Walking linkage robot

本節要繪製的，是下圖這一部四足連杆機械人。本節主要學習應用fusion360中的joint功能，應用不同的joint去模擬連杆機械人的效果。

walking robot tutor Drawing v4.pdf

檔案

今次用到的70093L和70093R你應該已經上載了，這步驟可以省去

本次會應用到的檔案(以下為step檔)，下載解壓後，在fusion左邊欄尋找"upload"鍵，就能上載到fuison中應用

useful robotics component step.zip

或者你可以在grabcad.com直接下載fusion360檔案(需要注冊登入)

https://grabcad.com/library/tamiya-70093-3-speed-crank-axle-gearbox-kit-1

https://grabcad.com/library/tamiya-crank-1

STEP 1

• 開啟新的 component，命名為 base

• 確保旁邊有一個黑色小點，表示激活狀態

• 這是為了製作底板，請跟隨以下步驟：

  1. 用快捷鍵s搜尋 new component

  2. 開啟新的 component

  3. 命名為 "base"

  4. 確保旁邊有黑色小點表示激活狀態

• 接著在xy平面(或水平面)， 開一個新的sketch，繪制如下:

• 使用 s 搜尋 change parameter

• 開啟參數列表

• 定義一個新的參數，名為 thickness，值為 3mm

• 使用 e 指令，擠出 thickness 參數的厚度

STEP 2

• 使用快捷鍵 s 指令搜尋 insert derive 功能

• 將 70093L gearbox 插入衍生到此檔案中

• 選擇 70093L 的 component

• 按右鍵，在選單中選擇 rigid group

❗記得要用insert derive功能, 不要直接拖拉gearbox入去, 否則是不能修改的

• 確保小黑點在這個70093L gearbox旁。

• 用e將齒輪箱的軸適當地修短(或增長, 如果有需要)

• 再用快捷鍵j把齒輪箱組合到底板

• 再次使用快捷鍵s 指令搜尋 insert derive 功能

• 將另一個 70093 gearbox 插入衍生到此檔案中，確保小黑點在新派入的 70093 旁邊

• 使用 快捷鍵e擠出 指令，適當修剪齒輪箱的長軸

• 使用快捷鍵 j 指令，將齒輪箱組合到底板上

❗️記得要用derive功能來插入衍生，不要用copy & paste，否則修改齒輪箱時，左右兩邊會同步喔!!!!

STEP 3

• 將小黑點移回最上層

• 開啟一個新的 sheet metal component，命名為 L support，選擇一個材料和厚度

  • 開啟new component時有選項是standard或Sheet Metal

  • 確認 sheet metal component 的圖示與普通 component 不同

• 確保旁邊有一個小黑點，表示激活狀態

• 在底板上方使用快捷鍵s 搜尋new sketch ，在底板表面創建一個新的草圖

• 為洞的中心點繪製中心線

• 繪製一個寬度為 10mm 的長方形

• 使用中點或對稱約束，確保正方形相對於中心線對稱

  💡提示: 可以點擊 component 左側的眼睛圖示，隱藏 component 以方便操作

• 在 sheet metal 頁面中，點擊 edit rule"圖示，在所選材料旁邊會出現一支筆的圖示，點擊進去即可修改屬性，例如厚度、摺疊時預留的延伸長度等等

• 在 sheet metal 頁面中，點擊 Flange 圖示，或使用快捷鍵 s搜尋 Flange

• 選擇剛才繪製的方形，製作一個厚度為 2mm 的金屬薄片

❗️請注意，製作金屬薄片時需要使用 Flange指令，請勿使用 e extrude 指令

• 使用 Flange指令，點擊金屬片的邊緣，即可自動出現 bending功能

  • Bending 的高度和位置(Bend Position)可以分別設定為 inside、outside 和 center 三種，決定高度和摺疊位置的計算方式不同，可以嘗試看看有什麼不同

• 設定凸出高度Height Datum為 16mm，Bend Position為 inside 內側計起

• 重複以上步驟，製作另一側高度也為 16mm 的鋁片(如下圖)

• 保旁L support邊有一個小黑點，表示激活狀態

• 使用 快捷鍵s 搜尋指令 new sketch，在凸起的鋁板表面開一個新的草圖(如下圖)

