自平衡机器人8

1、乐高机器人人教程8 HYPERLINK /blog/#m=0&t=1&c=fks_081070080087089075082094074070092080088074085084081 l m=0&t=1&c=fks_081070080087089075082094074070092080088074085084081 o 默认分类 默认分类 20088-06-24 222:077:43 阅读6033 评论0 字号：大中小订阅 搭建建技巧 5.3模块块最大化在搭建机器器人的过程程中，在没没有搭建步步骤图时，可可能随时需需要拆卸重重新组装，至至少会部分分改装，自自己设计过过程中会出出现或多或或少

2、的问题题，就算你你是个有经经验的、思思路清晰老老手，你在在制作过程程中也会不不断地改进进你的想法法和设计。因此，设计计机器人时时，最好使使机器人结结构便于拆拆卸，确切切地说，将将你的机器器人的结构构模块化。将机器人人模块人的的好处还有有，你可以以在需要的的时候将一一些组件用用在其他项项目上，而而无需重新新搭建这些些结构。但但也不是常常常这样，如如果设计中中需要结构构更紧凑，就就要舍弃机机器人模块块化地想法法，而专注注于系统集集成。尽管管如此，这这仍不失为为设计乐高高机器人的的经验之谈谈，尤其是是组建大的的机器人时时。该原理涉及及一些重要要组件：马马达、传感感器，当然然少不了RRCX。如如果你已

3、经经迷上了LLEGO机机器人，那那建议你去去买一些组组件来拓展展你的机器器人。可能能你的器材材很多，可可以同时开开展不止一一个项目，或或者说，当当需要搭建建新的机器器人时，无无须拆掉以以前搭建好好的模型。不过，RRCX、马马达及传感感器并不便便宜，建议议你最好在在设计机器器人时能考考虑到将来来拆卸某些些重要组件件时无需将将它整个拆拆散。注意：设计机器人人结构时，起起码应该考考虑到需要要时可以很很方便地为为RCX换电电池。最常常用的解决决方式是将将RCX安装装在机器人人的最上端端，这样，也也便于按机机器人按钮钮或读取RRCX的显显示。5.4结构构的载重一个可运动动的机器人人需承负的的最小负载载为

4、3000克：即1个RCX（及及电池）和和2个马达的的重量。如如果加上电电缆、传感感器及其他他结构组件件，机器人人的重量很很容易达到到500克。你是否关关心它的质质量及其相相关的因素素？在制作机器器人时，首首先要考虑虑的因素就就是摩擦力力，要尽量量减小。尤尤其是与轮轮子相连的的这部份结结构。这是是因为轮子子所承受的的所有的重重量都是由由轴传递的的。轮子就就象杠杆，距距离它越远远，作用在在轴上的力力就越大，这这个力可能能会使轴弯弯曲，使梁梁变形，在在梁与轴间间产生很大大的摩擦力力。因此，在在搭建时，应应尽可能使使办子靠进进它要支持持的梁。图图5.5所示示的三种情情况：a最不可取取，b次之，c为最好

5、。图5.5 使马轮子子尽可能靠靠进它所要要支持的梁梁。建议在条件件允许时，尽尽可能不要要用一根梁梁支持承重重轴。图55.6所示示三种结构构比图5.5所示更更可取，而而所有6种结构中中，图5.6c所示示结构为最最佳结构，该该结构中在在轮子的两两侧各有一一支持梁，就就象自行车车，避免所所有可能由由轴与支持持物上起的的杠杆效应应，将摩擦擦力降至最最小。图5.6 采用两两个支持梁梁效果要比比用一个好好。RCX的安安放位置对对移动机器器人的行为为影响很大大。虽然整整个机器人人的重量决决定机器人人的行动，但但由于RCCX（及电电池）是整整个机器人人中最重的的组件，对对平衡负载载至关重要要。为了说说明为什么

6、么需要平衡衡负载，我我们现在回回忆一下”惯性”的定义。本章开头头解释了任任何物体都都有保持原原有运动状状态的趋势势。有时，是是阻止加速速。质量越越大，需要要改变速度度的力越大大。MINDSSTORMMS Coonstrructoopediia所示的的Acroobot模模型就运用用了该原理理原理。如如果你已经经搭建过该该模型，是是否奇怪它它为什么会会翻转而不不是前进？这是因为为机器人的的惯性使它它保持在原原有的状态态即稳定性性。一旦为为马达提供供动力，轮轮子即试图图将动力转转换为运动动，为机器器人加速。但是，由由于其惯性性很大，而而路面阻力力很小，这这样，作用用力使机器器人的身体体翻转过来来而不

