自平衡機(jī)器人8

1、樂高機(jī)器人人教程8 HYPERLINK /blog/#m=0&t=1&c=fks_081070080087089075082094074070092080088074085084081 l m=0&t=1&c=fks_081070080087089075082094074070092080088074085084081 o 默認(rèn)分類 默認(rèn)分類 20088-06-24 222:077:43 閱讀6033 評論0 字號：大中小訂閱 搭建建技巧 5.3模塊塊最大化在搭建機(jī)器器人的過程程中，在沒沒有搭建步步驟圖時，可可能隨時需需要拆卸重重新組裝，至至少會部分分改裝，自自己設(shè)計過過程中會出出現(xiàn)或多或或少

2、的問題題，就算你你是個有經(jīng)經(jīng)驗的、思思路清晰老老手，你在在制作過程程中也會不不斷地改進(jìn)進(jìn)你的想法法和設(shè)計。因此，設(shè)計計機(jī)器人時時，最好使使機(jī)器人結(jié)結(jié)構(gòu)便于拆拆卸，確切切地說，將將你的機(jī)器器人的結(jié)構(gòu)構(gòu)模塊化。將機(jī)器人人模塊人的的好處還有有，你可以以在需要的的時候?qū)⒁灰恍┙M件用用在其他項項目上，而而無需重新新搭建這些些結(jié)構(gòu)。但但也不是常常常這樣，如如果設(shè)計中中需要結(jié)構(gòu)構(gòu)更緊湊，就就要舍棄機(jī)機(jī)器人模塊塊化地想法法，而專注注于系統(tǒng)集集成。盡管管如此，這這仍不失為為設(shè)計樂高高機(jī)器人的的經(jīng)驗之談?wù)劊绕涫鞘墙M建大的的機(jī)器人時時。該原理涉及及一些重要要組件：馬馬達(dá)、傳感感器，當(dāng)然然少不了RRCX。如如果你已

3、經(jīng)經(jīng)迷上了LLEGO機(jī)機(jī)器人，那那建議你去去買一些組組件來拓展展你的機(jī)器器人?？赡苣苣愕钠鞑牟暮芏?，可可以同時開開展不止一一個項目，或或者說，當(dāng)當(dāng)需要搭建建新的機(jī)器器人時，無無須拆掉以以前搭建好好的模型。不過，RRCX、馬馬達(dá)及傳感感器并不便便宜，建議議你最好在在設(shè)計機(jī)器器人時能考考慮到將來來拆卸某些些重要組件件時無需將將它整個拆拆散。注意：設(shè)計機(jī)器人人結(jié)構(gòu)時，起起碼應(yīng)該考考慮到需要要時可以很很方便地為為RCX換電電池。最常常用的解決決方式是將將RCX安裝裝在機(jī)器人人的最上端端，這樣，也也便于按機(jī)機(jī)器人按鈕鈕或讀取RRCX的顯顯示。5.4結(jié)構(gòu)構(gòu)的載重一個可運(yùn)動動的機(jī)器人人需承負(fù)的的最小負(fù)載載為

4、3000克：即1個RCX（及及電池）和和2個馬達(dá)的的重量。如如果加上電電纜、傳感感器及其他他結(jié)構(gòu)組件件，機(jī)器人人的重量很很容易達(dá)到到500克。你是否關(guān)關(guān)心它的質(zhì)質(zhì)量及其相相關(guān)的因素素？在制作機(jī)器器人時，首首先要考慮慮的因素就就是摩擦力力，要盡量量減小。尤尤其是與輪輪子相連的的這部份結(jié)結(jié)構(gòu)。這是是因為輪子子所承受的的所有的重重量都是由由軸傳遞的的。輪子就就象杠桿，距距離它越遠(yuǎn)遠(yuǎn)，作用在在軸上的力力就越大，這這個力可能能會使軸彎彎曲，使梁梁變形，在在梁與軸間間產(chǎn)生很大大的摩擦力力。因此，在在搭建時，應(yīng)應(yīng)盡可能使使辦子靠進(jìn)進(jìn)它要支持持的梁。圖圖5.5所示示的三種情情況：a最不可取取，b次之，c為最好

