本节书摘来异步社区《机器人爱好者(第2辑)》一书中的第1章,作者:美国SERVO杂志社,更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看
安装轮子
有的人可能会觉得,“轮子越多越好”。这是不对的。轮子多,驱动马达和连接件也随之多起来。
图14展示的是一款来自ServoCity的Nomad机器人,整体已经装好,还没有上线缆、电池和控制系统。请注意右边那根倾斜的方槽,这种设计能让机器人在复杂地形上仍能4轮抓地。
2根方槽中只有1根倾斜,这种设计非常适用于越野型机器人,这款重量为2.95千克的Nomad机器人即是一例。
我第一次调试远程操纵装置,就用了一台Nomad机器人。它运行得很顺利,还能顺利从石头上跃起,稳稳着陆(遗憾的是,后来再也没有做到过,仅此一次而已)。
除非你能按照Ackermann(汽车型)模式把前后轮调试好,不然的话,不论是4轮、6轮还是8轮,都会在行驶过程中产生摩擦,极大地浪费能量。
6轮型很适合复杂地形,不过前后轮都要设计成能转动的,而且每个轮子都要有一定的弹跳性能。除非你真的要打造一款实实在在的越野机器人,否则的话,太多的轮子只是看起来比较酷而已,实则牺牲了效率和功能。
给机器人装轮子,就跟给双轴承齿轮马达装轮子一样简单。不过,有时候我们会碰到“完美”的齿轮马达,不论是转速和扭矩,还是电压和能效,都符合要求,但是,就像我上面已经说过的那样,装上轮子后没有抗挠矩能力。
行星齿轮箱马达通常有一套直径同马达一样的齿轮组,安装面上有螺纹孔,可以紧固在安装位置。图15展示的就是一个ServoCity HD行星齿轮箱,可以看到,它是很易于安装的。
要把轮载荷从马达输出轴上卸下来,就需要使用链式传动。使用两种不同尺寸的链式齿轮,利用齿轮速比增加或降低轮子的转速,并弥补马达有效输出速度不足的问题。
再次建议你去ServoCity的网站看看,在那个网站上,你可以从数百种不同的结构模型和机械模型里学到不少东西。
之所以要用两组差速传动马达和轮子,是因为要防止突发状况,比如轮子被门坎或者坑坑洼洼的地面绊到。如果机器人的两个轮脚一前一后,就有可能发生这种情况。只用一个轮脚的话,就不会有这种问题。
如果前后轮脚的其中一只,或两只同时翘起,驱动轮就可能离地,机器人就搁住了。
更有可能的一种情况是,机器人侧向一边,依靠两个轮脚保持平衡,然后只以一个驱动轮发力,驶入平地。
我同Parallax公司合作,开发了一种弹簧支承轮脚(图16),可以缓解上述问题。如果要用这种轮脚,得根据机器人的重量自备弹簧。
弹簧太硬的话,起不到作用。如果太软,行驶在有起伏的地面上就会摇摇晃晃,启动和停止时也会前后摇摆。
结语
设计机器人没有“最好”的方法。实际制造过程中,有太多问题需要考虑。我可以负责任地说,使用本文介绍的ServoCity原型部件,可以帮助玩家节省机械加工的时间,拿来就用。
VEX、Parallax、MINDS-i、LEGO、Tetrix等公司,为玩家提供了琳琅满目的教育版机器人套装,对于学习机器人设计理念来说极其有用。其实,稍微从成品机器人里汲取一点灵感,就能走出自己的路。.......