Sumo Robot

本節是介紹如何去組裝一隻相撲機械人。做好後效果如下:

Step 1: 準備工作/檔案

• 下載本次所用到的零件zip檔

• 解壓縮

• 於Fusion左邊欄點擊upload鍵

• 將解壓後的檔案拖動到Drag and Drop Here，或按Select Files找到路徑上傳

Step 2: 建立小車底盤

繪製底盤

• 開始一個新的設計

• 開一個new component

• 名字叫bottom

• 確保小黑點在bottom這個component旁邊

• 開一個new sketch

• 下圖是我們底板的圖則

  • 我會一步一步教你繪畫，熟練後就要靠自己了

• 先用快捷鍵r，隨意繪劃一個長方形

• 用快捷鍵l，繪劃一條垂直中線

• 在工具列上方找到Coincident重合限制

  • 將中線釘在原點上

• 使用快捷鍵s搜尋change parameters

• 在右上方找到User Parameter鍵

• 在Add User Parameter介面中，填寫以下資訊：

  • Name: 變數名字，只能為英文字母，不能有空格

  • Unit: 單位，例如mm、cm等，若無單位可忽略此欄位

  • Expression: 設定的值，例如10、15等，也可以使用公式，例如10*2.54表示10英吋轉換成公分

  • Comment: 注解，可以忽略

• 根據圖4的內容，開設thickness、carLength、carWidth、gearBoxLength、gearBoxWidth、ballCastorLength6個參數

• 圖一：

  • 將長方形的長和寬分別設為carLength和carWidth

  • 長方形的底到原點距離返為gearBoxLength

  • 確保所有草稿線都是黑色，表示完全定義

• 圖二：

  • 由原點劃一條水平作圖線到長方形邊(用快捷鍵x可以將實線變成作圖線)

  • 在作圖線隨意位置劃一個center rectangle和兩個圓

• 圖三：

  • 在剛才的center rectangle，劃一條垂直中線

  • 用上方工具列的限制工具，選用equal 將兩個圓設成相等，用Symmetry設定與中線對稱

  • 標記相圖3的尺寸，最左手邊標記成gearBoxWidth，方便之後調試參數

• 圖四:

