Tutoriels CAO¶
Tutoriel CAO Partie 1 - Châssis en une heure¶
Choisir le châssis¶
Après avoir appris le programme CAD de votre choix, déterminez les exigences nécessaires pour le châssis en fonction du jeu en cours. Les équipes doivent viser l’empattement qui fonctionne le mieux dans la configuration du terrain en question.
Par exemple, dans Relic Recovery (2017-2018), une chaîne cinématique exigeait de la précision non seulement pour saisir les glyphes dans la fosse centrale, mais aussi pour s’aligner contre la cryptobox. Ainsi, les roues mecanum et une large section centrale du robot se sont révélées être un avantage par rapport à une transmission de tank à 6 roues. (Toutefois, il convient de noter qu’avec une pratique suffisante et des pilotes compétents, n’importe quelle base d’entraînement peut être compétitive jusqu’à un certain point).
Après avoir choisi un châssis, déterminez le nombre de moteurs. Gardez à l’esprit que la limite de huit moteurs est une contrainte qu’il ne faut pas ignorer. Une bonne règle générale est d’utiliser quatre moteurs pour la propulsion et quatre moteurs pour les autres mécanismes (par exemple : les systèmes de ramassage, les glissières linéaires, le bras, etc.). Pour la plupart des jeux modernes FTC®, vous avez besoin d’au moins 7 moteurs pour être très compétitif, bien que 8 soit une bonne règle de base.
Conception des plaques du châssis¶
Après avoir appris à utiliser le logiciel de CAO, il est temps de commencer la conception proprement dite. Voici quelques points à prendre en compte avant de commencer :
Type de transmission (mecanum, 6 roues motrices, 8 roues motrices, etc.)
Nombre de moteurs (quatre moteurs recommandés dans la plupart des cas)
Pour rester simple, cet exemple utilise une traction à 4 roues utilisant 4 moteurs. Les roues sélectionnées sont 2 roues Colson pour la traction, et 2 roues omni pour aider à tourner.
Commencez par faire le côté gauche de la base d’entraînement. Après l’avoir terminé, il vous suffira de refléter le côté gauche sur le côté droit, de sorte que vous n’aurez pas à faire chaque côté individuellement. Commencez par une esquisse en 2D avant d’essayer d’extruder et de créer des objets en 3D.
Voici un croquis de la plaque intérieure de la base d’entraînement. Tout doit être représenté sur un croquis en 2D afin de déterminer les trous de montage, ennui, distance centre à centre, etc. Les croquis en 2D sont extrêmement utiles et vivement recommandés dans tout projet. Une fois le croquis réalisé, tout le reste se met en place et devient très simple.
Ensuite, cette esquisse est extrudée dans la première plaque de la transmission. L’épaisseur standard d’une plaque d’aluminium est de 1/8 ». Des plaques plus fines (3/32 ») peuvent également être utilisées, mais la plupart des équipes s’en tiennent généralement à 1/8 ». Extrudez la plaque à cette épaisseur. Vous trouverez ci-dessous le croquis après l’extrusion.
L’étape suivante consistera à fabriquer la plaque extérieure du châssis. Elle est encore plus rapide à réaliser que la plaque intérieure. Pour ce faire, il suffit de créer une nouvelle pièce. Revenez à votre plaque intérieure et commencez un croquis en 2D.
Après avoir commencé la nouvelle esquisse sur la plaque intérieure, appuyez sur « Projeter la géométrie » et cliquez n’importe où sur la pièce. Tous les contours de la pièce doivent être mis en évidence. (Ici, la ligne est jaune ; la vôtre peut être rouge, bleue ou d’une autre couleur.) Cliquez ensuite sur la pièce et faites-la glisser en sélectionnant toutes les lignes à l’écran. Appuyez sur CTRL + C, puis allez sur la nouvelle pièce et appuyez sur Créer un croquis 2D. Appuyez ensuite sur CTRL + V.
Elle devrait ressembler à une copie exacte de la plaque intérieure, mais sous forme de croquis. Supprimez vos supports de moteur au milieu, puis extrudez la plaque extérieure.
