Drivetrains (Hệ thống truyền động)

Phần này sẽ trình bày phần cốt lõi của bất kỳ robot nào: hệ thống truyền động (drivetrain). Mục đích của drivetrain là tạo ra sự di chuyển cho robot, và vì vậy nó đóng vai trò quan trọng đối với chức năng tổng thể của robot. Nếu drivetrain không hoạt động, phần còn lại của robot cũng sẽ không hoạt động.

Trong FTC® có rất nhiều loại drivetrain khác nhau, vốn đã được trình bày trong tài liệu hướng dẫn. Drivetrain được chia thành hai loại chính: tank (skid-steer) và holonomic.

Các loại Drivetrain

Tank Drivetrain (Truyền động kiểu xe tăng)

Tank drivetrain chủ yếu sử dụng bánh traction (bánh ma sát cao) và không thể strafe (di chuyển ngang). Để thay đổi hướng, tank drivetrain dựa vào:

• Quay bánh bên trái và bên phải theo chiều ngược nhau (xoay robot), hoặc

• Cho một bên chạy nhanh hơn bên còn lại (robot di chuyển theo cung tròn).

Tank drivetrain ưu tiên độ bám và gia tốc hơn khả năng cơ động thuần túy, giúp hệ này vượt chướng ngại vật và phòng thủ tốt. Nó tương đối đơn giản để xây dựng nhưng vẫn cạnh tranh được ở mức cao nhất.

Holonomic Drivetrain (Truyền động holonomic)

Holonomic drivetrain, trái với tank drivetrain, có thể di chuyển ngang nhờ sử dụng bánh mecanum hoặc omni. Các loại bánh này có con lăn đặc biệt cho phép di chuyển ngang (strafing). Do đó, holonomic ưu tiên khả năng di chuyển hơn độ bám.

Holonomic loại bỏ thời gian cần để xoay như tank drivetrain, nhưng lại dễ bị ảnh hưởng bởi robot phòng thủ và gặp khó khăn khi robot nặng. Holonomic được chứng minh là cạnh tranh ở mức rất cao trong nhiều năm, và phổ biến ở các đội đẳng cấp thế giới.

Lựa chọn Drivetrain

Khi xây dựng bất kỳ cơ cấu nào, đội phải liệt kê các yêu cầu hoặc tính năng mong muốn. Dưới đây là những ưu tiên quan trọng cho từng loại drivetrain:

Reliability (Độ tin cậy)

Độ tin cậy – chìa khóa thành công trong FIRST® Tech Challenge – bắt đầu từ drivetrain, nền tảng của robot. Một yếu tố quan trọng là loại motor và hộp số được sử dụng.

Ví dụ:

• Spur gearbox (hộp số bánh răng trụ) dễ gãy hơn dưới tải so với planetary gearbox (hộp số hành tinh).Vì vậy, motor dùng spur gear không tối ưu cho drivetrain, đặc biệt khi robot nặng (khoảng 30+ pounds).

Lưu ý:

• Drivetrain càng phức tạp càng gây vấn đề cho các đội chưa có kinh nghiệm.

• Khuyến nghị: sử dụng kiểu 4 bánh, 6 bánh, hoặc mecanum.

Agility (Độ linh hoạt – cơ động)

Các yếu tố của agility gồm:

• Tốc độ tối đa

• Gia tốc

• Bán kính quay

• Tốc độ quay

• Khả năng strafe

Bán kính quay là yếu tố thường bị bỏ qua nhưng lại rất quan trọng.
Một drivetrain tốt thường có tốc độ không tải từ 4.5–6 ft/s.

Số lượng motor & tỉ số truyền (Gear ratio)

Nhiều đội mới cố gắng dùng chỉ 2 motor, điều này có thể nhưng không được khuyến khích; mọi đội mạnh đều dùng 4+ motor.

Một vấn đề thường gặp là drivetrain bị quá chậm.

• Các đội nâng cao có thể ưu tiên phòng thủ,

• nhưng nói chung tốc độ + cơ động là yếu tố thành công chính.

Không nên dùng motor 60:1 hoặc 40:1 vì quá chậm cho FTC.
Tỉ số phù hợp cho bánh 4 inch: 16:1 – 20:1.
→ Tỉ số 19.2:1 là phổ biến vì có thể chạy trực tiếp từ motor planetary 19.2:1.
Nó cho gia tốc tức thì và tốc độ tối đa cao.

