Quy trình thiết kế robot

Xác định vấn đề


xác định mục đích của việc xây dựng


xác định các yêu cầu cụ thể


Bạn đang đối mặt với một tình huống. Đây là hai ví dụ:


Một cộng đồng muốn xây dựng một vườn thú robot, trong đó các "động vật" di chuyển đầu, mở miệng và phát ra âm thanh thích hợp khi chúng cảm nhận được rằng có ai đó đang tiến về phía mình. Thiết kế và chế tạo một thiết bị nguyên mẫu có thể đáp ứng nhu cầu này.


Một cửa hàng vật nuôi ở địa phương muốn bán một loạt các thiết bị tự động cho vật nuôi nhỏ trong lồng ăn (như thỏ, chuột nhảy, chuột, v.v.) khi chủ của chúng đi vắng vào cuối tuần. Thiết kế và chế tạo một thiết bị nguyên mẫu có thể đáp ứng nhu cầu này.


Bạn cần xác định vấn đề bạn đang cố gắng giải quyết trước khi định thiết kế và chế tạo một robot để giải quyết vấn đề. Hãy dành thời gian để nghiên cứu một số tình huống khác nhau và khi bạn đã quyết định tình huống đó là gì và bạn hiểu chính xác vấn đề là gì thì hãy viết tóm tắt thiết kế vào sổ nhật ký (đây sẽ là tài liệu làm việc của bạn khi bạn làm việc trên robot của mình). Sổ nhật ký này có thể là một cuốn sổ giấy hoặc một tài liệu điện tử.) Đây là một câu lệnh ngắn giải thích vấn đề cần giải quyết.






Nghiên cứu và thiết kế


thu thập thông tin


xác định các chi tiết cụ thể của thiết kế phải được đáp ứng


xác định các giải pháp thiết kế khả thi và thay thế


lập kế hoạch và thiết kế một cấu trúc thích hợp bao gồm các bản vẽ


Sau khi viết một bản tóm tắt, bây giờ bạn đã sẵn sàng để thu thập thông tin sẽ giúp bạn tạo ra một thiết kế thành công. Trước tiên, bạn sẽ cần phải quyết định thông tin bạn yêu cầu. Điều này sẽ khác nhau giữa các dự án và cũng sẽ phụ thuộc vào lượng thông tin và kiến ​​thức bạn đã có. Một bước hữu ích sẽ là sử dụng biểu đồ sau. Hỏi năm câu hỏi, sau đó đọc cột ở đầu Thu thập thông tin . Điều này sẽ giúp bạn lập kế hoạch loại thông tin bạn sẽ cần thu thập.

Thu thập thông tin

1. Chức năng thực tế của thiết kế là gì? (Robot của tôi phải làm gì?)

Các chức năng thực tế của thiết kế có thể bao gồm:
chuyển động Robot sẽ di chuyển như thế nào trong môi trường của nó? Nếu nó được đặt trong một môi trường khác, liệu nó có thể di chuyển trong không gian mới này không?
thao tác Làm thế nào robot sẽ di chuyển hoặc thao tác các đối tượng khác trong môi trường của nó? Một robot có thể di chuyển hoặc thao tác nhiều hơn một loại đối tượng không?
năng lượng Robot được cung cấp năng lượng như thế nào? Nó có thể có nhiều hơn một nguồn năng lượng?
trí thông minh Robot "nghĩ như thế nào?" Có nghĩa là gì khi nói rằng một người máy "nghĩ?"
cảm biến Làm thế nào để rô bốt của tôi "biết" hoặc tìm ra những gì trong môi trường của nó? Nếu nó được đặt trong một môi trường khác, nó có thể tìm ra môi trường mới này không


2. Ngoại hình (hình dạng và hình thức, kết cấu bề mặt, màu sắc, v.v.) đóng vai trò gì trong chức năng của thiết kế? Robot trông như thế nào? Có lý do gì để nó trông như nó không?