Voici à quoi ressemble la plaque extérieure, une copie presque exacte de la plaque intérieure sans les trous pour les moteurs. Maintenant que ces deux plaques sont faites, il ne reste plus qu’à assembler le reste du châssis, ce qui est de loin le plus long. Pour savoir comment attacher les deux plaques ensemble, il est fortement recommandé d’utiliser des standoffs ou des churros. Pour attacher les deux moitiés du châssis, utilisez soit un canal, soit une extrusion, soit un support en U personnalisé. Certaines équipes préfèrent un support personnalisé, car c’est un bon moyen de rigidifier le châssis tout en nécessitant très peu d’entretien au cours de la saison. Il est possible d’utiliser de l’extrusion d’arachide ou des rails en kit, qui fonctionnent tout aussi bien.
Notez que lorsque vous utilisez un châssis personnalisé, vous pouvez découper du matériel sur vos plaques de transmission. Ce processus est appelé pocketing ou mise en poche. Bien qu’il ne s’agisse pas d’une étape essentielle, la mise en poche permet de gagner du poids. Attention toutefois à ne pas enlever trop de matière, sinon les plaques deviendront moins solides. Vous trouverez plus d’informations sur la mise en poche dans la section suivante.
Autres considérations¶
L’entraînement des roues peut se faire de différentes manières, soit par des courroies et des poulies, soit par des chaînes et des pignons, soit par des engrenages, soit encore directement par le moteur. L’entraînement direct et les chaînes sont les options les plus simples. L’entraînement direct ne nécessite pas de distance calculée, il suffit de placer le moteur exactement là où se trouve le centre de la roue. Les chaînes permettent un peu de jeu et n’ont pas besoin d’une distance exacte de centre à centre comme les courroies et les poulies. Enfin, les engrenages doivent être à une certaine distance les uns des autres pour s’engrener correctement et ne pas sauter ou se bloquer.
Le montage des moteurs s’effectue dans le style d’une plaque, en montant le moteur en face de la plaque du châssis la plus intérieure. Il est également possible de monter les moteurs sur une 3e plaque, située entre l’extérieur et l’intérieur. Cela permet au moteur de prendre moins de place au milieu du robot, mais ajoute de la complexité. Les moteurs doivent toujours être aussi bas que possible et le centre de masse doit être placé au milieu ou à l’arrière du robot. Il convient également de garder à l’esprit le type de transmission de puissance et l’opportunité de le faire à la lumière de l’emplacement du moteur.
La garde au sol dépend de la présence ou non d’obstacles sur le terrain, ainsi que de ce que votre équipe veut faire dans ce jeu par rapport à ces obstacles.
Par exemple, dans Rover Ruckus, certaines équipes dotées d’un châssis de type tank ont décidé d’entrer dans le cratère. Elles ont donc laissé suffisamment d’espace pour ne pas s’échouer au sommet du cratère, une erreur fréquente que les équipes inexpérimentées commettent souvent.
D’autres équipes ont décidé de ne pas rouler sur le cratère et de l’atteindre à l’aide d’un bras ou d’un système de glissière, ce qui signifie qu’elles n’avaient pas besoin d’une grande garde au sol pour leur châssis.
En règle générale, un espace de 0,25 pouce à 0,5 pouce (si vous voulez être sûr) sur un terrain complètement plat permet au poids du robot de pousser dans les tuiles en mousse. Rien d’autre du robot ne doit toucher le sol.
Vous pouvez par exemple placer le robot dans le système CAD sur un terrain. Mettez en place des obstacles tels que le cratère et simulez la conduite sur le cratère en le déplaçant comme vous pensez qu’il le ferait dans le monde réel.
Si l’une des plaques croise l’obstacle, augmentez l’espace libre afin de ne pas vous échouer comme une triste baleine.
La règle générale pour la plupart des équipes est que plus la prise est large, plus les chances de récupérer la pièce de jeu sont grandes. Cependant, cela dépend beaucoup du jeu. Si vous devez ramasser un cube de 6 » comme dans Relic Recovery, vous n’aurez pas besoin d’un espace de 14 » pour votre admission.
