CAD教程#
CAD教程第1部分-一小时内的传动系统#
选择传动系统#
在学习了你选择的计算机辅助设计 CAD 程序后，根据当前游戏确定动力传动系统的必要要求。团队应该寻找在特定领域布局中效果最好的轴距。
例如，在 Relic Recovery（2017-2018）中，动力传动系统不仅需要精确地从中心坑抓取字形，还需要与密码盒对齐。因此，mecanum车轮和机器人的宽中心部分被证明是6轮坦克驱动的优势。（然而，应该注意的是，只要有足够的练习和称职的司机，任何驱动基础都可以在一定程度上具有竞争力）。
选择驱动基座后，确定电机数量。请记住，八个电机的限制是一个不容忽视的问题。一个好的经验法则是四个电机用于驱动，四个电机用于其他机构（如吸入拾取装置、线性滑轨、机械臂等）。对于大多数现代 FTC® 比赛来说，你至少需要 7 个电机才能具有较强的竞争力，尽管 8 个电机也是一个好的经验法则。
设计传动系统板#
学习CAD软件后，是时候开始实际设计了。在开始之前需要弄清楚一些事情：
驱动类型（mecanum、6wd、8wd等）
电机数量（大多数情况下建议使用四台电机）
为了简单起见，本例使用四个电机的四轮油箱驱动。选择的车轮是2个用于牵引的科尔森车轮和2个用于辅助转向的全向车轮。
首先，制作驾驶座的左侧。完成后，你所要做的就是将左侧镜像到右侧，这样你就不必单独做每一侧。在尝试挤压和制作实际的3D对象之前，先从所有东西的2D草图开始。
是驱动底座内板的草图。一切都应该在2D草图中进行布局，以确定安装孔、孔、中心到中心的距离等。 bore, center-to-center distance 2D草图非常有帮助，在任何项目中都强烈推荐。草图完成后，其他一切都就位了，变得非常简单。
在此之后，将草图拉伸为传动系统的第一个板。通常，铝板的标准厚度为1/8英寸。也可以使用更薄的板（3/32英寸），但通常大多数团队坚持1/8英寸。将板拉伸到该厚度。下面是拉伸后的草图。
下一步将是为驱动底座制作外板。它比内部更快。为此，只需创建一个新零件。回到你的内板并开始2D草图。
在内板上开始新草图后，点击“项目几何”，只需单击零件上的任何位置。它应该突出显示零件的每个轮廓。（此处显示的是一条黄线；你的可能是红色、蓝色或其他颜色。）现在单击并拖动零件，选择屏幕上的每一行。现在点击CTRL+C，然后转到新零件并点击创建2D草图。下一步点击CTRL+V。
它应该看起来像内板的精确副本，但现在作为草图。从中间删除电机口，然后拉伸出外板。
这是外板的样子，几乎完全复制了内板，没有电机孔。现在制作了这两块板，现在真的只是组装动力传动系统其余部分的时间，这是迄今为止最耗时的。现在，关于如何将两块板连接在一起的一些信息，强烈推荐使用支架或梁柱。要连接两部分的动力传动系统，请使用管道、拉伸或定制的u型支架。一些团队更喜欢定制支架，因为这是一种加强动力传动系统的好方法，同时在整个季节几乎不需要维护。可以使用花生梁或套件管道，这也同样有效。
请注意，当使用自定义动力传动系统时，你可以从动力传动系统板上切割材料。这个过程称为装袋。虽然装袋不是重要的一步，但它可以帮助你减轻重量。但是，注意不要移除太多材料；如果这样做，板会变得不那么坚固。更多关于装袋的信息在下一节中。
其他考虑因素#
为车轮提供动力可以通过皮带和皮带轮、链条和链轮、齿轮，甚至直接由电机提供动力来实现。直接驱动和链条是更简单的选择，直接驱动根本不需要计算距离，只需将电机精确设置在车轮中心的位置。链条允许一点松弛，而不需要像皮带和皮带轮那样在包裹中精确的中心到中心的距离。最后，需要彼此相距一定距离的齿轮才能正确啮合，而不是跳跃或捆绑。
安装电机是通过将电机正面安装到最内侧的传动系统板上来完成的。也可以通过将电机安装到位于内外之间的第三个板上来完成。这允许电机在机器人中间占用更少的空间，但增加了复杂性。电机应该总是尽可能低，并且取决于你想要的质心位置，无论是机器人的中间还是后面。还值得记住的是动力传输的类型以及根据电机位置这样做的便利性。
