Ancorare#

Prin „ancorare” se înțelege modul în care o sfoară, o curea sau un lanț este configurat pentru a extinde și retrage o extensie liniară. Aceasta este o cerință importantă și consumatoare de timp pentru orice echipă care utilizează extensia liniară, așa că asigurați-vă că îi acordați timpul necesar.

Sfaturi Generare de Ancorare#

Montați coarda de extensie atunci când extensia este retrasă, iar coarda de retragere atunci când extensia este la extensie maximă.
Prinderea unei sfori cu un șurub în loc de legarea ei în jurul a ceva face mult mai ușoară schimbarea rapidă a tensiunii unei sfori.
Dacă legați o sfoară din material abraziv, cum ar fi kevlarul, în jurul unei piese din plastic, puteți lega sfoara în jurul unei șaibe pentru a distribui sarcinile pe gaura din scripete, în loc să o legați direct într-o gaură din scripete.
În general, este mai ușor să începeți din partea cu scripetele și să mergeți la capătul glisierelor decât invers.

Ancorare continuuă#

Recomandat în general

Ancorarea continuă presupune echiparea unui corzi de extensie lungi, care provine de la o bobină cu motor, până la partea superioară a nivelului de bază, apoi până la partea inferioară a primului etaj, apoi până la partea superioară a primului etaj, apoi până la partea inferioară a celui de-al doilea etaj, etc. O coardă de retragere, care provine de la o a doua bobină pe aceeași axă ca și bobina de extensie, este apoi ancorat la etajul superior. Atunci când motorul se rotește într-o direcție, bobina de extensie înfășoară șirul de extensie, astfel încât acesta devine mai scurt. În acest fel, distanța dintre partea superioară a unui etaj și partea inferioară a etajului următor scade, ceea ce determină extinderea sistemului.

Notă

Ultima etapă se extinde și se retrage mereu înaintea celorlalte etape ( acesta poate fi fie un avantaj fie un dezavantaj, în functie de aplicatie)

Odată ce ultima etapă își atinge limita, penultima etapă se extinde către exterior, și așa mai departe; modelul se repetă până când fiecare etapă este extinsă în întregime. Când motorul se învârte în direcția opusă, coarda de retragere este înfășurată, trăgând etajul superior mai aproape de poziția de început, până când se întoarce de unde a pornit. Pentru cordajul de retragere, este uneor necesar să adăugați un extra scripete lângă partea din spate a extensiei. Acest lucru se datorează faptului că retracția se va retrage până la cel mai îndepărtat punct, care este în general bobina. Cu toate acestea, bobina nu poate fi montată chiar în partea din spate a robotului, astfel este necesar un scripete în plus. Rețineți că, pentru ca acest lucru să funcționeze, coarda de extensie trebuie să fie înfășurată în jurul bobinei în direcția opusă celei de retragere. Astfel, dacă extensia este înfășurată în sensul acelor de ceasornic, retragerea trebuie să fie înfășurată în sensul opus acelor de ceasornic.

Iată câteva considerații suplimentare atunci când montați un sistem continuu.

Ca o regulă generală, bobinele continue pot fi acționate de un sistem cu un raport relativ mic.
Coarda de extensie și coarda de retragere nu au nevoie de extensii separate, dar este mult mai ușor să tensionați sistemul în cazul în care acestea sunt separate.
Bobina de extensie și bobina de retragere ar trebui să aibă același diametru.
Trebuie să vă asigurați, că de fiecare dată când lucrati cu sfori și scripeți, că trageți sfoara drept. Orice nealiniere poate duce la desprinderea sforii de pe scripete.
Lățimea și diametrul bobinei ar trebui să fie suficient de mari pentru ca, odată ce este complet înfășurată, sfoara să nu se suprapună niciodată. Motivul este că, atunci când sfoara începe să se suprapună, se poate modifica diametrul bobinei, ceea ce face ca tensiunea din coardă să se schimbe.

O diagramă de ancorare continuă — Diagramă de ancorare continuă#

Ancorare în cascadă#

Recomandat în general

Ancorarea în cascadă este un pic mai complicată decât cea continuă. La fel ca și în cazul cablurilor continue, o sfoară de extensie care pornește de la o bobină este fixat în partea superioară a bazei, coborând până la partea inferioară a primei etape. Cu toate acestea, în loc să fie fixată în partea superioară a etapei, sfoara de prelungire este ancorată la partea inferioară a primei etape. O a doua sfoară de prelungire, ancorată în partea superioară a bazei, este fixată în partea superioară a primului etaj și ancorată în partea inferioară a celui de-al doilea etaj. Modelul continuă până când toate etapele au fost ancorate.