Cependant, si vous devez attraper une balle comme dans Velocity Vortex, plus le ramasseur est grand, plus vous avez de chances d’attraper les balles. Gardez cela à l’esprit lorsque vous concevez des pods d’entraînement - essayez de les rendre aussi fins que possible sans sacrifier la rigidité et la solidité afin de maximiser l’espace pour les autres mécanismes et le câblage.
La connexion des deux plaques est très simple. Quelques vis de fixation ou des extrusions de churro d’AndyMark sont un moyen relativement facile de les relier avec quelques boulons. Il suffit de faire quelques trous d’1/4 de pouce dans votre croquis à l’endroit où vous voulez que le tube churro soit placé. Décidez de la longueur du churro. N’oublie pas de laisser suffisamment d’espace entre les plaques pour les roues, les poulies, les pignons et les entretoises. Il n’est pas nécessaire d’exagérer le nombre d’entretoises entre les plaques, mais placez-les aux endroits stratégiques où un soutien est nécessaire.
L’illustration ci-dessous montre un module d’entraînement, qui représente la moitié du châssis, y compris les arbres, les roulements, les roues, les moteurs, les courroies, etc. En bref, il contient tout ce qui sera construit dans la réalité. Celui-ci est le côté gauche, mais pour faire le côté droit, créez un plan décalé, sélectionnez l’outil miroir, puis cliquez sur miroir.
Après avoir dupliqué le module d’entraînement pour obtenir le côté opposé, connectez ces deux moitiés ensemble et vous avez terminé le châssis. Vous trouverez ci-dessous un rendu de la chaîne cinématique complète en CAO.
CAD tutoriel 2 - Guide de mise en poche¶
Durée
- Usinage de poche¶
La « poketing » ou mise en poche est un terme courant dans le jargon de FTC et FRC, qui fait référence à la découpe de l’excédent de matière d’une pièce conçue par CAO. La mise en poche permet de réduire le poids et d’augmenter la résistance d’une pièce. Cela peut sembler contre-intuitif (comment enlever de la matière peut-elle renforcer une pièce ?), mais les poches peuvent réduire l’accumulation de contraintes, en particulier dans les angles.
Les poches sont souvent visibles sur les plaques de tôle du châssis qui seront usinées par commande numérique. En FRC, les poches sont souvent utilisées pour réduire le poids des tubes rectangulaires en aluminium.
Il existe plusieurs façons d’usiner des poches dans un matériau : le fraisage, le détourage, la découpe au jet d’eau, la découpe au laser et même le perçage manuel. En fonction de votre accès à l’outillage, l’usinage de poches peut être plus ou moins difficile pour vous.
Le fraisage CNC et le découpage par routeur excellent dans l’usinage de poches sur des profilés tubulaires en aluminium, tandis que le jet d’eau et la découpe au laser excellent dans la réalisation de poches sur des plaques. Qu’il s’agisse de poches sur des tubes ou des plaques, la conception est assez similaire.
Lors de la conception des poches, il est important de tenir compte du type de matériau, de l’épaisseur et de l’intensité des contraintes qui s’exerceront sur la pièce. Les matériaux plus faibles, plus minces ou soumis à des contraintes importantes doivent avoir un emboîtage moins « agressif », tandis que les matériaux plus forts, plus épais ou soumis à des contraintes moindres peuvent avoir un emboîtage plus « agressif ». L’agressivité de la poche fait référence à l’importance de l’enlèvement de matière sur la pièce brute (plus agressif = plus d’enlèvement de matière).
Bien qu’un peu complexe à comprendre, l’analyse par éléments finis (FEA) peut être utilisée pour déterminer l’épaisseur appropriée de la jambe de force lors de l’empochement. L’analyse par éléments finis peut être utilisée pour générer la géométrie des poches, mais il s’agit là d’un tout autre problème.
731 Wannabee Strange, Rover Ruckus, FEA de la plaque intérieure du châssis¶
Concevoir des poches concises et avantageuses est aussi simple que de dessiner des cercles et des lignes tangentes. Les poches paramétriques peuvent être définies par une ou deux valeurs de décalage. Les valeurs de décalage déterminent l’épaisseur du matériau restant.