• 將其中一個齒輪箱顯示出來

• 使用快捷鍵 p 投影長軸的圓

  • 這一步是為了確保開出來的孔跟長軸同一個高度

• 在鋁板上劃一條中線和一個直徑為 3mm 的圓形

• 使用 constraints中的第一個圖示 horizontal and vertical，確保 3mm 圓形的高度與長軸同高

• 使用 快捷鍵e使用 extrude指令，選擇剛才所劃 3mm 圓形，到 extent type 使用 to object，將圓孔穿透到鋁板的另一面

• 最後使用快捷鍵f 使用fillet指令，修剪圓角，半徑選擇3mm 即可

• 將小黑點移回最外層

• 使用快捷鍵 j使用joint 指令，將鋁板組合到底板上

STEP 4

• 確保小黑點在最外層

• 使用快捷鍵 s 指令搜尋 insert derive，插入 tamiya crank 曲柄的 step 檔或 f3d 檔

• 插入後，將小黑點移動到曲柄的旁邊，並激活它

• 在曲柄表面使用 new sketch創建一個新的草圖

• 投影並繪製一條線，如下圖所示

💡提示: 可以使用 component 旁的小眼睛圖示，適當地顯示和隱藏 component，方便操作

• 確保小黑點在 tamiya crank曲柄的旁邊

• 使用快捷鍵 e extrude 指令，將多餘的曲柄部分剪除，只留下最近的一個孔

• 將小黑點移回最外層

• 使用快捷鍵 j joint指令，將曲柄組合到齒輪箱的長軸上

❗如果使用的是 f3d Fusion 360 檔案，由於齒輪箱內部可以旋轉，因此可以使用 "rigid" 聯結方式

❗如果使用的是 step 檔案，聯結時需要到 "motion" 頁面，選擇旋轉聯結的類型為 revolving joint

STEP 5

• 確保小黑點在最上層

• 使用 Ctrl-C/Ctrl-V 指令，將 tamiya crank複製一份

• 使用快捷鍵 j joint指令，將複製的曲柄組合到另一邊的齒輪箱長軸上

• 記得方向要與另一邊相差 180 度，如果左邊是向後，這邊則要向前方

  💡如果零件完全相同，可直接複製/貼上；如果零件相似但需要獨立修改，則需使用衍派(insert derive)功能

  💡同樣地，如果使用的是 step 檔案的 70093 齒輪箱，joint的類型應為 revolving joint

STEP 6

• 確保小黑點在最上層

• 使用 new component 指令，創建一個名為 legs"的新組件，用於裝配左半邊的所有腳和連桿

• 確保小黑點在 legs 旁邊，再次使用 new component指令，創建一個名為 leg1 的新組件

❗接下來所有的腳和連桿，都必須確保位於 legs"組件的下方，否則在複製時，所有聯結的關係都會散開，需要重新組合

STEP 7

• 確保小黑點在leg1旁邊

• 先隱藏除leg1外的所有組件

• 使用快捷鍵s ，尋找 new sketch指令，在原點的 XZ 平面上創建一個新的草圖

• 根據下圖所示的尺寸繪製草圖

• 在繪製時，可以使用快捷鍵 s 尋找指令 change parameter，將連桿的尺寸設置為變數，之後只需修改該變數即可更新所有相關尺寸

• 使用快捷鍵e extrude指令，擠出 "thickness" 的厚度

• 再使用 快捷鍵f fillet 指令，添加圓角，半徑約3mm

STEP 8

• 接下來，褪回小黑點在legs的旁邊

• 使用 快捷鍵s 搜尋 new component，創建一個名為 linkage1 的新組件

• 先隱藏除linkage1外的所有組件

• 確保小黑點在linkage1旁邊，並在 XZ 平面上創建一個新的草圖

• 繪製一個連桿，使用 change parameter指令設置一個名為 L3 的變數來定義長度，設置值為 72mm

  • 如果上一步已一次過設定好，這一步可以省卻

• 最後使用 快捷鍵e extrude指令擠出 thickness"的厚度

STEP 9

接下來開始複製和組裝左腳：

• 首先將所有零件顯示出來，方便操作。

• 使用快捷鍵j joint 指令，將 linkage1 組件組裝到鋁片上。

  • 兩個 joint 的接口保留 1mm的距離，如果是實物裝配時，可以使用 1mm 的鐵墊片將其隔開，確保可以旋轉。