  • 用快捷鍵s搜尋mirror，對圖3所劃內容鏡像到右手邊

• 在圖的上方，緣中線繪劃以下圖形

• 記得善用限制工具equal 和Symmetry

• 完後後褪出2D草圖

• 用快捷鍵e擠出thickness的厚度

• 用快捷鍵f將四個角修成3mm半徑的圓角，這樣實物切割出來時才不會割手

最後，在零件樹按滑鼠右鍵，選擇Ground，設定底板為Ground後，拖動底板就不會動，所有的joint都以底板為基礎

插入底盤零件

• 將小黑點退回最上層

• 在左手邊找到預備步驟時所上傳的零件

• 將零件之一的「牛眼輪」拖入當前的圖則畫面中

• 用快捷鍵j，組合「牛眼輪」和底盤

• 拖曳零件中的70093L至當前畫面

• 點選左邊的零件樹中的70093L並按下滑鼠右鍵

• 選擇剛體群組(Rigid Group)，這樣在拖曳齒輪箱時就不會整個散開

• 最後用快捷鍵j將齒輪箱和底板連接

• 同樣地，將70093R和tamiya 56mm sport tire拖動到當前畫面中

• 用零件樹對著剛拖放入來的組件按滑鼠右鍵

• 用Rigid Group將零件剛性組合

• 最後用快捷鍵j將它們組合到底板上

  • tamiya 56mm sport tire組合時，要對著齒輪箱六角軸的中心，再偏移15mm

  • 在進行joint時，去到motion頁面，選擇類型為revolving joint

Step 3: 繪製和組裝小車第二層板

繪畫小車頂板

• 將小黑點退回最外層

• 開一個新組件，用快捷鍵s搜尋new component或按下上方工具列的圖示

• 命名為top

• 將小黑點放到新的 top 元件旁邊

• 點擊 offset plane 按鈕

  • 或用快捷鍵s搜尋offset plane

• 在小車的底板表面上，定一個偏移 40mm 的平面

  • 工場只提供 20mm 和 8mm 兩種六角柱子，如果需要其他高度，可以組合使用或使用 3D 列印墊高

• 在新的 offset plane 上點擊 new sketch。

• 使用快捷鍵 p 或者搜尋 project，將底板投影到這個面上

• 圖一：

  • 在左側零件樹中，點擊眼睛圖示，隱藏除了 top 以外的其他零件

  • 畫一條水平線，然後使用快捷鍵 d，將水平線與底線的距離設置為 60mm

• 圖二：

  • 選擇安裝齒輪箱的 4 個圖形和 2 個方形

  • 使用快捷鍵 x 將它們變成作圖線

  • 畫一個任意形狀的長方形

• 圖三：

  • 將剛才畫的長方形使用快捷鍵 x 變成作圖線

  • 用快捷鍵 d 標示尺寸，每個邊距離外框 5mm

  • 在四個角上畫上 3mm 的圓

    • 使用限制工具 equal（等長)的工具，只需要標示一個圓，其他使用 equal 工具指定相等就可以

• 圖四：

  • 使用快捷鍵 e 將其擠出到設置的 thickness 厚度

• 圖五：

  • 使用快捷鍵 f 將頂板剩餘的兩個尖角修成 3mm 半徑的圓

插入Arduino UNO

• 確認小黑點仍在 top 的元件旁邊。

• 在 top 上面的平面上，開啟一個新的草圖

• 用快捷鍵s搜尋change parameter，設定兩個新的參數，分別為unoX和unoY，用來設定Arduino UNO板的相對位置

• 圖一為Arduino UNO板孔距的尺寸

  • 由於頂板上的零件距離 Arduino UNO 的第四個孔太近，因此不需要開孔

  • UNO的設計單位是英吋，所以轉成毫米並非整數

• 圖二：根據圖一中 Arduino UNO 板的尺寸，在頂板上畫上三個直徑為 3mm 的圓

  • 使用限制工具 equal（等長)的工具，只需要標示一個圓，其他使用 equal 工具指定相等就可以

  • 輸入unoX和unoY參數，設定Arduino UNO板距離頂板的左側和底側尺寸

• 圖三：使用快捷鍵 e，將剛才畫的三個圓從頂板上減去

• 在零件樹中找到 top 零件，點擊三角形圖示打開零件樹，將隱藏了的 sketch4 顯示

• 選擇草圖上的四個直徑為 3mm 的圓，使用快捷鍵 e，將它們貫穿到底板上，為底板開四個孔

• 將 Arduino UNO 板從庫存中拖入當前畫面

• 在零件樹中找到 Arduino UNO 零件，按下滑鼠右鍵，並選擇 Rigid Group

• 使用快捷鍵 j 將 Arduino UNO 板固定在頂板上，並將其偏移 20mm

按入六角柱

• 圖一：

  • 將小黑點移動到最上層

  • 使用快捷鍵 s 搜索 new component，開啟一個名為 double hex 的新元件

• 圖二：

  • 確保小黑點在剛才新開的 double hex 元件旁

  • 庫存中拖入 hex spacer M3x20，並使用 ctrl+c/ctrl+v 複製一份

• 圖三：

  • 使用快捷鍵 j 將兩個六角柱組合在一起

• joint設定完成後，將小黑點移回最上層

• 複製 double hex 元件三份

• 使用快捷鍵 J，將這四個元件組合到小車底盤上

• 圖一：

  • 確保小黑點在最上層

  • 打開其中一個 double hex 元件，選擇其中一個 hex spacer M3X20

• 圖二：使用ctrl+c/ctrl+v複製三份

• 圖三：使用快捷鍵 j，將這三個六角柱組裝到 Arduino UNO 板上

  

組裝完成後，請確認所有零件已經固定，不會移動，可輕輕拖動零件確認

Step 4: 安裝sensor、電池

為底盤開孔

• 接下來，我們會為小車安裝電池組和邊緣傳感器

• 使用快捷鍵s搜尋change parameter，新增三個參數sensorX、sensorY和batteryY，分別用來指定邊緣傳感器和電池組的位置

   

• 將小黑點放到bottom 旁邊

• 在小車底盤表面開啟一個新的草圖

• 對bottom外的組件隱藏

• 繪製對地面的邊緣感測器安裝孔

• 安裝孔共有2個

  • 下方安裝孔距離底板頂部和底板邊緣分別為參數sensorX和sensorY

  • 上方安裝孔距離下方11mm

• 在兩個安裝孔圓心劃一條作圖線，在中點劃一個center rectangle，尺寸為11 x 5.5mm

• 需要加一個center rectangle方便調整電阻值，因此劃一個8x8mm的方形，距離下方安裝孔8mm

• 最後為了走線，需要加一個center rectangle和一個圓孔。

  

