спорта, поэтому я с нетерпением жду возможности увидеть, что произойдет с этим ботом!

Вот демонстрация системы:

А вот еще несколько картинок дизайна:

Фотографии любезно предоставлены Чарльзом Гуаном.