Paramétrique signifie que l’ensemble de l’esquisse est défini par un paramètre, dans ce cas la valeur de décalage qui, lorsqu’elle est ajustée, ajuste automatiquement l’ensemble de l’esquisse (en termes d’épaisseur du matériau).
Plusieurs références peuvent être dessinées sur chaque plaque/tube, à savoir les trous de vis, les trous de roulement et les coins. Chaque référence aura son propre cercle de construction/esquisse ou deux. Dans l’idéal, tous les cercles de construction ont une taille inférieure à 4 pour que les poches soient cohérentes et simples.
Les premiers sont les cercles de construction des trous de vis dont le rayon est égal au rayon du trou de vis en plus de la valeur de décalage. Viennent ensuite les trous d’appui dont le rayon est égal au rayon du trou d’appui plus la valeur de décalage. Viennent ensuite les bords avec des cercles de construction dont le rayon correspond à une valeur de décalage. Les cercles les plus importants se trouvent à chacun des trous de vis et de palier, qui définissent l’épaisseur de la jambe de force.
Les cercles au centre de chaque vis et de chaque trou d’appui auront le diamètre d’une valeur de décalage. Une fois tous les cercles de construction dessinés, des lignes tangentes peuvent être tracées pour créer la géométrie des poches. L’utilisation de la valeur de décalage paramétrique permet d’ajuster facilement l’épaisseur de la jambe de force en modifiant simplement une ou deux valeurs.
Des lignes tangentes sont tracées entre les cercles sur les bords et d’autres cercles sur les bords, ainsi qu’entre les cercles au centre de chaque roulement et trou de vis. Les cercles avec le rayon du trou de roulement et du trou de vis plus la valeur de décalage permettent de s’assurer qu’il y a suffisamment de matière autour des trous de roulement et de vis. Un exemple est donné ci-dessous.
731 Wannabee Strange, 2019 Summer VCC Cadathon, Plaque de mécanisme extérieur¶
La dernière étape de l’empochement consiste à ajouter des arrondis à chaque coin, en particulier aux coins intérieurs. Les arrondis réduisent l’accumulation de contraintes dans les coins et facilitent l’usinage. Certaines machines, telles que les fraiseuses et les défonceuses, ne sont pas en mesure d’usiner des angles internes serrés. Pour les pièces qui nécessitent une perte de rigidité minimale et beaucoup plus de temps d’usinage, il n’est pas nécessaire de découper les poches jusqu’au bout.
Les découpeurs à jet d’eau et les découpeurs laser ne peuvent découper le matériau que sur toute sa longueur, mais les routeurs et les fraiseuses sont capables de réaliser des poches superficielles. Ces poches ne traversent pas le matériau de part en part et sont beaucoup plus rigides que les poches traversantes.
L’inconvénient est l’augmentation du temps d’usinage. L’augmentation du temps est due à la trajectoire de coupe de l’outil « tondeuse à gazon » par rapport à la simple coupe des bords de la géométrie. L’usinage est également plus difficile, car il faut extraire plus de matière et l’éjection des copeaux devient plus importante.
Exemple d’empochement de surface¶
Si vous n’avez pas accès à des outils de précision, une perceuse à main/une perceuse à colonne et un grand foret/une mèche à fond plat peuvent créer des poches dans le matériau. Bien qu’il s’agisse de la forme de poche la plus simple, il existe un moyen direct d’optimiser la méthode de la perceuse circulaire.
L’objectif principal de l’empochement étant d’enlever autant de matière que possible sans sacrifier de manière significative la stabilité de la structure, les trous doivent être percés dans des positions spécifiques à l’aide d’une mèche de taille appropriée.
La manière la plus efficace de trouver les positions spécifiques et les tailles de mèches est de créer d’abord un dessin de poche comme vous le feriez avec des cercles et des lignes tangentes. Dessinez ensuite des trous tangents aux entretoises créées par les cercles et les lignes tangentes. L’exemple ci-dessous montre que les trous à percer sont orange et qu’ils sont positionnés tangentiellement par rapport aux bords réguliers de la poche.