场地净空完全取决于场地上是否有任何障碍物，以及你的球队在比赛中想要做什么来处理这些障碍物。
例如，在Rover Ruckus中，一些配备坦克传动系统的团队决定进入火山口。因此，他们留出了足够的空间，以免自己在火山口顶部搁浅，这是缺乏经验的团队经常犯的常见错误。
其他车队决定忽略开车越过火山口，并决定使用机械臂或滑轨系统伸出手来，这意味着他们的驾驶基础不需要太多的离地间隙。
通常，在完全平坦的场地上，从0.25英寸到0.5英寸（如果你想安全的话）的间隙将允许机器人的重量推入泡沫瓷砖。机器人的其他任何东西都不应接触地面。
你可以做的事情是将CAD中的机器人设置到一个地面上。设置陨石坑等障碍物，并通过像你在现实世界中想象的那样移动它来模拟在陨石坑上行驶。
如果任何一个板块与障碍物相交，增加一些间隙，这样你就不会像悲伤的鲸鱼一样搁浅。
大多数团队的一般经验法则是摄入量越大，获得游戏碎片的机会就越大。然而，这是超级游戏依赖的。如果你需要像遗迹恢复中那样拿起一个6英寸的立方体，那么你就不需要14英寸的空间来摄入。
然而，如果你需要像在速度涡流中那样捡起一个球，吸入拾取装置越大，你就有更好的机会抓住球。在设计驱动吊舱时请记住这一点——尽量保持它们薄，而不牺牲刚性和强度，以最大限度地增加其他机构和布线的空间。
将两个板连接在一起非常简单。AndyMark的一些支架或油条铝型材是一种相对简单的方法，可以用几个螺丝将它们连接在一起。只需在你的草图中做几个1/4英寸的孔。你想让油条管在哪里。决定油条需要多长时间。记住在板之间留出足够的空间来放你的轮子、滑轮、链轮和垫片。你不需要在板之间需要多少支架；然而，把它们放在需要支持的战略位置。
下面显示的是一个驱动吊舱，它是传动系统的一半，包括轴、轴承、轮子、电机、皮带等。简而言之，驱动吊舱拥有现实生活中将要建造的一切。这个特别的是左侧，但要使右侧创建一个偏移平面，请选择镜像工具，然后点击镜像。
在镜像驱动吊舱以制作你的另一侧后，将这两半连接在一起，你就完成了动力传动系统。下面是CAD中完整动力传动系统的渲染。
CAD教程第2部分-口袋指南#
术语
- 口袋化#
“口袋”是FTC和FRC®百科中的一个常用术语，指的是从CAD设计的零件中去除多余的材料。口袋有助于减轻重量，增加零件的强度。这可能看起来违反直觉（去除材料如何加强零件？）但是口袋可以减少应力积累，尤其是在角落。
在数控加工的传动系统工作表金属板上经常可以看到口袋。在FRC中，口袋通常用于减轻矩形铝管的重量。
有几种方法可以将口袋加工成材料，包括铣削、布线、喷水切割、激光切割甚至手工钻孔。根据你获得工具的情况，装袋对你来说或多或少是困难的。
数控铣削和布线擅长装入铝箱管，而水射流和激光切割擅长装入板。无论是装入箱管还是板材，设计都非常相似。
在设计口袋时，重要的是要考虑材料的类型、厚度以及零件上的应力大小。较弱、较薄或承受重大压力的材料应该具有较少的“侵略性”口袋，而较强、较厚或承受较小压力的材料可以具有更“侵略性”口袋。侵略性口袋是指从空白部分移除材料的量（更具侵略性=更多材料移除）。
虽然理解起来有点复杂，但FEA（有限元分析）可用于确定装袋时的适当支柱厚度。FEA可用于生成装袋几何形状，但那是一个完全不同的复杂情况。
731 Wannabee Strange、Rover Ruckus、传动系统内板有限元分析#
设计简洁有利的口袋就像画圆圈和切线一样简单。参数口袋可以由一个或两个偏移值定义。偏移值决定了剩余材料的厚度。
参数化是指整个草图由参数定义，在这种情况下是偏移值，当调整时会自动调整整个草图（就材料厚度而言）。
每个板/管上都可以绘制几个参考，分别是螺丝孔、轴承孔和角。每个参考都将获得自己的构造/草图圆或两个。理想情况下，所有的构造圆都小于4个尺寸之一，以保持口袋的一致性和简单性。
首先是螺丝孔半径加偏移值的螺丝孔构造圆。接下来是轴承孔半径加偏移值的轴承孔。然后是具有偏移值半径的构造圆的边缘。然后最重要的圆位于每个螺丝和轴承孔，这将决定支柱厚度。
