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機(jī)器人技術(shù)搭建技巧(1)作者:佚名 文章來源:西覓亞科技有限公司 點(diǎn)擊數(shù): 943 更新時間:2005-4-7內(nèi)容簡介: 固定層 模塊最大化 載重結(jié)構(gòu)組裝:底盤、模塊、負(fù)載1.簡介 前面介紹了馬達(dá)與傳感器,幾何結(jié)構(gòu)與傳動裝置,現(xiàn)在該將這些組件結(jié)合起來,搭建一些更復(fù)雜的東西。我們倡導(dǎo)制作機(jī)器人要有創(chuàng)意,所以,本書不介紹什么通用規(guī)則與風(fēng)格指南,因?yàn)楦揪蜎]法介紹。本章將簡要介紹一些搭建技巧,在你設(shè)計(jì)自己的機(jī)器人或機(jī)器人系統(tǒng)時可能會有所啟發(fā),2.固定層 我們在第一章中已經(jīng)介紹過積木標(biāo)準(zhǔn),水平與垂直梁之間的互鎖是如何實(shí)現(xiàn)的,其順序是:1根梁,2塊板子,再一根梁,再2塊板子 我們可以利用兩根梁之間加一層板的方式,將兩組梁疊在一起,這樣就可以得到一個很簡單的底盤, 如圖 1.所示。雖然簡單,但結(jié)構(gòu)非常結(jié)實(shí)。這也證明了第1章介紹用垂直梁鎖定水平梁的重要性了,如果拿走4個1x6要垂直梁,結(jié)構(gòu)就很容易松散掉。 圖 1. 一個簡單的底盤 我們不必將所有的梁都沿同一方向擺放,而將板子沿另一方向擺放??赡苣阈枰獌蛇叾夹枰獢[梁,如圖 2所示結(jié)構(gòu),即在中間使用了梁。 圖 2. 梁與板子交叉擺放注意:請用黑色的銷連接梁。因?yàn)楹阡N比灰色的銷有更大摩擦力,與梁的孔配合更緊密。而灰色的鎖子,適合于做可移動連接時使用 ,如杠桿與臂。 有時,你想用某個部件在水平梁高度內(nèi)固定層,可能因?yàn)樾枰獙寤蛄呵对谒搅荷厦婊蛘呦旅妗5怪惫潭ǖ牧嚎赡軙晕⒊鏊搅航Y(jié)構(gòu)上面或下面。此時,連接臂便顯得非常有用,如圖5.3所示的三個例子。 連接臂 a: 兩個1x5的連接板及兩個標(biāo)準(zhǔn)單位的黑色鎖子 連接臂b: 1個1x5的連接板及0.75標(biāo)準(zhǔn)的灰色鎖子 連接臂c: 兩個1x3的連接板及一端有軸的鎖子注意: 讓每個樂高積木都有一個名字并不是件容易的事,一些人將連接板稱為半梁,因?yàn)樗挥辛旱母叨鹊囊话?。因此,我們選擇了被大多數(shù)人接受的術(shù)語:請參考LUGNET LEGO組件表(附錄A中有該網(wǎng)站的網(wǎng)址)。 圖 3. 使用liftarm固定梁 盡管我們強(qiáng)調(diào)固定梁的重要性,但我們也要用最少的部件搭出穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。如果需要固定的水平梁比較短,用一根垂直梁就可以固定。圖 4 a所示的結(jié)構(gòu)就比b所示的結(jié)構(gòu)好,因?yàn)橄鄬碚f,a結(jié)構(gòu)經(jīng)b結(jié)構(gòu)使用組件少,重量更輕。實(shí)際上,在設(shè)計(jì)機(jī)器人時,重量是必須考慮的一個重要因素,尤其是在設(shè)計(jì)可移動機(jī)器人時,由于物體自身的慣性及馬達(dá)的軸所能承受的摩擦力等多種原因,重量的增大,將導(dǎo)致機(jī)器人性能的降低。 圖 4. 一根垂直的梁就足可以完成固定作用。技巧與提示:什么是慣性? 物理學(xué)上,慣性即物體所要保持原有的運(yùn)動或靜止?fàn)顟B(tài)的趨勢:即原來靜止的物體會傾向于保持靜止?fàn)顟B(tài),原來運(yùn)動的物體會努力保持運(yùn)動的狀態(tài)、速度及方向,這是所有物體的共性。但是我們看到,外界改變其原狀態(tài)需要的條件不同,這主要取決于物體的質(zhì)量(物質(zhì)的量)。有一種現(xiàn)象可以很好地說明物體質(zhì)量對其慣性的影響。大家都在商場購物的經(jīng)歷:購物車。購物車空著時,稍用些力,我們就很容易推動它或使它停下來,或改變其前進(jìn)的方向。隨著里面放的貨物越來越多,改變它的狀態(tài)需要費(fèi)的力氣就會變大。這是什么原因呢?原來,物體質(zhì)量增加,其慣性也隨著增加了。同樣,你的機(jī)器人質(zhì)量越大,加速或制動時需要馬達(dá)提供的力量就越大。3.模塊最大化 在搭建機(jī)器人的過程中,在沒有搭建步驟圖時,可能隨時需要拆卸重新組裝,至少會部分改裝,自己設(shè)計(jì)過程中會出現(xiàn)或多或少的問題,就算你是個有經(jīng)驗(yàn)的、思路清晰老手,你在制作過程中也會不斷地改進(jìn)你的想法和設(shè)計(jì)。 因此,設(shè)計(jì)機(jī)器人時,最好使機(jī)器人結(jié)構(gòu)便于拆卸,確切地說,將你的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)模塊化。將機(jī)器人模塊人的好處還有,你可以在需要的時候?qū)⒁恍┙M件用在其他項(xiàng)目上,而無需重新搭建這些結(jié)構(gòu)。