Exemple de méthode de forage optimale¶
Bien que le résultat puisse sembler désordonné et qu’il prenne plus de temps qu’un simple « trou de fromage », cette méthode permet d’obtenir le meilleur rapport entre la réduction du poids et la perte de rigidité de la structure dans le cadre de la méthode de perçage.
Un conseil très important pour la mise en poche est de le faire en dernier lors de la conception d’une pièce. Les pièces ne doivent pas être conçues autour du modèle de poche, mais la poche doit être conçue autour de la pièce. S’il y a trop de trous dans une pièce, ou si la pièce est trop petite pour être empochée avec une valeur de décalage, cela ne vaut probablement pas la peine de l’empocher.
La mise en poche permet de réduire le poids des pièces, mais l’utilisation de méthodes d’usinage traditionnelles peut prendre beaucoup de temps. En revanche, l’ajout de poches à des pièces destinées à être imprimées en 3D peut, dans certains cas, réduire le temps d’impression ainsi que les matériaux utilisés.
La méthode de mise en poche ci-dessus est la méthode paramétrique la plus simple, mais il existe des méthodes plus complexes. Par exemple, l’image ci-dessous est un exemple d’un modèle de poche complexe à double grille isométrique optimisé pour l’impression 3D de métal.
bras Pivotant de “”731 Wannabee Strange »¶
Lorsque les poches sont conçues autour d’une pièce imprimée en 3D, de nombreuses nouvelles possibilités s’ouvrent en termes de rayon minimal de l’angle intérieur, de résolution et de dimensions. Bien entendu, les pièces imprimées en 3D peuvent être empochées de la même manière que les pièces traditionnelles, avec des résultats similaires.
CAO Tutoriel Partie 3 - Modèle de poulie personnalisé¶
Lors de la conception de méthodes de transmission de puissance, il est utile de disposer d’un générateur de poulie réglable pour réorganiser rapidement la distance C-C (centre à centre) en cas de modification de la conception. En général, les équipes de FTC utilisent le profil de courroie HTD5 en raison de sa denture profonde, qui augmente la résistance au glissement et la capacité de charge. Ce tutoriel se concentre sur le profil HTD5, mais il est relativement facile de l’adapter à d’autres profils.
Pour rendre la poulie entièrement paramétrique (réglable sans avoir à refaire l’esquisse de base), nous utiliserons des équations (dans Solidworks et Creo), des paramètres (Fusion 360 et Inventor) ou des variables (Onshape). Les équations permettent à l’utilisateur d’ajuster rapidement les valeurs et de modifier plusieurs dimensions dans une esquisse ou un élément.
Tout d’abord, définissez une nouvelle variable « n » et fixez une valeur par défaut de 24. Cette étape est cruciale car « n » affectera le nombre de dents, qui définira l’angle entre les dents et le motif circulaire.
Copiez le croquis ci-dessous.
L’équation de 15° se fait en tapant =360/ »n » dans la zone de texte.
Notez que la dimension de 5 mm en haut décrit la longueur de l’arc, ce qui est fait dans Solidworks en sélectionnant d’abord les deux points et l’arc de connexion.
Les deux grands cercles sont tangents aux deux petits cercles, mais les deux petits cercles ne sont pas tangents entre eux.
Laissez cette esquisse comme référence et utilisez « Convertir les entités » pour créer des esquisses pour des caractéristiques supplémentaires.
Ensuite, extrudez le cercle extérieur en gras. Coupez-extrudez le profil de l’esquisse de référence. Réalisez ces fonctions séparément.
Il suffit maintenant de créer un motif circulaire. Définissez la direction 1 comme la face supérieure et créez « n » instances de la fonction de découpe-extrusion.
Il ne reste plus qu’à faire une esquisse sur le plan latéral et à dessiner les brides. C’est à vous de décider, mais je préfère garder le point extérieur vertical à un point percé dans le cercle extérieur. De cette façon, la bride change par rapport à « n ».