每个螺丝和轴承孔中心的圆圈将具有偏移值的直径。绘制所有构造圆圈后，可以绘制切线来创建口袋几何形状。使用参数偏移值将很容易通过更改一个或两个值来调整支柱厚度。
在每个轴承和螺丝孔的边缘上的圆与其他圆之间以及中心的圆之间画切线。轴承孔和螺丝孔半径加上偏移值的圆确保轴承和螺丝孔周围有足够的材料。下面是一个例子。
731 Wannabee Strange，2019 年夏季 VCC Cadathon，外机制板#
装袋的最后一步是在每个角落增加圆角，尤其是内角。圆角可以减轻角落的压力，使加工更容易。一些机器，如铣床和路由器，也无法加工紧密的内角。对于那些需要最小刚性损失和更多机器时间的零件，口袋不需要一路切割。
水射流切割机 和 激光切割机 只能切割材料，但是路由器和磨坊能够制造表面口袋。这些口袋不会一直穿过材料，而且比通过口袋更坚硬。
缺点是加工时间增加。增加的时间是从“割草”工具切割路径到简单地切割几何形状的边缘。它也更难加工，因为更多的材料被铣削出来，切屑喷射变得更加重要。
表面挖孔实例#
如果你无法获得任何精密工具，手钻/钻床和大钻头/平底钻头可以在材料中创建口袋。虽然这是最简单的口袋形式，但有一种直接的方法可以优化圆形钻孔方法。
由于凹坑的主要目标是在不显著牺牲结构稳定性的情况下去除尽可能多的材料，因此需要在特定位置用合适尺寸的钻头钻孔。
找到具置和钻头尺寸的最有效方法是首先创建一个口袋设计，就像你对圆形和切线所做的那样。然后绘制与圆形和切线创建的支柱相切的孔。下面是一个例子，橙色作为钻孔定位在常规口袋边缘的切线上。
最佳钻孔方法示例#
虽然它可能看起来像一个随机的混乱，它可能需要比仅仅随机“奶酪打孔”更长的时间，但这种方法将使用钻孔方法产生最大的重量减轻结构刚性损失比。
口袋设计的一个很重要的技巧是在设计零件时要最后做。零件不应该围绕口袋图案设计，而应该围绕零件设计口袋。如果一个零件上的孔太多，或者零件太小而不能用偏移值装进口袋，那么很可能不值得装进口袋。
口袋可以减轻零件重量，但是当使用传统的加工方法时，可能会花费大量的额外时间。然而，当在将要3D打印的零件上添加口袋时，在某些情况下，它可以减少打印时间和使用的材料。
上面的口袋方法是口袋的最简单的参数方法，但更复杂的方法存在。例如，下图是针对金属3D印刷优化的复杂双等网格口袋图案的示例。
731 Wannabee Strange、Rover Ruckus、臂枢轴支架#
当口袋围绕3D印刷零件设计时，在最小内角半径、分辨率和尺寸方面开辟了许多新的可能性。现在当然，3D印刷零件可以像传统零件一样装入口袋，结果相似。
CAD教程第3部分-定制滑轮模板#
在设计动力传动方法时，有一个可调节的皮带轮发生器来快速重新安排C-C（中心到中心）距离以进行设计更改是很有用的。通常，FTC团队使用HTD5皮带轮廓，因为它的深齿形增加了滑动阻力并增加了负载能力。本教程将重点介绍HTD5轮廓，但它相对容易适应不同的轮廓。
为了使滑轮完全参数化（无需重做基本草图即可调整），我们将使用方程式（在Solidworks和Creo中）、参数（Fusion 360和Inventor）或变量（Onform）。方程式允许用户快速调整值并更改草图或特征中的多个维度。
首先，定义一个新变量“n”并设置默认值为24。这一点至关重要，因为“n”将影响牙齿的数量——这将定义牙齿和圆形图案之间的角度。
复制下面的草图。
在文本框中输入 =360/”n”，就可以得到 15 |deg|等式。
请注意，顶部的5mm尺寸描述了弧长，这是在Solidworks中通过首先选择两点和连接弧来完成的。
两个大圆与两个小圆相切，但两个小圆互不相切。
保留此草图作为参考，并使用“转换实体”为附加功能创建草图。
接下来，挤出外部粗体圆圈。切割-挤出参考草图中的轮廓。分别执行这些功能。
现在，只需创建一个圆形图案。将方向1定义为顶面并创建“n”个切割挤压特征的实例。
现在只需在侧平面上绘制草图并绘制法兰。这取决于你，但我更喜欢保持外部点垂直于穿过外部圆的点。这样，法兰相对于“n”发生变化。
