自平衡机器人858010.docx

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1、乐高机器人教程8默认分类 2008-06-24 22:07:43 阅读603 评论0 字号：大中小订阅 搭建技巧 5.3模块最大大化在搭建机器人的的过程中，在在没有搭建步步骤图时，可可能随时需要要拆卸重新组组装，至少会会部分改装，自自己设计过程程中会出现或或多或少的问问题，就算你你是个有经验验的、思路清清晰老手，你你在制作过程程中也会不断断地改进你的的想法和设计计。因此，设计机器器人时，最好好使机器人结结构便于拆卸卸，确切地说说，将你的机机器人的结构构模块化。将将机器人模块块人的好处还还有，你可以以在需要的时时候将一些组组件用在其他他项目上，而而无需重新搭搭建这些结构构。但也不是是常常这样，如

2、如果设计中需需要结构更紧紧凑，就要舍舍弃机器人模模块化地想法法，而专注于于系统集成。尽尽管如此，这这仍不失为设设计乐高机器器人的经验之之谈，尤其是是组建大的机机器人时。该原理涉及一些些重要组件：马达、传感感器，当然少少不了RCXX。如果你已已经迷上了LLEGO机器器人，那建议议你去买一些些组件来拓展展你的机器人人。可能你的的器材很多，可可以同时开展展不止一个项项目，或者说说，当需要搭搭建新的机器器人时，无须须拆掉以前搭搭建好的模型型。不过，RRCX、马达达及传感器并并不便宜，建建议你最好在在设计机器人人时能考虑到到将来拆卸某某些重要组件件时无需将它它整个拆散。注意：设计机器人结构构时，起码应应

3、该考虑到需需要时可以很很方便地为RRCX换电池池。最常用的的解决方式是是将RCX安装在在机器人的最最上端，这样样，也便于按按机器人按钮钮或读取RCCX的显示。5.4结构的载载重一个可运动的机机器人需承负负的最小负载载为300克：即即1个RCX（及电电池）和2个马达的重重量。如果加加上电缆、传传感器及其他他结构组件，机机器人的重量量很容易达到到500克。你你是否关心它它的质量及其其相关的因素素？在制作机器人时时，首先要考考虑的因素就就是摩擦力，要要尽量减小。尤尤其是与轮子子相连的这部部份结构。这这是因为轮子子所承受的所所有的重量都都是由轴传递递的。轮子就就象杠杆，距距离它越远，作作用在轴上的的力

4、就越大，这这个力可能会会使轴弯曲，使使梁变形，在在梁与轴间产产生很大的摩摩擦力。因此此，在搭建时时，应尽可能能使办子靠进进它要支持的的梁。图5.5所示的三三种情况：aa最不可取，bb次之，c为最好。图5.5 使马马轮子尽可能能靠进它所要要支持的梁。建议在条件允许许时，尽可能能不要用一根根梁支持承重重轴。图5.6所示三种种结构比图55.5所示更更可取，而所所有6种结构中，图图5.6c所示示结构为最佳佳结构，该结结构中在轮子子的两侧各有有一支持梁，就就象自行车，避避免所有可能能由轴与支持持物上起的杠杠杆效应，将将摩擦力降至至最小。图5.6 采采用两个支持持梁效果要比比用一个好。RCX的安放位位置对

5、移动机机器人的行为为影响很大。虽虽然整个机器器人的重量决决定机器人的的行动，但由由于RCX（及电电池）是整个个机器人中最最重的组件，对对平衡负载至至关重要。为为了说明为什什么需要平衡衡负载，我们们现在回忆一一下”惯性”的定义。本本章开头解释释了任何物体体都有保持原原有运动状态态的趋势。有有时，是阻止止加速。质量量越大，需要要改变速度的的力越大。MINDSTOORMS CConstrructoppedia所所示的Acrrobot模模型就运用了了该原理原理理。如果你已已经搭建过该该模型，是否否奇怪它为什什么会翻转而而不是前进？这是因为机机器人的惯性性使它保持在在原有的状态态即稳定性。一一旦为马达提

6、提供动力，轮轮子即试图将将动力转换为为运动，为机机器人加速。但但是，由于其其惯性很大，而而路面阻力很很小，这样，作作用力使机器器人的身体翻翻转过来而不不是使轮子转转动。一旦机机器人翻过来来，由于机器器人的前面为为非驱动轮，使使得它不能再再转动，就只只好加速了。你大概不想让你你的机器人也也象Acroobot，通通常，人们希希望自己的机机器人稳稳地地停在地上。可可以利用重力力加速度来实实现：使驱动动轴远离负载载远些。不需需要复杂的运运算，只要用用机器人实践践几次就行了了-运行一个个简单的程序序：启动机器器人、停止、转转向，看看机机器人怎么做做。试着将RRCX放在不不同位置，直直到你满意为为止。主装

