Componente mecanice

Rulmenți

Rulmenții sunt componente mecanice care ajută piesele care se rotesc să se miște mai ușor și mai eficient, reducând frecarea dintre ele. Rulmenții pot lua foarte multe forme, însă principalele 4 tipuri pe care le vom întâlni sunt:

Rulment cu flanșă

Rulment fără flanșă

Scripete

Rulment liniar

Scopul flanșei este să faciliteze fixarea rulmenților.

Axuri

Axurile sunt tije ce permit mișcarea de rotație a unor componente. Acestea diferă fie prin formă, fie prin materialul din care sunt făcute, fie prin dimensiuni, însă cea mai importantă distincție estie modul în care realizează mișcarea de rotație.

Ax viu

Axul viu este cea mai simplă metodă de transmisie de putere. În acest scenariu, componentele se rotesc odată cu axul, axul fiind montat de obicei pe doi rulmenți, unul în fiecare capăt. Este recomandată folosirea axului viu când dorim să angrenăm mai multe componente deodată.

Constrângerea axului viu

Nu este recomandată montarea / constrângerea unui ax viu folosind mai mult sau mai puțin de 2 rulmenti. În cazul constrângerii cu un singur rulment, se pierde foarte multă rigiditate. În cazul montării folosind mai mult de 2 rulmenți, orice eroare mică de aliniere în manufactura pieselor sau asamblarea robotului poate duce la o pierdere foarte mare de eficiență.

Ax mort

Axul mort constă într-un ax fixat, iar componentele se rotesc în jurul acestuia. Principalul avantaj al acestui tip de transmisie este bonusul de rigiditate adus de axul mort. Pentru a realiza acest tip de transmisie, trebuie ca rulmenții să susțină componentele amplasate pe ax, nu axul în sine.

Sfat

În general, este preferată folosirea axurilor moarte pe oriunde este posibil.

Ax zombie

Axul "zombie" reprezintă o combinație dintre cele două. Ce înseamnă? Practic, unele componente folosesc axul ca pe un ax viu, altele ca pe un ax mort. Axul zombie permite angrenarea mai multor mecanisme pe același punct de rotație.

Elemente de transmisie

Până acum am mai folosit termenul transmisie de câteva ori. Transmisia reprezintă transmiterea mișcării de rotație între două puncte. Aceasta se poate realiza în mai multe moduri:

Roți dințate

Roțile dințate sunt cel mai comun și simplu mod de a realiza o transmisie. Ceva de care ar trebui totuși să ținem cont este faptul că un număr par de roți dințate inversează direcția de rotație la capăt.

Transmisie cu roți dințate

Pentru a putea alege roțile dințate potrivite ar trebui să cunoaștem următoarele concepte:

Pitch Diameter - ne arată distanța la care putem pune două roți dințate cu aceleași specificații. Dacă diferă numărul de dinți între cele două roți putem face media aritmetică a acestor diametre pentru a determina noua distanță potrivită între ele.
MOD - reprezintă "distanța" dintre dinți. Un mod mai mic înseamnă că dinții sunt mai apropiați, oferind un joc mai mic. Un mod mai mare înseamnă că roata dințată poate fi supusă unor forțe mai mari.
DP (Diametral Pitch) - este practic o alta formă a MOD-ului. În general, vom lucra cu roți dințate de MOD 0.8, iar acestea sunt aproape la fel cu roțile de 32 DP. Diferența dintre ele este suficient de mică încât pot fi cuplate împreună.

Ce ar trebui să sțim despre acest tip de transmisie? Principalul avantaj față de celelalte pe care le vom discuta este eficiența. O transmisie pe roți dințate este cea mai eficientă pe care o vom putea folosi. Marele dezavantaj este că nu permite ca distanța de transmisie să fie prea mare.

În afară de roțile dințate simple, mai există câteva de specialitate.

Roți conice

Roți melcate

Acestea permit transmisia de putere la 90 de grade. Roțile melcate sunt ceva mai inedite. Nu sunt back-driveable, adică mișcarea poate fi produsă doar de melcul propriu-zis, nu și de cealaltă roată. Ele sunt folosite în mecanisme care necesită un cuplu foarte mare.

Lanț

Al doilea tip de transmisie pe care îl putem folosi este cea pe lanț. Marele avantaj al transmisiilor pe lanț este customizabilitatea.

În orice moment putem adăuga sau scoate câteva bucăți de lanț pentru a atinge distanța dorită, indiferent cât de mare ar fi ea. Totuși, în ciuda acestui avantaj, nu este folosit prea des.

Marea problemă a lanțului este tensionarea. Dacă este prea slab tensionat, mecanismul va avea foarte mult joc. Daca este prea tare tensionat, eficiența va fi teribilă.

