传动结构#

传动结构是指通过设置线缆、皮带或链条来伸展和缩回线缆性延伸器的一种结构设计方式。对于任何使用线缆性延伸器的团队来说，这是一项重要且耗时的要求，因此一定要花足够的时间来完成。

基本传动结构技巧#

在加长杆缩回时绑好加长杆绳，在加长杆处于最大加长状态时绑好缩回绳
用螺栓夹住绳子，而不是把它绑在你的其他架构上，这样可以更容易地快速改变绳子的张力
如果在塑料部件上绑上凯夫拉纤维（由其同名公司研制的一种芳纶纤维——译者注）等磨蚀性材料线缆，可以将线缆绑在垫圈上，以分散滑轮孔中的载荷，而不是直接绑在滑轮孔中。
一般来说，从有滑轮的一侧开始绑，到滑道的末端，然后再反过来，会更容易些。

连续传动结构#

一般建议

连续传动结构需要将一根长长的 延长绳，从一个马达驱动的线轴上拉出，拉到基础平台的顶部，然后拉到第一级平台的底部，再拉到第一级平台的顶部，然后拉到第二级平台的底部，等等。然后，从与延伸线轴处于同一轴线缆上的第二个线轴上引出的 收缩绳 被固定在顶级上。当电机向一个方向旋转时，延长线缆卷轴将延长线缆卷入，使其变短。这样，一级顶端与下一级底端之间的距离就会减小，从而使系统延伸。

备注

最后一级总是先于其他各级伸出和缩回（取决于应用情况不同，这可能带来优势，也可能带来劣势）。

一旦上一级达到极限，紧接着的下一级就会向外伸展，依此类推；这种模式不断重复，直到每一级都完全伸展为止。当电机反向旋转时，缩回绳被卷入，将顶级拉近其起始位置，直到系统回到起始位置。对于缩回绳，通常需要在伸展器后部附近增加一个额外的滑轮。这是因为缩回装置只能缩回到最远点，通常就是线轴。不过，线轴可能不会安装在机器人的最里面，因此需要额外的滑轮。需要注意的是，要想实现这一功能，延长线缆应绕在线轴上，方向与回缩线缆相反。因此，如果延长线缆按顺时针方向缠绕，则缩回线缆必须按逆时针方向缠绕。

以下是在装配连续系统时的一些额外注意事项。

一般来说，连续线轴可由齿轮比相对较低的系统提供动力。
拉伸绳和回缩绳 不需要分开，但如果分开，张紧这个架构会容易得多。
延伸线轴和缩回线轴的直径应相同。
与任何时候使用绳缆和滑轮一样，你需要确保你拉动的绳缆是直的。任何偏差都可能导致绳子从滑轮上脱落。
线轴的宽度和直径应足够大，这样一旦完全缠绕，线缆就不会重叠。这是因为当线缆开始重叠时，会改变线轴的直径，从而导致线缆的张力发生变化。

层叠式传动#

一般建议

层叠式传动结构比连续传动结构复杂一些。与连续式传动结构类似，从线轴开始的延伸线缆被固定在底座的顶部，然后向下延伸至第一级的底部。不过，延伸绳并不是固定在平台顶部，而是锚定在第一级的底部。锚定在底座顶部的第二根延伸线缆被固定在第一级的顶部，并锚定在第二级的底部。这种模式一直持续到所有阶段都安装完毕。

备注

扩展所需的联结数量等于系统中的级数。

当电机朝一个方向旋转时，延伸线轴卷入第一根线缆，减小第一级底座和底部之间的距离。这将推动第二根绳向前，减小第一级顶部和第二级底部之间的距离，依此类推。请注意，与连续索具不同的是， 每个级都同时移动 。第二级相对于底座的移动速度是第一级的 2 倍，第三级是第一级的 3 倍，以此类推。