7、是使使轮子转动动。一旦机机器人翻过过来，由于于机器人的的前面为非非驱动轮，使使得它不能能再转动，就就只好加速速了。你大概不想想让你的机机器人也象象Acroobot，通通常，人们们希望自己己的机器人人稳稳地停停在地上。可以利用用重力加速速度来实现现：使驱动动轴远离负负载远些。不需要复复杂的运算算，只要用用机器人实实践几次就就行了-运行一个个简单的程程序：启动动机器人、停止、转转向，看看看机器人怎怎么做。试试着将RCCX放在不不同位置，直直到你满意意为止。主装：底盘盘、模块与与负载下面我们将将本章所讨讨论的所有有内容都作作一总结。使用MIINDSTTORMSS中的部分分组件，搭搭建图5.7所示的的

8、底盘。由由于高度降降低，它看看起来很简简单，我们们一起来看看一下：图5.7 完整的平平台这个平台看看起来就象象一块三明明治，用了了两层梁，中中间夹了一一层板子。因为使用用了垂直梁梁将各层锁锁在一起，使使结构非常常结实。注注意机器人人的内部，我我们用1xx3连接板板 代替1x44梁，这样样，底盘的的上面就很很平整，很很容易安放放RCX或其其他组件。承重轴为两两根8轴（8号轴的意意思是指其其长度为88个乐高单单位），用用于支持内内侧与外侧侧的梁，并并使轮子尽尽可能靠近近支持梁。采用第三章章中介绍的的方法，用用带有导轨轨的1x22板固定马马达（见图图3.4），上上面用两个个2x4乐高高板固定（ 图5

9、.8），这个结构中，只需取下这两片乐高板，无需破坏整体结构，就可取下马达（图5.9）。当然，也可可以很方便便地取下导导向轮和两两个主轮，用用于其他项项目（图55.10）。这里需要要提出注意意的是，导导向轮非常常特殊，它它可以使两两轮的机器器人稳定、平滑转弯弯。设计好好的导向轮轮需要很多多技巧，我我们将在第第8章中详细细介绍。一般情况下下，如果你你只有一套套机器人发发明家系统统套装，为为了制作另另外一个机机器人，可可能不得不不拆掉整个个模型。但但是，如果果你有更多多的LEGGO技术组组件，你就就可以保持持你的机器器人平台基基本完整，只只需取下马马达和轮子子就可以开开始一个新新项目了。图5.9 取

10、下马达达图5.100 和轮子现在，让我我们来考虑虑负载和惯惯性，如果果有LEGGO遥控器器，不需要要任何程序序即可检验验。如果没没有遥控器器，建议你你编写一个个简单的，能能使机器人人运动、转转弯的程序序，不需要要很复杂，如如下面所示示的伪代码码就可以了了，该程序序使机器人人前进、后后退，然后后原地转圈圈。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将RCX安安放在不同同的位置，看看看会发生生什么情况况。如果它它只是简单单转动主轮轮轴（图55.11）,就象Acrrobott一样，很很容易翻车车。图5.111 RCXX安放位置置不合适，会会造成器人人的不稳定定。将RCX向向导向轮方方向移动，会会发现机器器人越来越越稳定（图图5.122）

12、，虽然然在机器人人启动或停停止时有些些弹跳，却却不会再翻翻车了。图5.122 RCXX位置合适适，可以改改进机器人人的稳定性性。小结本章内容可可以概括为为三个词：分层、模模块化及平平衡。这机机器人结构构三要素。分层：可以以使你的机机器人结实实，结构合合理。回顾顾一下第一一章中讲的的，用梁和和板子分层层叠放，再再用垂直的的梁加固，可可以得到轻轻巧、稳固固的结构。结构的稳稳定不是就就需要很多多组件，而而在于设计计中的技巧巧。模块化：可可以节约您您的时间，使使您可以将将一些组件件重复用在在其他项目目上。这点点对于一些些贵重件，如如传感器、马达，尤尤其是RCCX，颇为为重要，因因为这些组组件比较贵贵，且无法法替代，要要牢记这一一点。不只只是单个组组件，甚至至还可能是是整个子系系统（如导导向轮），在在需要时，都都可以从一一个机器人人上取下来来，安到另另一个机器器人上去。平衡：是车车辆稳定的的关键。尽尽量降低你你的机器人人小车的重重心，以减减小惯性及及其不稳定定性。试着着将负责放放在不同位位置，尤其其是RCXX，使机器器人最好地地适应加速速、减速过过程。在第第十五章我我们将深入入讨论这个个问题，我我们在该章章将学习如如何