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【王大师出品】格斗机器人的两大核心-行驶|武器

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swanglei  超级版主
 楼主|

发表于 2018-1-5 18:10:04

本帖最后由 swanglei 于 2018-1-10 23:41 编辑

      首先,我先来说下机器人的行驶系统。一套行驶系统,在整个格斗机器人的设计当中尤其重要,可能有人会觉得武器是最重要的,其实并不是,因为我就犯过这样一个天大的错误。在参加铁甲雄心第一季的时候,我设计的机器人太过于在乎武器的攻击力了,导致我完全忽略了行驶系统的重要性,说难听点有点自负了,因此,导致我的机器人设计存在着重大缺陷,后来清醒了之后已经来不及了,十分后悔。所以,我必须叫大家从一个格斗机器人的行驶系统做起。那么说了我的个人醒悟之后,为什么说行驶系统是最重要的呢?其实道理很简单,你的武器攻击能力再强,但是你跑的很慢,行驶不灵活或者说控制的不灵活,还有就是机器人行驶很不稳定,很容易拐外过头,冲过头之类的问题,那你就会错过最佳的攻击时间,说难听点就是在那乱打一通!那么我们想一下,相反,如果你的机器人行驶系统很稳定,几乎可以做到操控和机器人的行驶保持一致,操控随心所欲,也就是我们常说的老司机级别。他绝对不是简简单单的操控厉害,而是在机器人的行驶系统已经调到相当完美的状态,才能有最后如此流畅的操作。当然这里其实涉及到相当多的问题,轮子的摩擦性、电机转速、机器人的灵活性等问题,我后面会陆续给大家详细地进行分析的。最终,机器人的行驶稳定性、灵活性从硬件的角度得到有效的保障之后,才能上升到选手操控的层面,有了充分的经验之后,成为传说中的神操控,才能让你强有力的武器真正发挥它最大攻击力。
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      说完了行驶系统的重要性,那么我来说明一下行驶系统的构成。这个行驶系统呢,动力来源不用说,肯定是电机,常规的比赛电机都是使用直流有刷电机,不过现在国外的很多选手已经放弃有刷电机,使用无刷电机了,至于为什么?会在我后面的文章来介绍。然而啊,光有电机其实是不能够的,因为直接用电机带动轮子,这个轮子会飞起来的!一般的电机转速很高,有每分钟几千转几万转的。所以我们要给电机配一个减速箱,通过这个减速箱,将我们电机的转速降下来,并且还有一个好处,就是输出轴的输出扭矩增大了很多倍。这时候你就可以用它来带动一个轮子了。那么这个轮子呀,其实也有相当多的说法,其中影响机器人行驶速度的比较重要的参数就是轮子的大小,也就是轮胎的外径问题。这个轮子其实也相当于一个减速箱里面的齿轮,如果这个轮子特别大,那这个机器人又可以起飞了!如果这个轮子稍微小一些,机器人的行驶速度就可以慢下来了。这里啊,我提前给大家分享一个经验吧,在不知道该怎么计算或者选择轮子直径的前提下,直接使用低于电机直径的2倍左右的轮子即可。这个方法比较简单,也容易记。
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      说完了单独的减速电机和轮子的这部分之后呢,我们来讲一下轮子和电机在整个机器人当中的布局问题。首先,前面我提到的机器人行驶的稳定性和灵活性,其实是互相矛盾的。我先说机器人的稳定性,如果说一个机器人要想稳定行驶,影响最直接的就是轮子的数量,那两个轮子肯定不如四个轮子,四个轮子肯定又不如六个轮子,就是这么简单的道理!紧接着就是机器人的灵活性,六个轮子不如四个轮子,四个轮子肯定又不如两个轮子,怎么感觉在说绕口令!这就是为什么我说,机器人行驶的稳定性和灵活性是互相矛盾的。所以呢,如果说想操控容易些,机器人行驶更稳定,一般的做法是设计成四轮;如果需要机器人更加灵活,转弯半径更小,一般的做法就是设计成两个轮子。那么我也说一下,为什么四个轮子稳定性高?为什么两个轮子灵活性更强?四个轮子吗!四个轮子吗!四个轮子吗!这还需要有什么解释的?不过,四个轮子的设计及零件加工有个小要求,就是四个轮子的着地问题。四个轮子当中,如果有一个轮子不着地悬空,那跟三个轮子有啥区别?这当中主要影响的是电机的固定高度、结构的对称平整度问题。两轮的格斗机器人我要稍微讲一下,他的灵活性是由于,机器人的转向是来自于两个轮子的差速,就像坦克转向一样。它跟四个轮子的转向虽然是一样的,但是在转向的同时,两个轮子的的机器人以两轮的中点为旋转中心进行转向;四个轮子的机器人以四轮相连的对角线交点为旋转中心进行旋转,四个轮子与地面产生摩擦,这个摩擦力的切向力使得机器人旋转,也就是说电机的输出扭矩没有100%的作用于机器人的旋转。说白一点,就是说机器人旋转还要克服四个轮子与地面的摩擦。这就是为什么两个轮子比四个轮子要灵活的根本原因。
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      接下来就是电机和轮子在机器人当中的布局问题。在考虑布局问题之前,我们先要知道机器人的重心在哪里,然后根据机器人的重心才能知道我们的轮子该在什么位置,如果说两个轮子的机器人,这两个轮子的连线肯定要在重心的附近,因为这两个轮子必须起到充分支撑重心的作用,如果说轮子离重心太远,重量偏向于前后,都会导致影响机器人行驶的灵活性。其次四个轮子的机器人相对来说容易一点,直接分布于机器人重心的前后两侧并且以重心为对称点尽量对称。但是四个轮子前后轮子的间距问题比较重要,前面我们说到,四个轮子的灵活性差,可如果前后轮子的间距减小,也就是前面的轮子比较接近后面的轮子,机器人的灵活性会有很明显的提升。但!前后轮间距太近又有个坏处,就是机器人在行驶的过程当中如果突然急刹车,机器人会有点头效应,也就是说机器人会突然前倾,像喝醉了一样。而且啊,还有另外一个问题就是没有了原来四个轮子的稳定性!所以大家在设计四个轮子的前后轮间距问题时,一定要提前考虑好,选择合适的前后轮间距!同时,两轮的机器人其实同样有点头效应,但是一般我们所说的两轮机器人并不是真的两个轮子,机器人的前面还有个万向轮或者牛眼轮,也有很多人会用耐磨的工程塑料做成的一个球,放在机器人的前面作为机器人前面的支撑,防止点头效应。

