Skip to main content

Roți moarte

Termenul roți moarte, roți de urmărire, roți de odometrie și odometrie sunt adesea combinate în comunitatea FTC. Cu toate acestea, există câteva diferențe cheie pe care trebuie să le țineți cont. Odometria este un termen ce acoperă și se referă la utilizarea generală a senzorilor de mișcare în scopuri de localizare. În schimb, roțile moarte, roțile de urmărire și roțile de odometrie sunt toți termeni sinonimi.

info

Roata moarta

  • O roată mică nealimentată (deobicei o roată omni ) care urmărește distanța pe care robotul a parcurs-o prin encoderul atașat la axa roții.

  • De obicei, vor exista două sau trei roți - una sau două pe axa x și y fiecare pentru a urmări poziția față-spate și stânga-dreapta față de punctul de plecare. În general, roțile de odometrie sunt suspendate astfel încât roata să fie în contact cu solul în orice moment pentru a asigura acuratețea.

Odometria se referă la utilizarea senzorilor de mișcare pentru localizare. Localizarea este un mijloc pentru a putea localiza poziția botului la un moment dat. Localizarea este crucială în modurile de urmărire a traseului și autonomie avansată, deoarece trebuie să știe unde se află pentru a genera mișcările necesare pentru a ajunge la destinația dorită. Software-ul de localizare joacă un rol major în odometrie; cu toate acestea, pentru a produce rezultate precise, designul hardware fiabil și precis este o necesitate.

Cea mai simplă formă de odometrie este localizarea encoderului. Aceasta este utilizarea encoderelor care măsoară rotația motoarelor care alimentează drive train-ul. Unul este capabil să citească datele encoderuluiului și să le alimenteze prin ecuația cinematică pentru acel tren de transmisie specific pentru a determina viteza corpului. Localizarea encoderului drive este în general destul de simplă și ușor de configurat, deoarece aproape toate motoarele legale FTC au encodere încorporate. Obținerea setării de localizare a encoderuluiului de unitate este pur și simplu o chestiune de conectare a cablurilor, nu este nevoie de hardware suplimentar.

Multe echipe din comunitate au convenit pentru o soluție unică, care nu se vede prea mult în afara FTC-ului: utilizarea „roților moarte”, „roți de urmărire” sau „capsule de odometrie” (acești termeni sunt toți sinonimi). Acestea se referă la roți mici „moarte” sau neacționante (nu sunt alimentate de un motor) atașate la un senzor encoder . Două sau trei roți moarte sunt adesea lăsate la sol pentru a asigura o urmărire precisă. Designul cu două roți utilizează o roata paralelă și una perpendiculară (paralel și perpendicular în raport cu axa roții motoare), măsurând mișcarea în axa x și respectiv y. Schimbarea direcției este măsurată cu ajutorul unui giroscop. Designul cu trei roți utilizează două roți paralele și una perpendiculară, măsurând mișcarea x și respectiv y. Cu toate acestea, acest design renunță la giroscop și, în schimb, măsoară direcția prin diferența cu cele două roți paralele. Acest lucru este adesea mai precis în contextul sistemului de control FTC, deoarece IMU BNO055 (utilizat pentru giroscop în designul cu două roți) utilizează I2C, care este mai lent decât restul I/O de pe Hub-ul REV și nu poate fi în bulk read. Aceste două aspecte produc la probleme minuscule de derivă care se pot agrava în timp, conducând astfel la un sistem de localizare mai eronat atunci când se utilizează designul cu două roți.

Cu toate acestea, proiectarea unor roți moarte cu precizie constantă se dovedește a fi o provocare dificilă de proiectare. Este adesea destul de scump. Un set de trei roți moarte va costa minim 100 USD numai pentru encodere, înainte de orice hardware.

Să trecem prin avantajele și dezavantajele fiecărui sistem.

Localizarea encoderuluiului drive:​

Pro:

  • Ieftin (motoarele pe care le utilizați cel mai probabil au deja codificatoare incorporate)
  • Accesibil
  • Este nevoie de foarte puțină configurație

Contra:

  • Localizarea encoderului drive de pe drive-ul mecanum poate fi destul de inexactă din cauza lipsei de tracțiune pe roțile mecanum.
  • Va derapa la accelerație mare pe drive-ul mecanum. Precizia va fi suficient de bună pentru modurile autonome de bază dacă accelerația este limitată.

Poduri de odometrie pe două roți:​

Pro:

  • Mai ieftin decât designul cu 3 roți
  • Precizie destul de bună
  • Nu este necesară reglarea capului

Contra:

  • Supus unei derive mai mari decât designul cu 3 roți

Poduri de odometrie pe trei roți:​

Pro:

  • Urmărire relativ precisă. Precizie mare într-un mod autonom de 30 de secunde

Contra:

  • Destul de scump
  • Necesită multă ajustare

Encodere:​

O mare parte din localizarea efectuată în software se bazează pe citirile de la encodere. Encoderele sunt senzori care urmăresc „numărările” sau “tick-urile”, care sunt valori ce reprezintă un anumit grad de rotație. Diferite encodere ar putea avea un număr diferit de numărări pe rotație (CPR), care este uneori numit și ticks per revolution. Cu cât numărul de repetări este mai mare, cu atât datele sunt mai precise.

Codificatoarele sunt conectate la porturile JST-PH din hub-urile REV. Aceste codificatoare pot fi încorporate în motoare sau externe. Codificatoarele externe vor trebui în continuare conectate la un port encoder, dar nu sunt legate de motorul din acel port. Prin intermediul software-ului, putem folosi obiectul motor pentru a determina poziția encoderului. Acest lucru ar trebui făcut cu motoare care nu folosesc encodere. Dacă utilizați roți moarte, nu veți avea nevoie de porturile encoderului motorului drive, așa că acestea sunt porturi potențiale pe care ați dori să le utilizați.

