“万兽之王”四蹄奔 更稳更快有窍门

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  Power Tech比赛是利用小型直流电视为动力,利用木板,冰棒棍等,做出模仿动物运动方式的机器人。不同作品仿生的基本要求不同,如“万兽之王”要求机器人能够像老虎一样四脚行走;“机械战鼠”要求机器人像袋鼠一样跳跃前进;“虫虫危机”要求机器人像毛毛虫一样蠕动爬行;“蚂蚁雄兵”要求机器人能够像蚂蚁一样爬行。本期我们先来说说“万兽之王”。
  “万兽之王”的行走姿态
  Power Tech仿生机器人,都可以分为两个部分:外观与机体。图1是2013年台湾比赛中参加接力赛的3个作品,左边是“万兽之王”,中间是“机械战鼠”,右边是“龙猫巴士”。外观部分可以赛前准备,比赛时将作品带入赛场,而机体部分必须在比赛现场3小时之内完成。
  “万兽之王”采用的是四脚前进的运动方式,它的四脚之间配合情况不是士兵的“齐步走”。仔细观察机器人的行走姿态,我们可以发现:这四只脚之间的运动情况是任意两只脚的运动方向一定相反,如图2a所示。我们试想一下乌龟四脚前进的运动方式,如图2b所示,这是安装与调试的重要参考依据,因此“万兽之王”安装时,左右摇臂安装必须相反。
  “万兽之王”的前进速度
  Power Tech比赛使用的电动机,转动速度通常是18000转/分钟,合300转/秒。减速箱的F轴减速比为130:1,经过减速箱减速之后,F轴转速为138.5转/分钟,合2.3转/秒。但是在这样的速度下,机器人的行走情况很不稳定,会因为行走过快而明显跳动,因此这个转速还是有点快。为了机器人行走稳定,我们可以让转速控制在60转/分钟左右,即1转/秒左右,最快不要超过1.5转/秒,这时机器人行走的跳动就能够明显减小。如果在机器人脚底加上缓冲材料,可以使机器人的前进速度明显提高。
  减速箱s轴的减速比为475:1。18000转/分钟的电动机经过s轴减速,转速为37.9转/分钟,合0.6转/秒,这个转速下,拔河时力量也不够,最好转速再低一点。
  摇臂有3个孔,最小半径1厘米,两孔间距0.5厘米,最大半径2厘米。摇臂旋转一周,带动前后脚移动距离分别为2厘米、3厘米、4厘米。
  机器人的前进速度=机器人的步频×机器人的步伐。如果F轴转速为2.3转/秒,摇臂最大半径2厘米,则最大步伐为4厘米,它的最快速度=4厘米×2.3转/秒=9.2厘米/秒。赛道长210厘米,实际行走距离为170厘米,如果不改动摇臂,这个机器人竞速最快需要170厘米÷9.2厘米/秒=18.5秒。
  (责任编辑:白玉磊 责任校对:夏越)
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