Hình dạng và hình thức quan trọng đối với chất lượng thẩm mỹ, công thái học, sức mạnh, sự ổn định, độ cứng và an toàn của một thiết kế

Kết cấu bề mặt, lớp hoàn thiện và màu sắc có thể phù hợp với thiết kế: chất lượng thẩm mỹ, tính chất cơ học, quang học và nhiệt, độ bền, v.v.


3. Những vật liệu nào phù hợp với thiết kế?


Các thuộc tính của vật liệu sẽ xác định sự phù hợp của nó đối với thiết kế. Đối với công việc của chúng tôi với người máy, chúng tôi đã chọn làm việc với LegoT ™. Tuy nhiên, có rất nhiều loại vật liệu khác nhau có thể và được sử dụng trong việc chế tạo robot.
sức mạnh, độ cứng, độ dẻo dai, mật độ
Độ bền
và chất lượng thẩm mỹ được xác định bởi màu sắc, kết cấu bề mặt, hoa văn, v.v.

Chi phí vật liệu và tính sẵn có cũng là những yếu tố quan trọng.


4. Biện pháp thi công nào phù hợp với thiết kế?

Kỹ thuật xây dựng thuộc các loại:
cắt và tạo hình
chế tạo - lắp ráp các bộ phận sử dụng vít, bu lông, keo, chất hàn, v.v.
đúc - bằng cách tác dụng một lực lên vật liệu
đúc - sử dụng khuôn để tạo hình dạng của vật liệu đông đặc

Một vật liệu cụ thể chỉ có thể được làm việc theo một số cách hạn chế. Do đó, phương pháp xây dựng sẽ được xác định bởi vật liệu được chọn, sự sẵn có của các phương tiện sản xuất, kỹ năng của lực lượng lao động và chi phí sản xuất.


5. Các tác động xã hội và môi trường của thiết kế là gì?

Việc sản xuất, sử dụng và thải bỏ bất kỳ sản phẩm nào sẽ có cả những tác động có lợi và bất lợi đối với con người, động vật hoang dã và môi trường. Do đó, nhà thiết kế có trách nhiệm rất lớn là phải xem xét rất cẩn thận những tác động tiềm ẩn của bất kỳ thiết kế mới nào. Điều này sẽ bao gồm: các yếu tố sức khỏe và an toàn, tiếng ồn, mùi, ô nhiễm, v.v.



Thu thập thông tin có thể liên quan đến việc đọc, nghe, thực hiện các cuộc phỏng vấn và quan sát.


Một đặc tả là một mô tả chi tiết về vấn đề cần giải quyết. Nó phải 'đánh vần' chính xác những gì thiết kế phải đạt được.

Tạo mẫu thử nghiệm

thử nghiệm thiết kế

khắc phục sự cố thiết kế

Lý tưởng nhất là bạn nên nghĩ ra ít nhất ba cách khác nhau để giải quyết vấn đề trước khi tập trung vào bất kỳ cách nào cụ thể. Bản phác thảo và ghi chú là bắt buộc ở giai đoạn này. Bạn cũng có thể tạo nguyên mẫu bằng cách sử dụng lego cho bước này. Khi bạn đã tạo ra một nguyên mẫu lego, hãy chụp ảnh kỹ thuật số về nó. In hình ảnh ra và ghi lại ghi chú của bạn bên dưới hình ảnh vào sổ nhật ký của bạn. Khi bạn đã giải quyết xong một giải pháp, hãy quay lại danh sách các thông số kỹ thuật bạn đã thực hiện. Đảm bảo rằng mỗi thông số kỹ thuật đều được đáp ứng.


Bây giờ là lúc để tạo ra một số bản vẽ làm việc. Đây là những bản vẽ sẽ hỗ trợ bạn khi bạn bắt đầu xây dựng nguyên mẫu cấu trúc của mình. (Ở đây một lần nữa, lego và máy ảnh kỹ thuật số có thể là người bạn tốt nhất của bạn.) Bạn có thể chọn vẽ bằng tay hoặc bạn có thể muốn sử dụng chương trình vẽ trên máy tính để hỗ trợ bạn.