Singurul scenariu în care lanțul excelează sunt mecanismele care necesită un cuplu destul de mare, și nu suferă prea tare din cauza lipsei de eficiență. Un lanț tensionat foarte tare, deși pierde mult din eficiență, câștigă foarte mult în precizie.

Lanț de plastic

Lanț de metal

Pentru a putea realiza o transmisie pe lanț avem nevoie de pinioane dințate. Trebuie totuși să ținem cont că nu toate pinioanele sunt compatibile cu orice tip de lanț. Există mai multe standarde de dimensiuni, însă sunt mai grele de înțeles decât cele ale roților dințate, așadar recomand folosirea de pinioane de la același furnizor ca al lanțului.

Transmisie pe lanț

Curele

Tipul de transmisie pe care probabil o să îl folosim cel mai des este cea pe curele. Reprezintă oareceum o cale de mijloc între roțile dințate și lanț.

Din punct de vedere al eficienței, dacă sunt tensionate corect stau mai bine decât transmisiile pe lanț, iar tensionarea unei curele este mai ușoară. Din punct de vedere al distanței de transmisie, nu este nici pe-aproape de customizabilitatea transmisiei pe lanț.

Există mai multe tipuri de curele, însă principalele două pe care le vom întâlni sunt:

Curea dințată

Curea rotundă

Inversarea direcției de rotație

Dacă aveți nevoie de inversarea direcției de rotație, iar utilizarea roților dințate este incomodă, puteți folosi o curea rotundă întoarsă (practic în formă de 8). Țineți cont totuși că se bazează doar pe frecare, iar la forțe mai mari nu va face față.

Curele dințate pot fi folosite cu ajutorul unor fulii dințate. Pentru a putea alege tipul potrivit de fulie, ar trebui să discutăm puțin standardele de curele:

HTD - este un tip de curea dințată care poate suferi forțe mai mari. În general, prezintă distanțe mai mari între dinți și sunt mai groase, pierzând însă din eficiență. Cel mai des vom întâlni curele HTD5 și HTD3. Cifra din codificare este similară cu MOD-ul unei roți dințate.
GT2 - acest model este oarecum o actualizare a standardului HTD, pierzând puțin din capacitatea de a face față forțelor mai mari în schimbul unui câștig observabil la capitolul eficiență. Cel mai des vom întâlni curele GT2-2mm și GT2-3mm.

De ce contează tipul de curea? O curea cu un MOD mai mic, va oferi mai multă precizie însă va fi predispusă săritului de dinți. O curea cu MOD mai mare nu prezintă acest pericol, dar are un impact considerabil asupra eficienței.

În general, în contexte în care ne putem aștepta la șocuri, este recomandată alegerea unor curele cu MOD mai mare, deoarece șocurile sunt cauza numărul 1 a săritului de dinți. Curelele cu MOD mic excelează la viteze mari.

Transmisie pe curea

Pentru a ne ajuta cu tensionarea curelelor dințate, putem folosi calculatorul de pe platforma ReCalc. Tensiunea ideală este cea mai slabă, dar care nu permite sărirea de dinți. Astfel, atingem eficiența maximă. Pentru curelele rotunde, recomand fie folosirea unor curele care nu sunt deja bucle și să le închidem noi la dimensiunea potrivită, fie realizarea unor sketch-uri în OnShape pentru a estima circumferința adecvată de curea.

Atașamente pe ax

Atașamentele pe ax sunt piese care pot fi folosite pentru a fixa componente pe axuri. Ele pot fi separate în două mari grupuri:

Set-Screw

Atașamentele set-screw se fixează prin strângerea unui șurub care se fixează împingându-se în ax.

În general, sunt întâlnite când vrem să atașăm lucruri mici, ce nu pot fi prinse în alt mod. Este de preferat să evităm utilizarea lor pe cât posibil, din cauza urmelor lăsate pe axuri.

Roată dințată

Stopper set-screw

Clamps

Atașamentele tip clamp se fixează strângându-se de jur împrejurul axului. Acestea nu lasă niciun fel de urmă pe ax, iar în general folosesc cel puțin 2 șuruburi, nefiind predispuse desfacerii neintenționate.

Sonic Hub

Stopper

Roți

Roțile pot avea mai multe scopuri decât simpla deplasare a robotului pe teren. Ele pot fi folosite și la colectarea și lansarea elementelor de joc. De asemenea, nu sunt limitate la o clasică formă rotundă.

Roți pentru deplasare

De-a lungul timpului, șasiurile în FTC au trecut prin foarte multe etape, însă în momentul de față este destul de clar care sunt cele mai bune variante pentru un robot competitiv.

Roțile mecanum

Roțile mecanum prezintă niște "rollere" amplasate la 45 de grade, care le fac să genereze mișcare pe diagonală.