5、。圖5.5 使馬輪子子盡可能靠靠進(jìn)它所要要支持的梁梁。建議在條件件允許時，盡盡可能不要要用一根梁梁支持承重重軸。圖55.6所示示三種結(jié)構(gòu)構(gòu)比圖5.5所示更更可取，而而所有6種結(jié)構(gòu)中中，圖5.6c所示示結(jié)構(gòu)為最最佳結(jié)構(gòu)，該該結(jié)構(gòu)中在在輪子的兩兩側(cè)各有一一支持梁，就就象自行車車，避免所所有可能由由軸與支持持物上起的的杠桿效應(yīng)應(yīng)，將摩擦擦力降至最最小。圖5.6 采用兩兩個支持梁梁效果要比比用一個好好。RCX的安安放位置對對移動機(jī)器器人的行為為影響很大大。雖然整整個機(jī)器人人的重量決決定機(jī)器人人的行動，但但由于RCCX（及電電池）是整整個機(jī)器人人中最重的的組件，對對平衡負(fù)載載至關(guān)重要要。為了說說明為什么

6、么需要平衡衡負(fù)載，我我們現(xiàn)在回回憶一下”慣性”的定義。本章開頭頭解釋了任任何物體都都有保持原原有運(yùn)動狀狀態(tài)的趨勢勢。有時，是是阻止加速速。質(zhì)量越越大，需要要改變速度度的力越大大。MINDSSTORMMS Coonstrructoopediia所示的的Acroobot模模型就運(yùn)用用了該原理理原理。如如果你已經(jīng)經(jīng)搭建過該該模型，是是否奇怪它它為什么會會翻轉(zhuǎn)而不不是前進(jìn)？這是因為為機(jī)器人的的慣性使它它保持在原原有的狀態(tài)態(tài)即穩(wěn)定性性。一旦為為馬達(dá)提供供動力，輪輪子即試圖圖將動力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為運(yùn)動動，為機(jī)器器人加速。但是，由由于其慣性性很大，而而路面阻力力很小，這這樣，作用用力使機(jī)器器人的身體體翻轉(zhuǎn)過來來而不

7、是使使輪子轉(zhuǎn)動動。一旦機(jī)機(jī)器人翻過過來，由于于機(jī)器人的的前面為非非驅(qū)動輪，使使得它不能能再轉(zhuǎn)動，就就只好加速速了。你大概不想想讓你的機(jī)機(jī)器人也象象Acroobot，通通常，人們們希望自己己的機(jī)器人人穩(wěn)穩(wěn)地停停在地上?？梢岳糜弥亓铀偎俣葋韺?shí)現(xiàn)現(xiàn)：使驅(qū)動動軸遠(yuǎn)離負(fù)負(fù)載遠(yuǎn)些。不需要復(fù)復(fù)雜的運(yùn)算算，只要用用機(jī)器人實(shí)實(shí)踐幾次就就行了-運(yùn)行一個個簡單的程程序：啟動動機(jī)器人、停止、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向，看看看機(jī)器人怎怎么做。試試著將RCCX放在不不同位置，直直到你滿意意為止。主裝：底盤盤、模塊與與負(fù)載下面我們將將本章所討討論的所有有內(nèi)容都作作一總結(jié)。使用MIINDSTTORMSS中的部分分組件，搭搭建圖5.7所示的的

8、底盤。由由于高度降降低，它看看起來很簡簡單，我們們一起來看看一下：圖5.7 完整的平平臺這個平臺看看起來就象象一塊三明明治，用了了兩層梁，中中間夾了一一層板子。因為使用用了垂直梁梁將各層鎖鎖在一起，使使結(jié)構(gòu)非常常結(jié)實(shí)。注注意機(jī)器人人的內(nèi)部，我我們用1xx3連接板板 代替1x44梁，這樣樣，底盤的的上面就很很平整，很很容易安放放RCX或其其他組件。承重軸為兩兩根8軸（8號軸的意意思是指其其長度為88個樂高單單位），用用于支持內(nèi)內(nèi)側(cè)與外側(cè)側(cè)的梁，并并使輪子盡盡可能靠近近支持梁。采用第三章章中介紹的的方法，用用帶有導(dǎo)軌軌的1x22板固定馬馬達(dá)（見圖圖3.4），上上面用兩個個2x4樂高高板固定（ 圖5