Notă

Numărul de sfori necesare pentru extindere este egal cu numărul de etaje din sistem.

Atunci când motorul se rotește într-o direcție, bobina de extensie înfășoară prima sfoară, micșorând distanța dintre bază și partea inferioară a primului etaj. Acest lucru împinge a doua sfoară înainte, reducând distanța dintre partea superioară a primului nivel și partea inferioară a celui de-al doilea nivel, și așa mai departe. Rețineți că, spre deosebire de rigging-ul continuu, toate etapele se mișcă în același timp. A doua treaptă se mișcă de 2 ori mai repede decât prima treaptă în raport cu baza, a treia de 3 ori mai repede, și așa mai departe.

Un sistem în cascadă poate fi retractat în trei moduri: folosind retracție continuă, elastică, sau în cascadă inversă.

O schemă de legare în cascadă — Schemă legare în cascadă#

Opțiuni de retracție#

Retragere continuă#

După cum sugerează și numele, retracția continuă utilizează un sistem continuu inversat pentru a retrage glisierele. Există două metode principale de a face acest lucru: retragere cu flotare liberă, în care un șir este parcurs de la ultima treaptă direct înapoi la bobină, și retragere cu glisiere, în care șirul este parcurs într-un model continuu invers. În general, cu retracție cu alunecare trebuie utilizată cu extensii care ies în afara cadrului robotului pentru a preveni încâlcirea, iar retracția cu flotare liberă trebuie utilizată numai cu alunecări pur verticale.

Notă

În cazul în care se utilizează retracția continuă cu extensia în cascadă, cele două bobine nu pot avea același diametru. Dacă variabila \(N\) este numărul de nivele din sistem, diametrul bobinei de extensie în cascadă trebuie să fie \(N\) de două ori mai mic decât cel al bobinei de retracție continuă.

O diagramă de retragere continuă — Retragere continuă#

Atenționare

În cazul în care se utilizează retracția flotantă liberă, asigurați-vă că sfoara de retracție este întotdeauna paralelă cu glisierele. Dacă șnurul nu este aliniat, acesta poate trage de glisieră și poate cauza forțe de îndoire excesive asupra nivelelor.

Avantaje:

Cea mai simplă schemă de retragere

Dezavantaje:

Poate deveni încurcat dacă plutește liber
Necesită bobine de dimensiuni diferite dacă se utilizează cu retracție în cascadă

Retragere elastică#

În loc să se retragă cu ajutorul unei bobine de retragere, o modalitate obișnuită de retragere este de a atașa o bucată de elastic (de obicei tub chirurgical) la ultima etapă. Elasticul aplică o forță asupra ultimului nivel care este contracarată de către motor atunci când se extinde. Cu toate acestea, atunci când se retrage, motorul înfășoară înapoi ultima cursă. Deși aceasta este metoda de retragere recomandată de multe manuale de kituri de glisiere, această metodă nu este recomandată.

Avantaje:

Există doar o singură sfoară de tensionat, în loc de mai multe, astfel încât tensionarea este mai simplă.
Elasticul tensionează automat sfoara de extensie.

Dezavantaje:

Deoarece elasticul aplică în permanență o forță asupra glisierei, această forță se opune forței aplicate de motor atunci când glisierele se extind. Din acest motiv, retragerea elastică scade considerabil viteza de extensie.
Elasticul nu aplică o forță constantă în orice moment. Acesta aplică o forță proporțională cu cantitatea de extensie a glisierei, astfel încât retragerea poate să nu fie lină și controlată, ca în cazul altor metode de legare.
Este foarte ușor să derulați bobina de extensie atunci când folosiți retragerea elastică.

Retragere în Cascadă#

Retragerea în cascadă presupune pur și simplu montarea unui alt set de sfori în cascadă care poate retrage sistemul atunci când este angrenat (a se vedea imaginea de mai jos).

Notă

În cazul în care se utilizează retracția în cascadă cu extensia continuă, cele două bobine nu pot avea același diametru. În cazul în care variabila \(N\) este numărul de etaje din sistem, diametrul bobinei de extensie continuă trebuie să fie \(N\) de două ori mai mare decât cel al bobinei de retracție în cascadă.