Xác định lịch trình làm việc cho bản thân. Lập thời gian biểu cho thấy bạn dự kiến ​​sẽ dành bao nhiêu thời gian cho mỗi phần của quá trình thiết kế. Việc lập kế hoạch của bạn cũng phải đảm bảo rằng bạn có tất cả các vật liệu và thiết bị cần thiết để hoàn thành dự án của mình.

Xây dựng Robot của bạn

Công việc xây dựng bây giờ có thể bắt đầu. Dưới đây là một số trang web trợ giúp với:
Nghệ thuật thiết kế LEGO của Fred Martin - một nguồn tài nguyên tuyệt vời để xây dựng các cấu trúc rất vững chắc

Lập trình và kiểm tra Robot của bạn


Bây giờ đã đến lúc lập trình robot của bạn. Điều này có thể đạt được bằng nhiều cách khác nhau. Việc sử dụng có thể đạt được trí thông minh thô sơ trong robot của bạn bằng cách chỉ sử dụng rơ le, chiết áp, công tắc va chạm và một số thành phần rời rạc. Bạn có thể tăng độ phức tạp về trí thông minh trong rô-bốt của mình bằng cách thêm nhiều cảm biến hơn và tiếp tục theo cách tương tự là sử dụng logic có dây. Bằng cách giới thiệu một phần tử điều khiển phức tạp hơn, bộ vi xử lý, bạn đã giới thiệu một công cụ mới quan trọng trong việc giải quyết vấn đề điều khiển robot. Đối với robot của mình, chúng tôi đã sử dụng RCX Brick được phát triển lần đầu tiên bởi Fred Martin tại MIT với tên gọi là Programmable Brick. Xem hai ví dụ lập trình sau:

Mindstorms ™

Robolab ™ có hai cấp độ để lập trình.








Sau khi bạn đã viết chương trình của mình và tải xuống khối RCX bằng Trình gửi hồng ngoại, đã đến lúc kiểm tra rô bốt của bạn để xem liệu nó có thực sự làm những gì bạn muốn hay không.

Đánh giá Robot của bạn

đánh giá thiết kế


đánh giá quá trình lập kế hoạch


Khi công việc xây dựng và lập trình tiến triển, và thiết kế bắt đầu thành hình, bạn sẽ tự động thực hiện các bài kiểm tra đối với thiết kế. Bạn cũng sẽ cần phải hoàn thành các bài kiểm tra hệ thống ở các giai đoạn khác nhau của quá trình xây dựng. Nếu bất kỳ thử nghiệm nào cho thấy rằng bạn gặp lỗi trong một khớp nối hoặc một phần cấu trúc của bạn không đáp ứng các thông số kỹ thuật, thì bạn sẽ phải thực hiện các sửa đổi trong kế hoạch của mình.


Khi xây dựng và lập trình hoàn tất, toàn bộ dự án phải được kiểm tra để xem liệu nó có thực hiện đúng công việc mà nó được thiết kế hay không. Sau đó cần phải viết một bản đánh giá. Đây phải là một tuyên bố phác thảo những điểm mạnh và điểm yếu trong thiết kế của bạn. Nó phải mô tả nơi bạn đã thành công và nơi bạn không đạt được các mục tiêu đã đề ra trong các thông số kỹ thuật.


Dưới đây là danh sách các câu hỏi sẽ giúp bạn chuẩn bị tuyên bố này.


Làm thế nào tốt chức năng thiết kế?


Thiết kế có đẹp không?


Sản phẩm có an toàn để sử dụng không?


Tôi đã lập kế hoạch công việc đầy đủ chưa?


Tôi thấy việc xây dựng đơn giản hay khó khăn?


Vật liệu phù hợp nhất có được sử dụng không?


Nó có chi phí nhiều hơn hay ít hơn dự kiến?


Làm cách nào tôi có thể cải thiện thiết kế của mình?