Dacă alegeți să proiectați roți moarte, există doar două encodere recomandate pe care ar trebui să le utilizați pentru FTC: Encodere REV Through-Bore și Encodere US Digital S4T.

REV Through-Bore​

Adesea prescurtat la „REVcoders” sau „revcoders”, encoderele REV Through-Bore au devenit rapid opțiunea de facto a comunității FTC. Encoderele REV și-au câștigat o astfel de reputație datorită accesibilității relative, fiabilității mult îmbunătățite și ușurinței de utilizare. Designul through-bore se dovedește a fi o îmbunătățire semnificativă față de modelele anterioare de codificatoare pentru discuri optice. Codificatoarele cu disc optic sunt foarte fragile, predispuse la zgârieturi și sunt mult mai puțin tolerante la defectele de proiectare.

Avantaje:

  • Designul through-bore este foarte robust și ușor de proiectat
  • Relativ ieftin
  • CPR ridicat
  • Cablare ușoară

Dezavantaje:

  • Destul de mare în raport cu alte encodere. Poate fi o provocare pentru crearea unui design compact

  • Multe through-boreuri par să întâmpine o rezistență ușoară și inegală la rotire. REV spune că acest lucru este normal și va scădea pe măsură ce encoderul se uzează

    • Pentru a forța uzura unui encoder REV Through-Bore, un arbore hexagonal de 1/2” poate fi rotit pe un burghiu prin encoder timp de câteva minute

  • Puncte de montare ciudate

info

Encoderele Through-Bore au un CPR foarte ridicat (8k). Hub-ul REV transmite viteza într-un număr întreg signed de 16 biți. Aceasta înseamnă că poate comunica doar o valoare maximă de 2^15 (care este 32768). Astfel, este nevoie de doar 4 rotații pe secundă (32k / 8k = 4) pentru ca valoarea vitezei de pe hub-ul REV să înregistreze o depășire a numărului întreg. Aceasta este în primul rând o preocupare atunci când este vorba de profilarea mișcării. Uneltele populare existente (Road Runner și FTCLib) dispun de mecanisme pentru rezolvarea acestei probleme, astfel încât aceasta nu este o preocupare și nu ar trebui să vă influențeze decizia de proiectare. Trebuie doar să țineți cont de acest detaliu atunci când începeți să programați.

U.S. Digital S4T​

Encoderul miniatural pentru axe S4T este o altă opțiune viabilă utilizată în proiectarea roților moarte. Aceste encodere sunt foarte mici și pot reduce semnificativ amprenta proiectului dvs. de roată moartă. Angrenarea acestor encodere este ideală pentru a preveni sarcinile de șoc.

Avantaje:

  • Foarte compact

Dezavantaje:

  • Mai scump (preț aproape dublu)

  • Mai puțin durabil

    • Fire foarte subțiri. Predispuse să se rupă ușor dacă nu sunt fixate corespunzător

  • Necesită în mod ideal un angrenaj extern

Encoderul magnetic SRX​

Encoderul SRX Mag de la Cross The Road Electronics este un encoder magnetic. Nu este utilizat de multe echipe FTC din cauza complexității de utilizare ridicate și a lipsei de documentație axată pe FTC. Acesta este mai popular în FRC®.

Avantaje:

  • Foarte compact

  • Relativ ieftin

Dezavantaje:

  • Necesită asamblare

  • Nu există prea multe informații pentru utilizarea în FTC

U.S. Digital E8T (depreciat)​

Cândva opțiunea de facto pentru majoritatea echipelor FTC, encoderele optice E8T nu mai sunt recomandate, deoarece REV Through-Bores sunt o opțiune superioară la un preț echivalent. Designul discului optic cu găuri deschise al acestor codificatoare se confruntă cu o serie de defecte de proiectare frustrante care le fac foarte fragile și predispuse la rupere. Singurul avantaj pe care îl au în raport cu REV Through-Bores este amprenta lor mai mică.

Design​

Există puține modele de roți moarte cu sursă deschisă. Roțile moarte sunt adesea proiectate în funcție de propria transmisie a unei echipe, iar echipele FTC rareori își fac publice propriile CAD-uri ale roboților.

Iată câteva modele de roți moarte disponibile public:

Tensionarea arcului​

Este foarte recomandat ca designul roții moarte să includă o formă de tensionare a arcului care împinge roata în sol. Acest lucru asigură faptul că roata este întotdeauna în contact cu solul și că are o tracțiune adecvată. Este necesară o forță suficientă pentru a asigura o tracțiune constantă și pentru a preveni alunecarea roților. Rețineți că o forță prea mare poate ridica un drive train ușor de la sol și poate perturba conducerea.

Cea mai populară metodă de întindere a arcului este pivotarea podului în jurul unui punct și furnizarea unei forțe de rotație prin intermediul unui arc sau al unei benzi elastice.

O opțiune mult mai de nișă este aceea de a arca vertical podurile de odometrie. Ideea este că arcuirea în jurul unui pivot va cauza roțile moarte să se deplaseze pe axa paralelă cu solul dacă înălțimea roților moarte față de sol se modifică. Podurile odometrice cu arc vertical nu vor prezenta o astfel de problemă. Totuși, aceasta nu este o problemă cu care se confruntă majoritatea echipelor. Arcuirea verticală este mult mai greu de proiectat bine și nu este recomandată pentru îmbunătățirea relativ minoră a preciziei pe care o produce.