• 在底板繪製一條中線

• 將剛才第二步所繪製的圖形鏡像到另一邊

• 在中線上，使用快捷鍵s搜尋指令center rectangle劃一個長方形

• 在隨意位置劃一條水平線，使用幾何限制Midpoint指定水平線到長方形的中心點(圖一紅圈)

• 在水平線兩端劃兩個直徑為3mm的圓

  • 使用幾何限制 equal（等長)工具，只需要標示一個圓即可

• 將長方形的底部和底板的底邊距離標注為參數batteryY(圖一紅圈)

• 最後將剛才所劃的圖形，使用快捷鍵e從底板中減去(圖二)

插入和安裝底盤sensor和電池架

• 將小黑點褪回最上層

  

   

• 在零件庫中拖曳兩個邊緣感測器Line Sensor和電池組Battery Shell

  

   

• 使用快捷鍵 J，將邊緣感測器組合到底盤下方

  

   

• 安裝好兩個邊緣感測器後，可以安裝電池架

• 全部組合完成後，可以在左邊的零件樹按下「眼睛」圖示，將全部零件顯示

• 下圖是安裝好的效果

為頂板開孔和安裝sensor

• 接下來，安裝尋找敵人的紅外線傳感器

• 用快捷鍵s搜尋change parameter，新增兩個參數IRSensorX和IRSensorY，用來指定紅外線傳感器的位置

• 圖一：

  • 小黑點移動到零件top 旁邊

  • 在頂板的表面，使用 create new sketch 創建一個新的草圖

  • 隱藏頂板上的 Arduino UNO 板和三條六角柱，以方便操作

• 圖二：

  • 在頂板上劃一條中線，使用快捷鍵 x 將其轉換成作圖線

  • 隨意繪製一個直徑為 3mm 的圓

  • 將其與頂板左側和底部的距離分別設置為 IRSensorX 和 IRSensorY

  • 使用指令 mirror 鏡像到另一側

  • 在中線上繪製一個圓，使用幾何限制 Horizontal/Vertical 將其與另外兩個圓對齊，使用 Equal 指令使三個圓的尺寸相同

  • 最後將這三個圓用快捷鍵e從頂板中減去

• 圖一、二：

  • 將小黑點移動到最上層

  • 隱藏頂板 top 以外的零件，以方便操作

  • 從零件庫中拖曳三個 IR Sensor (FC51) 到畫面中

• 圖三：

  • 使用快捷鍵 J，將三個 IR Sensor (FC51) 感測器組合到頂板

  • 左右兩側的感測器應該向左右45度指向

  • 記得將感測器向上偏移3mm，實際安裝時，需要使用3mm的墊圈將感測器抬高，以避免壓彎電線腳

Step 5: 製作前擋板和鏟

來到這一步，機械人已基本完成，有基本的功能，接下來最後一步要製作前方的檔板和鏟，第一個步驟是要先製作用以安裝前方檔板的支架。

製作3D打印支架

• 將小黑點移動到最上層

• 使用快捷鍵s搜尋new component，新建一個名為triangle的元件

• 將triangle和bottom以外的零件隱藏

• 確認小黑點在新建的元件旁邊，然後在YZ平面上新建一個草圖

• 使用快捷鍵p投影底板的頂端

• 按照圖二的尺寸設計三角形支架

• 用快捷鍵e擠出

  • Direction選擇Symmetric

  • Measurement選擇兩邊的總長度

  • 擠出厚度為10mm

• 確認小黑點在triangle旁邊

• 隱藏除了triangle以外的其他元件

• 點選30度的斜面，使用快捷鍵s搜尋new sketch開一個新的草圖

• 劃一條中線，然後繪製兩個直徑為3mm的圓，尺寸參考圖二

• 使用快捷鍵e，減去深度為10mm

• 重複上述步驟，在45度的斜面上開啟新的草圖

• 畫出兩條中線，在表面上繪製兩個直徑為3mm的圓，尺寸參考圖一

• 使用快捷鍵e，向下減去深度為10mm

• 這個三角架要安裝在底板上，因此底部需要開孔

• 在triangle底部開啟一個新的草圖

• 畫出一條中線，在底部繪製兩個直徑為3mm的圓

• 由圖三可見，由於另外兩個面已經有螺絲孔，因此底部的圓需要向後移動一點，以免與其他穿孔相撞

安裝三角支架到底板

• 在零件樹中找到bottom底板，點擊「眼睛」圖示，重新顯示

• 把小黑點移動到bottom旁邊

• 在底板表面上開啟一個新的草圖

  