建造成层叠式的传动系统可以通过三种方式缩回：连续缩回、弹性缩回或逆向层叠式缩回。

回缩选项#

连续回缩#

顾名思义，连续缩回利用倒置的连续索具来缩回滑轨。主要有两种方法：自由浮动回缩 ，即绳子从最后一级直接回到线轴； 滑块附带回缩 ，即绳子以反连续模式运行。一般来说， 滑块附带回缩 应与机器人框架外的延伸部分一起使用，以防止缠绕，而 自由浮动回缩 只能与纯垂直滑块一起使用。

备注

如果连续缩回与级联延伸同时使用，则两个线轴的直径不能相同。如果变量 \(N\) 是系统中的级数，则级联延伸线轴的直径必须比连续缩回线轴小 \(N\) 倍。

警告

如果使用自由浮动缩放， 确保缩放绳始终与滑台平行 。如果线缆错位，就会拉扯滑块，导致平台产生过大的弯曲力。

优点

缩回装置的结构最简单

缺点

如果自由漂浮，可能会缠结在一起
如果与层叠式缩回装置一起使用，则需要不同尺寸的线轴

弹性回缩#

一种常见的缩回方法是在最后一级上连接一段弹性材料（通常是手术用管），而不是使用缩回线轴。伸展时，松紧带对最后一级施加的力被电机抵消。不过，在缩回时，马达会将最后一个滑块卷回。虽然这是许多套件幻灯片手册推荐的缩回方法，但并不推荐使用这种方法。

优点

只有一根线缆需要张紧，而不是多根，因此张紧更简单。
松紧带会自动拉紧延长线缆。

缺点

由于弹性体在任何时候都会对滑块施加一个力，这个力与马达在拉伸滑块时施加的力相反。因此，弹性回缩会大大降低伸出速度。
松紧带不会始终施加恒定的力。它所施加的力与滑块的伸出量成正比，因此缩回时可能不像其他索具方法那样平稳可控。
使用弹性回缩时，很容易松开加长卷轴。

层叠式回缩#

级联式回缩只需简单地安装另一套级联线缆，在啮合时即可缩回系统（见下图）。

备注

如果级联缩回与连续拉伸同时使用，则两个线轴的直径不能相同。如果变量 \(N\) 是系统中的级数，则连续拉伸线轴的直径必须比级联缩回线轴大 \(N\) 倍。

优点

非常节省空间
所有阶段同时以相同速度缩回

缺点

需要更多线缆（需要张紧的线缆更少，可能松动的线缆更少）。
如果与层叠式延长线一起使用，则需要不同尺寸的线轴

其他需考虑因素：

如果系统只有一个阶，则级联索具 与连续索具 相同。
与连续式索具不同的是，层叠系统每增加一级，保持相同延伸速度所需的齿轮比就会增加。例如，如果在齿轮比为 3:1 的一级级联移位机上增加两级，则齿轮比必须增加 \(\frac{2+1}{1}\) 的系数才能保持相同的速度，即齿轮比变为 9:1。
层叠索具的一个缺点是必须保持每根线缆的张力。连续式索具虽然也是如此，但需要跟踪的线缆更多，因为必须保持所有线缆的张力。
与任何时候使用绳缆和滑轮一样，你需要确保你拉动的绳缆是直的。任何偏差都可能导致绳子从滑轮上脱落。

皮带驱动滑轨#

除传统的线缆索具外，皮带驱动滑轨也越来越受欢迎。这种方式可以使用连续结构，也可以使用层叠结构。

与线缆相比的优点#

与线缆不同，滑轨上使用的皮带无需张紧。正如线缆性运动部分所讨论的，为了让线缆驱动的滑轨保持高效，必须保持线缆的张力。随着时间的推移，线缆自然会松弛，因此你要么需要一个能提供额外张力的装置（弹簧），要么需要手动拉紧线缆，这可能会有点繁琐（尤其是在级联索具上）。