  • 大約將接口的角度旋轉 25 度，方便後續操作。

  • 前往 motion頁面，選擇 revolving joint 作為聯結的類型。

• 完成後，可以發現這個 joint 的符號會出現在最上層。

  • 即使在啟用 legs組件時（小黑點在旁邊），這個 joint 也會在 legs之外，因此在複製 legs時不會跟著複製。

STEP 10

• 使用快捷鍵j 將 leg1 組件組裝到曲柄上

  • 偏移 4mm

  • 這個偏移量不一定需要是 4mm，因為之後需要在 motion頁面進行設置

• 在 motion頁面，選擇 cylindrical joint

  • 這種 joint 有兩個自由度，一個是旋轉，另一個是沿著旋轉軸移動，因此上面選擇的 4mm 偏移量只是參考，沒有實際限制

• 跟上面的 revolving joint 一樣，即使在啟用 legs 組件時，這個 joint 也不會在 legs 底下，因為曲柄不在 legs底下。

STEP 11

• 確保小黑點在 legs 組件旁邊

• 使用快捷鍵j joint將 leg1 組件組合到 linkage1"上

  1. joint 接觸面距離為 1mm，跟之前一樣，如果在實際組裝時，可以使用 1mm 的墊片隔離

  2. 在 motion 頁面上選擇 revolving joint

• 完成後，確認這個 joint 在 legs組件之下，這樣在複製時才會跟著被複製

💡 記住四連桿組裝的秘訣是：在三個 joint 中，有 2 個 revolving joint 和 1 個 cylindrical joint，次序可以隨意，這樣就不用計算偏移量和厚度。

STEP 12

• 確保小黑點繼續在 legs 組件旁邊

• 使用 Ctrl+C/Ctrl+V將 leg1 和 linkage1 複製一份，複製成 leg1:2 和 linkage1:2，如下圖所示

• 確保兩隻腳和兩條連桿都在同一個 legs 組件之下

STEP 13

圖1:

• 確保小黑點在 legs 旁邊

• 使用 joint 將 leg1:2 組件組合到 linkage1 上，偏移1mm

• 在 motion 頁面上選擇 revolving joint

同樣地，圖2：

• 將 linkage1:2 組件連接到 leg1:2 上

• 在 motion 頁面上選擇 revolving joint，偏移 1mm

最後，圖3：

• 將 linkage1:2的另一端連接到 leg1 上

• 在 motion頁面上選擇 cylindrical joint

• 這次可以不用偏移，因為使用 cylindrical joint 會自動調整間隔，以適應前面兩個偏移量

STEP 14

好的，左腳部分完成了。

• 請試著轉動齒輪箱，看看腳是否跟著動

• 試著調整 leg 和 linkage的偏移量，由 1mm 改為 0.5mm（或任何數值），看看修改後是否會出現錯誤警告

  • 如果按照步驟進行，調整參數應該不會出現錯誤

STEP 15

• 將小黑點移回最上層

• 使用 Ctrl+C/Ctrl+V 將整個 legs組件（即左腳）複製一份，複製成 legs1:2

• 可以將複製的組件移開一點，以方便操作

❗ Fusion 360 的鏡像功能無法複製 joint，因此如果要完全左右對稱，則需要重新建立所有的 joint

STEP 16

• 使用 快捷鍵j 將最靠近右側 Tamiya 曲柄的 linkage1:1 組件組合到曲柄孔上

• 在 motion頁面上選擇 revolving joint

• 偏移 1mm

STEP 17

• 最後將右側的 leg1:1和剩下的鋁支架 L support 的孔組合

• 在 motion"頁面上選擇 cylindrical joint

• 這次可以不用偏移，因為使用 cylindrical joint會自動調整間隔，以適應前面兩個偏移量。

完成

完成之後，

• 請模擬一下，試著轉動右側的腳，看看是否可以模擬真實機械連桿轉動。

• 試著修改一下偏移量的數值，看看是否會出現錯誤。

• PDF 文件包含 Phase 1 和 Phase 2 的尺寸，請使用 Change Parameter 更改一下參數尺寸，看看整個設計是否會立即修改