• 用快捷鍵s搜尋change parameter

• 新增兩個參數triangleX和triangleY，用來設定三角支架的位置

• 在底板的草圖上劃一條中線

• 畫兩條任意的水平線

  • 指定水平線高度為triangleY和10mm

• 在這兩條水平線上畫兩個圓

  • 指定其中一個直徑為3mm

  • 使用幾何限制工具equal使兩個圓相等

  • 使用幾何限制工具Horizontal/Vertical 將其與另一個圓垂直對齊

  • 用mirror指令將這兩個圓鏡像到另一側

• 最後使用快捷鍵e，從底板上減去這四個圓

• 將小黑點退回最上層

• 用ctrl+c/ctrl+v複製triangle一份

• 使用快捷鍵j，將其分別組合到底板上

繪製鏟和前擋板

• 確保小黑點移回最上層

• 開啟一個新元件，並命名為front plane

• 在三角形支架的30度斜面（左邊或右邊都可以）開啟一個新的草圖

• 使用快捷鍵p，投影兩側的三角支架

• 穿過原點畫出一條中心線，在這個面上繪製一個長方形，使其頂部通過30度斜面的頂部

• 然後使用快捷鍵e，擠出厚度為thickness

• 圖一：在45度斜面上開啟一個新的草圖

• 圖二：投影兩側的45度斜面和前方鏟板的頂部邊緣到這個草圖中

• 圖三：

  • 繪製一個長方形，一邊為剛才的投影線，寬為70mm

  • 再使用e快捷鍵擠出厚度為thickness

• 圖四：

  • 將視角轉到側視圖，觀察並確保兩塊板並沒有重疊相撞

  • 之後可以使用快捷鍵j將鏟和擋板組合到三角支架上

    • 因為鏟和擋板都是同一個元件的兩個實體，所以在拖動時這兩塊板會一起拖動，這是正常的

    • 我沒有示範組裝過程的截圖，請您自行完成

為前擋板開孔，讓偵敵紅外線sensor能穿過

• 圖一：

  • 確認小黑點在front plane旁邊

  • 打開零件樹的箭頭，將前檔板隱藏

• 圖二：

  • 選擇指向前方的紅外線傳感器的平面，並在上面開啟一個新的草圖

  • 在紅外線傳感器的LED和接收器的兩個圓的中心之間，繪製一個直徑15mm圓形

• 使用快捷鍵e擠出工具，將這個圓形擠出一個新的實體，距離可以隨意設定，只要比底盤長即可

• 擠出時，在工具列的taper angle選擇5 deg

  • 使得擠出的面積越來越大

  • 錐度角的設定應該要根據你所使用的傳感器的發散角度來決定

  • 我使用的是5度的錐度角，這是基於我過去的經驗設定的

• 圖一：

  • 繼續確保小黑點在front plane旁邊

  • 將前擋板顯示出來（front plane-->body5）

  • 在前擋板表面開啟一個新的草圖

• 圖二、三：

  • 使用快捷鍵s搜索intersect命令

  • 這個命令用於獲取所選實體與當前平面的相交線

為前擋板開孔

• 根據這個橢圓形的中心點，我們可以知道傳感器射出的紅外線會落在前擋板的哪個位置

• 在相對的位置開槽，才不會阻礙紅外線的發射和接收

• 以橢圖圖心，繪劃一個35x35mm的正方形

• 使用快捷鍵e擠出工具將其減去，完成開槽

Step 6: 微調功課

• 請確保將小黑點移回最上層

• 使用快捷鍵s搜尋Section Analysis指令

• 選擇世界座標系下的YZ平面（或您的機械人的側面平面）

• 使用截面工具將機械人切成兩半，以方便觀察

這個模型存在以下問題：

1. 30度的擋板需要增長，以便更好地發揮鏟的效果。此外，需要添加一層薄金屬或膠片令其更貼地

2. 對地的邊緣傳感器（Line Sensor）需要更靠前，以便更早地檢測到前方是否為場外，並停車

3. 三角支架需要移後，或將小車的長度縮減，如果不移後，30度的鏟加長後，整車就會超過200mm，會犯規不能作賽

4. 對敵紅外線傳感器需要往前移

   • 這樣前擋板就不需要開那麼大的槽

   • 而且能紅外線傳感器的檢測距離有限，越前越能提早感測到敵人

      

• 可以用快捷鍵s搜尋change parameter，上述所提到需要修改的尺寸，事前都已設定成參數，只要修改參數，相關的零件位置就會改變。

• 輸出生產前，使用Fusion 360的interference指令，計算模型是否有干擾（即相撞）的問題