Với bánh 3 inch, tỉ số tương đương là 12:1 – 15:1 → 13.7:1 là tiện lợi vì tương ứng với motor planetary 13.7:1 của goBILDA.

Đội có thể giảm tốc bằng code nếu cần.

Cảnh báo
Không khuyến nghị dùng spur gearbox cho drivetrain.
Nên dùng planetary gearbox vì bền hơn trước va đập.

Traction / Pushing Power (Độ bám / Lực đẩy)

Dù đôi khi bị đề cao quá mức nhưng vẫn rất quan trọng. Pushing power giúp robot chịu phòng thủ / tham gia phòng thủ. Cũng quan trọng khi robot phải vượt địa hình.

Các yếu tố ảnh hưởng:

• Loại bánh

• Tỉ số truyền

• Khối lượng robot

Lưu ý: Nếu bạn có drivetrain rất cơ động và tài xế giỏi, bạn có thể né phòng thủ thay vì chống lại.

Powering the drivetrain (Truyền công suất)

Có bốn lựa chọn chính:

• Truyền động trực tiếp (direct drive)

• Xích (chain)

• Bánh răng (gear)

• Dây đai (belt)

Không nên dùng direct drive vì hộp số dễ hỏng khi bị va đập (ví dụ bánh bị robot khác tông vào hoặc đập vào tường).

Khuyến nghị belt drivetrain, nhưng belt khó cho đội mới. Xích và bánh răng cũng là lựa chọn tốt.

• Chain cần thiết kế kỹ hơn vì phải dùng tensioner để giữ căng.

• Với gears thì đơn giản hơn và rất hiệu quả, đặc biệt khi dùng với extrusion.

Không nên dùng TETRIX gears.
Nên dùng:

• REV delrin gears (kèm bộ tăng cường hex hub)

• REV aluminum gears

Xem thêm phần Power Transmission.

Các câu hỏi quan trọng trước khi chọn drivetrain

• Bạn cần tốc độ?

• Lực đẩy?

• Khả năng vượt địa hình?

• Có cần strafing không?

Tất cả cần được trả lời trước khi quyết định.

Các lựa chọn Drivetrain

Tank (Skid-Steer) Drivetrains

• 2 Wheel Drive (Pushbot Drive)

• 4 Wheel Drive

• 6 Wheel Drive (6WD)

• 8 Wheel Drive

• Tread Drive

Holonomic Drivetrains

• Mecanum Drive

• X-Drive

• H-Drive
  
  

Sample Drivetrains (Các ví dụ mẫu)

Omni Wheel (Bánh omni – bánh đa hướng)

Omnidirectional wheels do nhiều nhà cung cấp bán, là loại bánh ưu tiên cơ động và strafing hơn độ bám hoặc chuyển động trước–sau.Tương tự bánh mecanum vì có con lăn cao su xoay vuông góc với mặt phẳng bánh.

→ Robot có thể di chuyển ngang (dù không có lực truyền theo hướng ngang).
Omni cũng được dùng như bánh ma sát thấp trong hệ 4, 6 và 8 bánh thay cho bánh traction ở vị trí góc.

X-drive sử dụng 4 bánh omni, nhưng lực bám gần như bằng 0.

Về kỹ thuật, bánh mecanum cũng là dạng omnidirectional, nhưng "omni wheel" nói chung là loại có con lăn quay 90°, còn mecanum là 45°.

Traction wheel (Bánh ma sát / bánh bám)

Bánh traction được thiết kế để bám tối đa.
Nó có vòng ngoài bằng cao su, bản tiếp xúc rộng giúp tiếp xúc lớn với mặt đất.
Thường xuất hiện trên tank drivetrain.
Có nhiều kích thước và độ dày khác nhau.

Strafing

Strafing là hành động di chuyển ngang / bên hông (giống drifting nhưng kiểm soát hơn). Có thể thực hiện bằng bánh omni hoặc mecanum; không thể thực hiện bằng bánh traction.

Parallel Plate Drivetrain (Drivetrain dạng tấm song song)

Đây là drivetrain có các "drive pod" gồm 2 tấm song song, với bánh và hệ truyền động nằm giữa chúng. Khoảng cách giữa hai tấm có thể từ 1” đến 5”, tùy không gian yêu cầu.Thông thường, chiều rộng pod 3” hoặc nhỏ hơn là tốt nhất để tối ưu không gian cho các cơ cấu như intake.