Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

机器人脚与车轮:难题

注意:这段摘录改编自Wolf Donat新书的介绍, 制作一个覆盆子Pi控制的机器人确实是一个逐步的教程,建立自己的机器人漫游车,新的Make:Books.

我喜欢称这个机器人为漫游者,因为我试图在美国宇航局的设计之后对其进行模式化。图1-1显示了成品流动站的总体轮廓。当然,它并不像NASA的版本那么强大,而且你会注意到它的四个(不是六个)轮子并不是独立的减震器,但设计是经过验证的。

谈到轮子:虽然我非常想编写我自己的拟人机器人,比如C-3PO,但是Raspberry Pi的计算能力最有可能达不到控制双足机器人的任务,这是一个可悲的事实。你可能认为这没什么特别的,但是当它发生时,让机器人不仅在两条腿上保持平衡,而且还在它们上行走,这是一个相当大的挑战。本田着名的ASIMO机器人(图1-2)需要多年和数百万美元才能最终独立行走。

为了平衡两只脚,机器人的内部传感器必须不断测量机器人的重心(COG)所在的位置,然后确定机器人脚的位置,然后检查COG是否至少超过了机器人的一只脚,最好是在机器人脚之间的一条线上,或者最多,与该线略微偏移(但不要太远)。如果机器人的COG距离一侧太远,那么机器人的大脑必须发出命令以弯曲该侧的腿以使机器人在另一个方向上略微倾斜,从而将COG带到更稳定的位置,而不会走得太远在另一个方向。如果机器人携带某些东西,那么所有这些值都需要在运行中重新计算。

因此使用轮子有几个优点。首先,不必平衡意味着Pi的计算能力(和伺服功率)可以用于其他任务,例如采集温度样本或移动机器人手臂。其次,根据您使用的轮子类型,轮式车辆可以到达双足机器人无法到达的各种位置。第三,车轮也可以很酷 - 我将你推荐给R2-D2,火星好奇号火星车和火星探测车(精神与机遇),以举例说明非常酷的轮式机器人。

为了将冷却系数提高到怪物卡车水平,我决定采用超大轮子;众所周知,几乎任何轮式车辆使用更大的轮胎看起来要好七倍半。图1-4和1-5证明了我的观点。

然而,这带来了更多的设计挑战。较大的车轮往往较重,并且始终保持机器人或流动站尽可能轻便是一个好主意。重型机器人是一个耗电的机器人,电池和发动机的重量足以开始。大型车轮也具有更大的滚动阻力,尽管滚动阻力在更高的速度和更高的效率下发挥作用比这个漫游车可能经历的更多。

我的解决方案:我使用了Power Wheels车辆的车轮。它们很大而令人印象深刻,但因为它们是由塑料制成的,所以它们几乎不会有任何重量。当然,这导致了进一步的挑战,例如将这些车轮安装到非动力车轮轴上,但正如您所看到的那样,这些问题也得到了解决,通常还结合了螺钉,螺母,螺栓和慷慨的应用环氧树脂和冷焊。

假设您遵循我的分步说明,最终设计可以在这里看到:

Wolfram Donat毕业于阿拉斯加安克雷奇大学,获得学士学位。计算机工程学位。随着对机器人技术,计算机视觉和嵌入式系统的兴趣,他的一般技术兴趣和互联网专业知识使他成为一个极端折衷的程序员。他擅长C和C ++,具有Java,Python和C#/ .NET的其他技能。他是几本书的作者,并从NASA获得了自主潜水器的资助。立即开始构建自己的机器人漫游车!

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