Avantaje:

Foarte eficient din punct de vedere al spațiului
Toate etapele se retrag la aceeași viteză și în același timp

Dezavantaje:

Necesită mai multe corzi (mai puține corzi de tensionat, mai puține corzi care se pot slăbi)
Necesită bobine de dimensiuni diferite dacă se utilizează cu extensia în cascadă

O diagramă de retragere în cascadă — Retracția în cascadă#

Considerații suplimentare:

În cazul în care sistemul are doar o singură etapă, legarea în cascadă este identică cu legarea continuă.
Spre deosebire de un montaj continuu, de fiecare dată când se adaugă o nouă etapă la un sistem în cascadă, raportul de transmisie necesar pentru a menține aceeași viteză de extensie crește. De exemplu, dacă se adaugă 2 nivele la un sistem de ridicare în cascadă cu 1 etaj care este angrenat la un raport de 3:1, raportul trebuie să crească cu un factor de \(\frac{2+1}{1}\) pentru a menține aceeași viteză, schimbând raportul la 9:1.
Un dezavantaj al montajului în cascadă este că fiecare sfoară trebuie să fie ținută tensionată. Acest lucru este valabil și în cazul montajului continuu, dar aveți mult mai multe corzi de urmărit, deoarece tensiunea trebuie menținută pe toate.
Trebuie să vă asigurați, că de fiecare dată când lucrati cu sfori și scripeți, că trageți sfoara drept. Orice nealiniere poate duce la desprinderea sforii de pe scripete.

Glisiere acționate cu curea#

O alternativă din ce în ce mai populară la montajele tradiționale pe bază de sfori este reprezentată de glisierele acționate cu curele. Acest lucru se poate face în mod continuu sau prin intermediul unui montaj în cascadă.

Avantaje față de sfoară#

Spre deosebire de sfori, curelele utilizate pe glisiere nu trebuie niciodată tensionate. După cum s-a discutat în secțiunea privind mișcarea liniară, pentru ca glisierele acționate de șiruri să rămână eficiente, trebuie menținută tensiunea acestora. În mod natural, coarda se slăbește în timp, așa că aveți nevoie fie de un mecanism care să asigure o tensiune suplimentară (un resort), fie să strângeți manual coarda, ceea ce poate deveni puțin plictisitor (în special pentru montajul în cascadă).

However, belts do not have this issue. They tend not to stretch over time, meaning complex external tensioners are rarely needed. Belts are also on an automatic one to one loop, meaning that for every inch you pull in on the extension side, you always feed back out that inch on the retraction side, and vise versa. While this might not seem like a big deal, if a string winds itself up on a spool and overlaps at any point, the diameter of the spool changes, making the two spools out of sync.

Disadvantages over string#

The main disadvantage of belt-driven slides is the amount of space they take up. Simply put, belt pulleys take up much more room than the 4mm thick, 12mm diameter pulley bearings REV sells. When using belt-driven slides, pulleys are at least double that thickness and have a considerably larger diameter, meaning each stage must be thicker.

7236's Rover Ruckus' robot's belt rigging — 7236 Recharged Green, Rover Ruckus, **continuous** rig#

11190's Relic Recovery robot's belt rigging — 11190 Mechadojos, Relic Recovery, continuous belt rig#

5064's cascading belt rigging diagram — 5064 Aperture Science Rover Ruckus **cascade** belt-driven proof of concept drawing#

5064's cascading belt rigging — 5064 Aperture Science Rover Ruckus **cascade** belt-driven final version#

Belt or chain driven elevators#

Almost ubiquitous in FRC®, belt and chain elevators have existed seemingly forever. The basic premise is to have sprockets or pulleys mounted at the top and bottom of the elevator to the robot superstructure. Then, the belt or chain is hard bolted to the elevator near the bottom sprocket or pulley. When the chain or belt is driven, the elevator will move up and down. It is possible for elevators to have multi stage designs, but powering them will be more complex.

7236's belt driven elevator — 7236 Recharged Green, Rover Ruckus#

Tensioners#

Tensioning string is one of the most painstaking tasks for a builder in FTC. Ensuring that both sets of slides are tensioned evenly can be an arduous and annoying job. However, adding tensioners to your strings can help solve the uneven tension and ensure that both sides of slides run together. The most common type of tensioner is a spring that can be purchased at a hardware store. It generally will be placed at the end of the string run, near the part that extends farthest out from the robot’s center. By doing so, the string will stretch out when the spool extends the arm, keeping tension so that the string does not detach from the pulleys in the linear slide extension.

Another form of tensioner can be a spring-loaded pulley. Since the pulley is spring-loaded, it will take up the slack in the string. Alternatively, it is possible to mount a pulley on a piece of extrusion, and slide it so the string is taut.

There are two main reasons that tensioners are highly recommended in string based linear slides, the first and oftentimes more important one, is that at its core, a run of string is a series of polygons, and as the slide extends the effective size of that polygon changes. Meaning that when fully extended, your slide may require more or less string compared to when halfway extended. Or partially extended. The closer each set of bearings are, the less this impracts string tension.

