轮腿平衡步兵总结 - 机械设计篇


轮腿平衡步兵总结 - 机械设计篇

轮子设计

先看一下不能上场的轮子长什么样

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再来看看能上场的轮子长什么样

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两个图中可以很明显看出区别为能上场的轮子会比较薄,当其踩到大弹丸可以碾压过去,而较宽的轮子则无论如何也过不了大弹丸。

另一个关键特性是轮子的半径,轮子半径越大,其越野性能越好,但 RM 赛场上需要的越野性能不需要特别高(只需要能踩过大弹丸就行),故轮子半径可以不需要 11cm 那么大(11cm 是 2023 赛季的数据),可以不用为了设计大轮子而导致云台设计出现很大的问题。

铝框防护设计

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外层铝框并不是必要的,但它可以有效防止腿被卡住或者对腿造成很大损伤,故最好加上。其刚度是最为重要的特性,因为需要经常经历碰撞,设计时需要特别注意。

腿设计

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目前算法对腿的长度以及各腿比例要求并不高,但是 2023 赛季有一个问题,就是装上铝框之后,右侧关节与左侧关节连接处安装方式不同导致摩擦力大小不一样,这将会导致起跳时往一边倾斜。

电机包装得太过严密,导致电机散热很成问题,这将使电机很容易进入过热保护状态。

腿上下限位设计

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由于在进行运动学解算时,不只有一个解,为将腿保持在一定范围内,需要限制两侧小腿的角度,防止出现异形腿的情况无法恢复。上下限位共同决定了关节的运动范围,同时上限位作为关节电机初始化的位置,必须保证左右两个小腿在机器人倒下时能够自然收到两个限位处。下限位则决定了起跳或者站立的最大高度。

倾倒导轮设计

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倾倒角度指的是机器人不受力时自然倾倒时,车身与水平的夹角(如图),倾角较小时起身功率将会降低很多,但可能会导致上坡时导轮磕到坡,故需要设计到一个合适的角度(2023 赛季为 18 度)。上交通过减小倾角,同时在上坡时让机器人抬腿抬高,这是一个不错的优化思路,可以参考一下。

该导轮设计时最好不要在装甲板外面,因为如果露出在装甲板外面,将会导致机器人变长,这样下落凤坡时若速度不够,则很容易磕到导轮翻车。(这一点同时也要求车尽量做短一些)。

该导轮位置也是磕碰重灾区,需要保证刚度。

NUC 位置设计

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目前 NUC 设计在云台与底盘连接处,这会导致 NUC 散热困难,散出的热量会加剧关节电机的发热。

Yaw 轴固定设计

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当前(2023 赛季)固定方式十分冗余,使机器人增重明显。

IMU 位置设计

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IMU 需要放置在如图的位置,但图中由于设计问题,若需要更换 IMU 则需要将底下的整块板子拆掉,十分麻烦,故下一版车需要特别考虑这个问题。

其它细节问题

  1. 在电路完整布完线之后,需要检查一下重心位置,尽量把两边调整到对称位置。

  2. 减一下重(23 赛季 23kg 左右),否则起身功率很高以及起跳困难。

  3. 设计完成之后记得和电路讨论一下布线,尽量让布线阳间一点。


文章作者: 闲梦溪
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