然而，皮带却没有这个问题。它们往往不会随着时间的推移而拉伸，这意味着很少需要复杂的外部张紧器。皮带也是一对一自动循环的，这意味着在拉伸侧每拉进一英寸，就会在缩回侧拉出一英寸，反之亦然。虽然这看起来不是什么大问题，但如果绳子在线轴上缠绕，并在任何一点上重叠，线轴的直径就会发生变化，从而使两个线轴不同步。

与线缆相比的缺点#

皮带驱动滑轨的主要缺点是占用空间大。简而言之，皮带轮比 REV 出售的厚度为 4 毫米、直径为 12 毫米的皮带轮轴承占用的空间要大得多。使用皮带驱动滑轨时，滑轮的厚度至少是皮带驱动滑轨的两倍，直径也大得多，这意味着每个阶段都必须加厚。

7236 的 Rover Ruckus 机器人的皮带传动装置 — 7236 Recharged Green，Rover Ruckus，连续钻机#

11190 队伍在Relic Recovery任务中机器人的皮带传动装置 — 11190 Mechadojos，Relic Recovery，连续带式钻机#

5064 的级联皮带传动装置图 — 5064 光圈科学漫游车 Ruckus 级联皮带驱动概念验证图#

5064 队伍级联皮带传动装置 — 5064 光圈科学漫游车 Ruckus 级联皮带驱动最终版#

皮带或链条驱动升降机#

皮带和链条升降机在 FRC® 中几乎无处不在，似乎一直存在。其基本前提是在升降器的顶部和底部安装链轮或滑轮，将其固定在机器人上部结构上。然后，用硬螺栓将皮带或链条固定在靠近底部链轮或滑轮的升降器上。当链条或皮带被驱动时，升降器将上下移动。升降器可以采用多级设计，但其动力装置将更为复杂。

7236 队伍设计的皮带传动升降机 — 7236 Recharged Green, Rover Ruckus#

拉伸器#

张紧线缆是 FTC 结构组人员最辛苦的工作之一。确保两组滑轨张力均匀是一项艰巨而恼人的工作。不过，在线缆上安装张紧器可以帮助解决张力不均的问题，并确保两边的滑轨一起运行。最常见的张力器是一个弹簧，可以在五金店买到。一般来说，它会被放置在线缆的末端，靠近从机器人中心向外延伸最远的部分。这样，当线轴伸出机械臂时，线缆绳就会伸展开来，保持张力，从而避免线缆绳从线缆性滑轨延伸部分的滑轮上脱落。

另一种张紧器是弹簧滑轮。由于滑轮是弹簧加载的，因此它可以承受绳子的松弛。另外，也可以将滑轮安装在一块铝型材上，然后滑动滑轮使绳子绷紧。

在基于线缆性滑轨的线缆中强烈推荐使用拉伸器有两个主要原因，第一个也是通常更重要的一个原因是，线缆的核心是一系列多边形，随着滑轨的延伸，多边形的有效尺寸也会发生变化。这意味着，当滑轨完全伸展时，与半伸展时相比，可能需要更多或更少的线缆。或部分伸展时。每组轴承的距离越近，对线缆张力的影响就越小。

另一个（但影响较小）需要注意的问题是，线轴的尺寸会随着线缆绳从线轴上添加/移除而发生变化。如果线轴半径增大，延伸的速度也会增大，而与速度相反的扭矩会减小。因此，张力也会发生变化。因此，在所有使用线缆绳的线缆性延伸设计中，都会存在一定的松弛。

注意

强烈建议参赛队为每套线性滑块至少配备一个弹簧拉伸器。

13075 线缆性滑轨线缆张紧器的图像 — 13075 Coram Deo Robotics、Rover Ruckus、线缆张紧器#

选择合适的线轴尺寸#

线轴有一个不常被讨论的特殊属性，但在创建线性滑轨系统时却非常有用。正如系统的速度和扭矩可以通过改变齿轮比来改变一样，速度和扭矩也可以通过改变线轴尺寸来改变。电机以恒定的角速度旋转线轴。因此，平移速度（滑动速度）与转轴半径成正比，由于扭矩与速度成反比，因此改变转轴尺寸也会改变扭矩。