Another (but less impactful) thing to keep in mind that spool size changes as string is added/removed from the spool. If the spool radius increases, the speed of the extension will also increase, and torque, which opposes speed, will decrease. Consequently, tension will change as well. Therefore, a bit of slack is inherent in all linear extension designs using string.

Atenție

It is highly encouraged that teams have at least one spring tensioner per linear slide set.

An image of 13075 linear slide's string tensioner — 13075 Coram Deo Robotics, Rover Ruckus, string tensioner#

Picking the right spool size#

Spools have a special property that isn’t often discussed, but is extremely useful when creating linear slide systems. Just as the system’s speed and torque can be changed by changing its gear ratio, speed and torque can also be changed by changing the spool size. The motor rotates the spool at a constant angular speed. Thus, the translational speed (the speed of the slide) is proportional to the radius of the spool, and since torque is inversely proportional to speed, changing the spool size changes torque as well.

This is important to recognize, as changing spool size is often more convenient than changing gear ratio to get the desired combination of speed and torque. To illustrate this, say you have a linear extension system with a 3.7:1 gear ratio. You then decide that a 5:1 gear ratio would provide a more desirable combination of speed and torque than your current 3.7:1 ratio.

In many cases, instead of swapping gearboxes, it makes more sense to swap out spools to a smaller one. If your spool is currently 2 inches, your new size should be \(\frac{2*3.7}{5}\) inches to achieve the same result.

You also need to make sure that when fully wrapped on the spool, your cable or string doesn’t overlap. Overlapping can result in a change in spool diameter, which will change the tension in your string.

Cable management#

When extending outwards, wire management becomes increasingly important. Obviously, it is a necessity to use wires slightly longer than the extension length. However, it is not recommended that these wires are left unprotected, as they can get tangled or caught in the slides much more easily than with protection.

In general, teams should ensure that wires never protrude outside the structural parts of the robot, because they can get caught on other robots or game pieces. This can be accomplished by cable ties or Velcro ties, or by using acrylic plate to keep wires inside.

However, for linear extensions, other forms of cable management are needed. The two types of cable management recommended are cable carrier and retractable coil cord. Refer to the Electronics and Wiring section for more information.

Cable Carrier/Drag Chain#

Cable carrier, the standard wire management method within industry, is plastic chain links with a hollow center. Cables are placed inside the chain, allowing the system to extend indefinitely. The links are somewhat stiff yet flexible, allowing cable chain to bend when the extension is retracted and straighten when extended. They typically are stiff enough not to sag excessively when retracted.

Here are some links to various drag chain products:

Avantaje:

Difficult to get tangled/hooked onto other objects or robots
Sturdy and durable
Protects wires very well

Dezavantaje:

Large form factor, takes up a lot of space
Links need to be added if additional extension is needed
Can be on the heavy side, especially with a long length of drag chain

7236's Rover Ruckus robot with cable carriers visible — 7236 Recharged Green, Rover Ruckus: Cable carrier on the left side of their horizontal slides and the right side of vertical slides#

Retractable Coil Cord#

While not common within industry, coil cords are still very common (coil cord is a nearly ubiquitous staple of older telephones). Retractable coil cord is more flexible than cable carriers, stretching when extended.

Avantaje:

Foarte eficient din punct de vedere al spațiului
Flexible and can usually extend to any length needed (unlike cable carriers, no new links ever need to be added)

Dezavantaje:

Can get tangled more easily, as it is less stiff than drag chain

Self-retracting Badge Holder#

While an uncommon technique, a self-retracting ID Badge holder can help manage wiring on an extension. These are common items; here is one from Amazon.

This really only works for vertical or near-vertical slides, as there is still some sag in the cable which can easily get entangled if it extends outside of the robot frame.

To rig a self-retracting badge holder to a wire, mount the hard plastic part of the badge holder to the base of the slides, and mount end of the holder’s string to the wire. The wires should be hard-mounted (using zip ties or whatever your team uses) towards the top of the retracted slide with plenty of slack. For best results, the badge holder should be almost completely retracted (leave a centimeter or two to allow for some slack) when the slide is retracted.

Avantaje:

Extremely simple and easy to implement
Flexible and can usually extend to any length needed (unlike cable carriers, no new links ever need to be added)

Dezavantaje:

Similar to a coil, self-retracting cable management strings can get tangled more easily, as it is less stiff than drag chain
Does not work well on long slides (over 2 stages) without substantial engineering work