但也不是常常這樣,如果設(shè)計(jì)中需要結(jié)構(gòu)更緊湊,就要舍棄機(jī)器人模塊化地想法,而專注于系統(tǒng)集成。盡管如此,這仍不失為設(shè)計(jì)樂高機(jī)器人的經(jīng)驗(yàn)之談,尤其是組建大的機(jī)器人時。 該原理涉及一些重要組件:馬達(dá)、傳感器,當(dāng)然少不了RCX。如果你已經(jīng)迷上了LEGO機(jī)器人,那建議你去買一些組件來拓展你的機(jī)器人??赡苣愕钠鞑暮芏啵梢酝瑫r開展不止一個項(xiàng)目,或者說,當(dāng)需要搭建新的機(jī)器人時,無須拆掉以前搭建好的模型。不過,RCX、馬達(dá)及傳感器并不便宜,建議你最好在設(shè)計(jì)機(jī)器人時能考慮到將來拆卸某些重要組件時無需將它整個拆散。注意:設(shè)計(jì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)時,起碼應(yīng)該考慮到需要時可以很方便地為RCX換電池。最常用的解決方式是將RCX安裝在機(jī)器人的最上端,這樣,也便于按機(jī)器人按鈕或讀取RCX的顯示。 4.結(jié)構(gòu)的載重 一個可運(yùn)動的機(jī)器人需承負(fù)的最小負(fù)載為300克:即1個RCX(及電池)和2個馬達(dá)的重量。如果加上電纜、傳感器及其他結(jié)構(gòu)組件,機(jī)器人的重量很容易達(dá)到500克。你是否關(guān)心它的質(zhì)量及其相關(guān)的因素? 在制作機(jī)器人時,首先要考慮的因素就是摩擦力,要盡量減小。尤其是與輪子相連的這部份結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)檩喿铀惺艿乃械闹亓慷际怯奢S傳遞的。輪子就象杠桿,距離它越遠(yuǎn),作用在軸上的力就越大,這個力可能會使軸彎曲,使梁變形,在梁與軸間產(chǎn)生很大的摩擦力。因此,在搭建時,應(yīng)盡可能使辦子靠進(jìn)它要支持的梁。建議在條件允許時,盡可能不要用一根梁支持承重軸。 RCX的安放位置對移動機(jī)器人的行為影響很大。雖然整個機(jī)器人的重量決定機(jī)器人的行動,但由于RCX(及電池)是整個機(jī)器人中最重的組件,對平衡負(fù)載至關(guān)重要。為了說明為什么需要平衡負(fù)載,我們現(xiàn)在回憶一下”慣性”的定義。本章開頭解釋了任何物體都有保持原有運(yùn)動狀態(tài)的趨勢。有時,是阻止加速。質(zhì)量越大,需要改變速度的力越大。 MINDSTORMS Constructopedia所示的Acrobot模型就運(yùn)用了該原理原理。如果你已經(jīng)搭建過該模型,是否奇怪它為什么會翻轉(zhuǎn)而不是前進(jìn)?這是因?yàn)闄C(jī)器人的慣性使它保持在原有的狀態(tài)即穩(wěn)定性。一旦為馬達(dá)提供動力,輪子即試圖將動力轉(zhuǎn)換為運(yùn)動,為機(jī)器人加速。但是,由于其慣性很大,而路面阻力很小,這樣,作用力使機(jī)器人的身體翻轉(zhuǎn)過來而不是使輪子轉(zhuǎn)動。一旦機(jī)器人翻過來,由于機(jī)器人的前面為非驅(qū)動輪,使得它不能再轉(zhuǎn)動,就只好加速了。 你大概不想讓你的機(jī)器人也象Acrobot,通常,人們希望自己的機(jī)器人穩(wěn)穩(wěn)地停在地上??梢岳弥亓铀俣葋韺?shí)現(xiàn):使驅(qū)動軸遠(yuǎn)離負(fù)載遠(yuǎn)些。不需要復(fù)雜的運(yùn)算,只要用機(jī)器人實(shí)踐幾次就行了-運(yùn)行一個簡單的程序:啟動機(jī)器人、停止、轉(zhuǎn)向,看看機(jī)器人怎么做。試著將RCX放在不同位置,直到你滿意為止。小結(jié)本章內(nèi)容可以概括為三個詞:分層、模塊化及平衡。這機(jī)器人結(jié)構(gòu)三要素。分層:可以使你的機(jī)器人結(jié)實(shí),結(jié)構(gòu)合理?;仡櫼幌碌谝徽轮兄v的,用梁和板子分層疊放,再用垂直的梁加固,可以得到輕巧、穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定不是就需要很多組件,而在于設(shè)計(jì)中的技巧。模塊化:可以節(jié)約您的時間,使您可以將一些組件重復(fù)用在其他項(xiàng)目上。這點(diǎn)對于一些貴重件,如傳感器、馬達(dá),尤其是RCX,頗為重要,因?yàn)檫@些組件比較貴,且無法替代,要牢記這一點(diǎn)。不只是單個組件,甚至還可能是整個子系統(tǒng)(如導(dǎo)向輪),在需要時,都可以從一個機(jī)器人上取下來,安到另一個機(jī)器人上去。平衡:是車輛穩(wěn)定的關(guān)鍵。盡量降低你的機(jī)器人小車的重心,以減小慣性及其不穩(wěn)定性。試著將負(fù)責(zé)放在不同位置,尤其是RCX,使機(jī)器人最好地適應(yīng)加速、減速過程。在第十五章我們將深入討論這個問題,我們在該章將學(xué)習(xí)如何搭建

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