9、.8），這個結(jié)構(gòu)中，只需取下這兩片樂高板，無需破壞整體結(jié)構(gòu)，就可取下馬達(dá)（圖5.9）。當(dāng)然，也可可以很方便便地取下導(dǎo)導(dǎo)向輪和兩兩個主輪，用用于其他項項目（圖55.10）。這里需要要提出注意意的是，導(dǎo)導(dǎo)向輪非常常特殊，它它可以使兩兩輪的機(jī)器器人穩(wěn)定、平滑轉(zhuǎn)彎彎。設(shè)計好好的導(dǎo)向輪輪需要很多多技巧，我我們將在第第8章中詳細(xì)細(xì)介紹。一般情況下下，如果你你只有一套套機(jī)器人發(fā)發(fā)明家系統(tǒng)統(tǒng)套裝，為為了制作另另外一個機(jī)機(jī)器人，可可能不得不不拆掉整個個模型。但但是，如果果你有更多多的LEGGO技術(shù)組組件，你就就可以保持持你的機(jī)器器人平臺基基本完整，只只需取下馬馬達(dá)和輪子子就可以開開始一個新新項目了。圖5.9 取

10、下馬達(dá)達(dá)圖5.100 和輪子現(xiàn)在，讓我我們來考慮慮負(fù)載和慣慣性，如果果有LEGGO遙控器器，不需要要任何程序序即可檢驗驗。如果沒沒有遙控器器，建議你你編寫一個個簡單的，能能使機(jī)器人人運(yùn)動、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎的程序序，不需要要很復(fù)雜，如如下面所示示的偽代碼碼就可以了了，該程序序使機(jī)器人人前進(jìn)、后后退，然后后原地轉(zhuǎn)圈圈。startt lefft & righht mootorss forrwarddwait 2 seecondds stop leftt & rrightt mottorswait 2 seeconddsstartt lefft &rrightt mottors reveersewait 2 s

11、eeconddsstop leftt &riight motoorswait 2 seeconddsstartt lefft mootorss forrwarddstartt rigght mmotorrs reeverssewait 2 seeconddsstop leftt &riight motoors將RCX安安放在不同同的位置，看看看會發(fā)生生什么情況況。如果它它只是簡單單轉(zhuǎn)動主輪輪軸（圖55.11）,就象Acrrobott一樣，很很容易翻車車。圖5.111 RCXX安放位置置不合適，會會造成器人人的不穩(wěn)定定。將RCX向向?qū)蜉喎椒较蛞苿?，會會發(fā)現(xiàn)機(jī)器器人越來越越穩(wěn)定（圖圖5.122）

12、，雖然然在機(jī)器人人啟動或停停止時有些些彈跳，卻卻不會再翻翻車了。圖5.122 RCXX位置合適適，可以改改進(jìn)機(jī)器人人的穩(wěn)定性性。小結(jié)本章內(nèi)容可可以概括為為三個詞：分層、模模塊化及平平衡。這機(jī)機(jī)器人結(jié)構(gòu)構(gòu)三要素。分層：可以以使你的機(jī)機(jī)器人結(jié)實(shí)實(shí)，結(jié)構(gòu)合合理?；仡欘櫼幌碌谝灰徽轮兄v的的，用梁和和板子分層層疊放，再再用垂直的的梁加固，可可以得到輕輕巧、穩(wěn)固固的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)穩(wěn)定不是就就需要很多多組件，而而在于設(shè)計計中的技巧巧。模塊化：可可以節(jié)約您您的時間，使使您可以將將一些組件件重復(fù)用在在其他項目目上。這點(diǎn)點(diǎn)對于一些些貴重件，如如傳感器、馬達(dá)，尤尤其是RCCX，頗為為重要，因因為這些組組件比較貴貴，且無法法替代，要要牢記這一一點(diǎn)。不只只是單個組組件，甚至至還可能是是整個子系系統(tǒng)（如導(dǎo)導(dǎo)向輪），在在需要時，都都可以從一一個機(jī)器人人上取下來來，安到另另一個機(jī)器器人上去。平衡：是車車輛穩(wěn)定的的關(guān)鍵。盡盡量降低你你的機(jī)器人人小車的重重心，以減減小慣性及及其不穩(wěn)定定性。試著著將負(fù)責(zé)放放在不同位位置，尤其其是RCXX，使機(jī)器器人最好地地適應(yīng)加速速、減速過過程。在第第十五章我我們將深入入討論這個個問題，我我們在該章章將學(xué)習(xí)如如何