认识到这一点很重要，因为要获得所需的速度和扭矩组合，改变线轴尺寸往往比改变齿轮比更方便。例如，你有一个齿轮比为 3.7:1 的线性延伸系统。然后，你认为 5:1 的齿轮比比目前 3.7:1 的齿轮比更能提供理想的速度和扭矩组合。

在许多情况下，与其更换齿轮箱，不如将转轴更换为更小的转轴。如果目前的线轴是 2 英寸，那么新的线轴尺寸应该是 \(\frac{2*3.7}{5}\) 英寸，这样才能达到相同的效果。

你还需要确保线缆或线缆完全缠绕在线轴上时不会重叠。重叠会导致线轴直径发生变化，从而改变线缆的张力。

电缆管理#

向外延伸时，电线管理变得越来越重要。显然，必须使用比延伸长度稍长的电线。不过，我们不建议在没有保护措施的情况下使用这些电线，因为与有保护措施的电线相比，它们更容易缠绕或卡住滑轨。

一般来说，参赛队应确保电线永远不会伸出机器人的结构部分之外，因为它们可能会被其他机器人或游戏部件卡住。为此，可以使用扎线带或尼龙搭扣带，或使用丙烯酸板将电线固定在内部。

不过，对于线性延长线，还需要其他形式的线缆管理。推荐的两种电缆管理方式是电缆支架和可伸缩卷线。有关详细信息，请参阅电元件与线缆部分。

电缆架/拖链#

电缆架是工业领域的标准电线管理方法，是一种中心中空的塑料链节。电缆放置在链条内，使系统可以无限延伸。链节有一定的硬度，但又有一定的柔韧性，使电缆链在缩回时可以弯曲，在伸出时可以拉直。它们通常具有足够的硬度，在缩回时不会过度下垂。

下面是一些有关各种拖链产品的链接：

优点

难以缠绕/钩住其他物体或机器人
坚固耐用
很好地保护电线

缺点

外形尺寸大，占用空间大
如果需要额外扩展，需要添加连接器
可能会偏重，尤其是拖链较长时

7236 队伍的 Rover Ruckus 机器人，电缆架清晰可见 — 7236 Recharged Green，Rover Ruckus：水平滑道左侧和垂直滑道右侧的电缆支架#

可伸缩线圈#

虽然线圈在工业中并不常见，但仍然非常普遍（线圈线几乎是老式电话中无处不在的主要部件）。伸缩式线圈电线比电缆载体更灵活，伸展时可以拉伸。

优点

非常节省空间
灵活，通常可延伸至所需的任何长度（与电缆支架不同，无需添加新链路）

缺点

由于硬度低于拖链，因此更容易缠结

自动伸缩支架#

虽然这种技术并不常见，但可自动伸缩支架可以帮助管理外部连接件上的接线。这些都是常见的物品；这里有一个来自亚马逊的购买链接。。

这实际上只适用于垂直或接近垂直的滑动，因为缆线仍会有一些下垂，如果延伸到机器人框架之外，就很容易缠绕在一起。

要将自动伸缩式证章套安装到电线缆上，可将证章套的硬塑料部分安装到滑梯底座上，然后将证章套的线缆末端安装到电线缆上。电线缆应硬性安装（使用拉链或团队使用的其他工具）到缩回滑轨的顶部，并留有足够的松弛空间。为了达到最佳效果，当滑梯缩回时，证章套应几乎完全缩回（留出一两厘米的松弛空间）。

优点

极其简单，易于实施
灵活，通常可延伸至所需的任何长度（与电缆支架不同，无需添加新链路）

缺点

与线圈类似，自动伸缩式线缆管理绳更容易缠绕在一起，因为它没有拖链那么硬
在没有大量工程设计的情况下，对长滑道（超过2级）效果不佳