Folosind 4 astfel de roți într-o anumită orientare permit robotului să se deplaseze în toate direcțiile (față-spate, stânga-dreapta și rotație). Sunt cele mai folosite roți datorită agilității pe care o oferă și simplității utilizării lor.

Roată mecanum

Roți omni

Roțile omni au niște cilindri de-a lungul circumferinței lor pentru a putea fi mișcate pe laterală fără a induce o frecare mare. Totuși, golurile dintre cilindri pot fi destul de mari, iar de aceea sunt în general folosite 2 câte 2, dar cu un offset pentru ca cilindrii uneia să acopere golurile celeilalte.

Cel mai des roțile omni sunt folosite fie în ansambluri de odometrie, fie la șasiuri de tracțiune facilitând rotația.

Roată omni

Roată omni dublată

Roți de tracțiune

Roțile de tracțiune, așa cum le sugerează numele, sunt foarte aderente. Sunt cel mai des întâlnite în cadrul sezoanelor care implică foarte multă interacțiune între roboții alianțelor opuse. După cum am menționat mai sus, sunt cuplate cu roți omni pentru a face rotația mai ușoară.

Un produs de care ar trebui totuși să ținem cont este gray grippy tread. Este o bandă foarte aderentă, mai aderentă decât orice roți de tracțiune găsite la furnizorii principali care sunt legale în competiție. Pentru a o putea folosi, este necesară printarea 3D a roților. Această tehnică poate oferi câteva oportunități de design în contexte specifice.

Roată de tracțiune

Roată cu gray grippy tread

Roți pentru colectarea obiectelor

"Roțile" pentru colectarea obiectelor nu sunt în general roți propriu-zise. Trăsătura lor generală este flexibilitatea. Sunt în general făcute din materiale moi ce permit mularea pe elementele de joc. Câteva exemple sunt:

Roată Gecko

Roată compliant

Stea

Roată cu tub chirurgical

Un alt lucru pe care îl mai putem face este printarea lor din TPU. TPU este un plastic flexibil ce poate fi folosit la imprimanta 3D. Acest procedeu ne deschide foarte multe oportunități când vine vorba de forma pe care le-o dăm pentru a putea gestiona orice fel de element de joc, indiferent de forma pe care o are.

Roți pentru lansarea elementelor

O dată la câțiva ani, jocul FTC implica lansarea unor elemente de joc, deseori bile sau discuri. Aceste forme ne permit utilizarea lansatoarelor de tip flywheel. Un flywheel implică o roată care se rotește la o viteză foarte mare, pentru a imprima viteză altor obiecte.

Câteva trăsături relevante pentru un flywheel sunt aderența și greutatea. De ce este importantă greutatea? Pentru că o roată grea, are mai multă inerție și va pierde mai puțină viteză odata cu lansarea elementelor.

Singurul dezavantaj este timpul de accelerație pentru a aduce roata la viteză maximă, însă putem neglija asta dacă ținem roata la o viteză mare pe toată durata meciului.

Astfel, cele mai bune roți de lansare pe care le avem la dispoziție sunt roțile de tracțiune de la Gobilda. Acestea au un spațiu înăuntru în care putem atașa greutăți adiționale pentru a configura cum dorim flywheel-ul nostru.

Componente pentru mișcare liniară

Mișcarea liniară este probabil cel mai des-întâlnit aspect în jocurile FTC, fie că este vorba de înalțimi de 30cm sau de 1m. De aceea, este unul din elementele care fac diferența între un robot bun și unul foarte bun. În principal, avem trei variante foarte bune pentru a realiza mișcarea liniară:

Glisieră

Șină liniară

Tub telescopic

Glisiere

Glisierele sunt cele mai populare și cele mai simple de utilizat. În general, constau în 2 sau 3 nivele culisante ce se pot extinde în una sau ambele direcții. Cele mai folosite glisiere sunt Misumi Sar2XX, deoarece permit realizarea unui ansamblu ușor, compact și au găuri filetate făcând asamblarea mecanismelor foarte ușoară.

Șina liniară

Șina liniară permite deplasarea de-a lungul unei tije, în general de oțel. Pot fi folosite în combinație cu glisierele, deoarece dacă mecanismul este montat la baza glisierelor, șina permite ridicarea până în partea de sus.

Fără șină liniară

Cu șină liniară

Tub telescopic

Tubul telescopic este un mijloc mai complicat de a realiza mișcare liniară, dar dacă este realizat cum trebuie și este folosit în contextul potrivit poate aduce un mare avantaj față de orice alt mecanism de mișcare liniară.

Spre deosebire de alternative, tubul telescopic trebuie conceput și fabricat de către echipă. Acestea sunt făcute din țevi pătrate de aluminiu, cu atașamente cu rulmenți în capăt pentru a ghida tubul următor.

Tub telescopic