LCM STUDIO

Appearance

[EN]

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:

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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

ℹ️INFO

SumoComponent.zip

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Step 2: 建立小車底盤 ​

繪製底盤 ​

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  • 開始一個新的設計
  • 開一個new component
  • 名字叫bottom

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  • 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
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  • 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

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  • 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

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Screenshot 2022-03-14 143228image-20230606103019568

  • 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 ![equal icon](/media/Sumo Robot/constraint-equal.png)將兩個圓設成相等，用Symmetry![symmetry icon](/media/Sumo Robot/constraint-symmetry.png)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

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  • 在圖的上方，緣中線繪劃以下圖形

💡TIP

記得善用限制工具equal和Symmetry

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  • 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

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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

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插入底盤零件 ​

⚠️WARNING

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
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  • 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

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  • 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

ℹ️INFO

  • tamiya 56mm sport tire組合時，要對著齒輪箱六角軸的中心，再偏移15mm(圖2)
  • 在進行joint時，去到motion頁面，選擇類型為Revolving joint
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Step 3: 繪製和組裝小車第二層板 ​

繪畫小車頂板 ​

⚠️WARNING

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
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⚠️WARNING

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

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  • 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

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  • 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![equal icon](/media/Sumo Robot/constraint-equal.png)（等長)的工具，只需要標示一個圓，其他使用 equal ![equal icon](/media/Sumo Robot/constraint-equal.png)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

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插入Arduino UNO ​

💡TIP

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

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  • 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

  • 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

ℹ️INFO

UNO的設計單位是英吋，所以轉成毫米並非整數

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  • 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
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  • 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

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插入六角柱 ​

⚠️WARNING

將小黑點移動到最上層

  • 圖一：
    • 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

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Screenshot 2022-03-14 150528

⚠️WARNING

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

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💡TIP

繼續確保小黑點在最上層

  • 圖一：

    • 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

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📝NOTE

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

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⚠️WARNING

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
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  • 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。

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  • 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
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  • 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
  • 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)

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插入和安裝底盤sensor和電池架 ​

⚠️WARNING

將小黑點褪回最上層

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

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  • 使用快捷鍵 J，將邊緣感測器組合到底盤下方

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  • 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

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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
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⚠️WARNING

小黑點移動到零件top 旁邊

  • 圖一：

    • 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

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⚠️WARNING

將小黑點移動到最上層

  • 圖一、二：
    • 隱藏頂板 top 以外的零件，以放便操作
    • 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

📝NOTE

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

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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 ​

⚠️WARNING

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

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  • 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

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💡TIP

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

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  • 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

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  • 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

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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

⚠️WARNING

將小黑點移動到bottom旁邊

  • 在底板表面上開啟一個新的草圖

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  • 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
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  • 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

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⚠️WARNING

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

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繪製鏟和前擋板 ​

💡TIP

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

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  • 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

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  • 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：
    • 之後可以使用快捷鍵j將鏟和擋板組合到三角支架上

⛔️DANGER

將視角轉到側視圖，觀察並確保兩塊板並沒有重疊相撞

📝NOTE

  • 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

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為前擋板開孔，讓偵敵紅外線sensor能穿過 ​

📝NOTE

確認小黑點在front plane旁邊

  • 圖一：
    • 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

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  • 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
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📝NOTE

確認小黑點在front plane旁邊

  • 圖一：
    • 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

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為前擋板開孔 ​

ℹ️INFO

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

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恭喜，設計應該已經大致完成了。
為了確保設計沒有錯誤或會相撞的問題：

💡TIP

  1. 拖動每個零件，以確定它們正確地組裝在一起

⛔️DANGER

  1. 使用Fusion 360的interference指令，可以自動計算模型是否有干擾（即相撞）的問題
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Step 6: 微調功課 ​

⚠️WARNING

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

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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，

⛔️DANGER

過長會犯規，不能作賽

  1. 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

💡TIP

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