7、：底盘、模模块与负载下面我们将本章章所讨论的所所有内容都作作一总结。使使用MINDDSTORMMS中的部分分组件，搭建建图5.7所示的的底盘。由于于高度降低，它它看起来很简简单，我们一一起来看一下下：图5.7 完整整的平台这个平台看起来来就象一块三三明治，用了了两层梁，中中间夹了一层层板子。因为为使用了垂直直梁将各层锁锁在一起，使使结构非常结结实。注意机机器人的内部部，我们用11x3连接板板 代替1x4梁，这这样，底盘的的上面就很平平整，很容易易安放RCXX或其他组件件。承重轴为两根8轴（8号轴的意思思是指其长度度为8个乐高单位位），用于支支持内侧与外外侧的梁，并并使轮子尽可可能靠近支持持梁。

8、采用第三章中介介绍的方法，用用带有导轨的的1x2板固定定马达（见图图3.4），上上面用两个22x4乐高板板固定（ 图5.8），这这个结构中，只只需取下这两两片乐高板，无无需破坏整体体结构，就可可取下马达（图图5.9）。当然，也可以很很方便地取下下导向轮和两两个主轮，用用于其他项目目（图5.110）。这里里需要提出注注意的是，导导向轮非常特特殊，它可以以使两轮的机机器人稳定、平平滑转弯。设设计好的导向向轮需要很多多技巧，我们们将在第8章中详细介介绍。一般情况下，如如果你只有一一套机器人发发明家系统套套装，为了制制作另外一个个机器人，可可能不得不拆拆掉整个模型型。但是，如如果你有更多多的LEGOO

9、技术组件，你你就可以保持持你的机器人人平台基本完完整，只需取取下马达和轮轮子就可以开开始一个新项项目了。图5.9 取下下马达图5.10 和轮子子现在，让我们来来考虑负载和和惯性，如果果有LEGOO遥控器，不不需要任何程程序即可检验验。如果没有有遥控器，建建议你编写一一个简单的，能能使机器人运运动、转弯的的程序，不需需要很复杂，如如下面所示的的伪代码就可可以了，该程程序使机器人人前进、后退退，然后原地地转圈。start lleft & righht mottors fforwarrdwait 2 seconnds stop leeft & rightt motoorswait 2 seconnd

10、sstart lleft &rightt motoors reeverseewait 2 seconndsstop leeft &rright motorrswait 2 seconndsstart lleft mmotorss forwwardstart rright motorrs revversewait 2 seconndsstop leeft &rright motorrs将RCX安放在在不同的位置置，看看会发发生什么情况况。如果它只只是简单转动动主轮轴（图图5.11）,就象Acroobot一样样，很容易翻翻车。图5.11 RRCX安放位位置不合适，会会造成器人的的不稳定。将RCX向

11、导向向轮方向移动动，会发现机机器人越来越越稳定（图55.12），虽虽然在机器人人启动或停止止时有些弹跳跳，却不会再再翻车了。图5.12 RRCX位置合合适，可以改改进机器人的的稳定性。小结本章内容可以概概括为三个词词：分层、模模块化及平衡衡。这机器人人结构三要素素。分层：可以使你你的机器人结结实，结构合合理。回顾一一下第一章中中讲的，用梁梁和板子分层层叠放，再用用垂直的梁加加固，可以得得到轻巧、稳稳固的结构。结结构的稳定不不是就需要很很多组件，而而在于设计中中的技巧。模块化：可以节节约您的时间间，使您可以以将一些组件件重复用在其其他项目上。这这点对于一些些贵重件，如如传感器、马马达，尤其是是R

12、CX，颇为为重要，因为为这些组件比比较贵，且无无法替代，要要牢记这一点点。不只是单单个组件，甚甚至还可能是是整个子系统统（如导向轮轮），在需要要时，都可以以从一个机器器人上取下来来，安到另一一个机器人上上去。平衡：是车辆稳稳定的关键。尽尽量降低你的的机器人小车车的重心，以以减小惯性及及其不稳定性性。试着将负负责放在不同同位置，尤其其是RCX，使机机器人最好地地适应加速、减减速过程。在在第十五章我我们将深入讨讨论这个问题题，我们在该该章将学习如如何搭建步行行机器人（平平衡问题将至至关重要）。我们并不是总能能能够实现这这些想法。有有时，由于多多种因素，我我们可能要考考虑一种折衷衷的方案，例例如，要求紧紧凑，可能会会与模块化意意向冲突。强强调外型，如如第18章中引入入的电影形象象模型中使用用的，可能使使我们不得完完全遵循这里里谈到的一些些规则，但并并不是说它们们是冲突的。把把它作为指导导思路，但不不要受其束缚缚，去做你想想做的。