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swanglei  超级版主
 楼主|

发表于 2018-1-5 18:10:05

本帖最后由 swanglei 于 2018-1-5 18:09 编辑


      接下来,给大家介绍一下格斗机器人的武器,在之前我已经写了一篇常规都机器人类型的文章,格斗机器人根据武器种类的不同,分为很多种类型,有横转的,有竖转的,有弹射的,还有喷火的等等,今天的文章我以水平横转类型的墓碑来介绍。如果有人说,王大师,你为什么不介绍竖转啊?因为我做的就是墓碑类型的,哈哈哈。开玩笑了,因为无论是横转还是竖转,甚至是滚筒,其实原理上是一样的,当然了一些弹射、凿击等类型的机器人其实目前我还了解不多,怕误导大家,后面我会邀请制作这种类型的机器人大牛来给大家出教程。

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       以横转类型的武器为例,一个格斗机器人的武器系统主要包含:电池、电机、传动、武器,这里我们以制作mini格斗机器人为例,主要讲一下电机、传动和武器。制作我们这种mini格斗机器人,武器电机其实最好是用无刷电机,为什么呢?因为mini格斗机器人其中有几大难点,其中机器人重量和内部空间的把控就极其重要,这就意味着我们需要以更小的重量和空间,最大化武器的旋转所需要的能量,瞬间就明白了吧!其实很多人都知道,为什么四轴飞行器上面都用无刷电机呢?因为它的效率高,你放四个普通的有刷电机在四轴上试试!看会有什么效果,一般有刷电机的工作效率,也就是电能转化成动能的效率比较低,但是无刷电机的效率要高出很多。除此之外,无刷电机换向并不是靠电刷,而是通过电驱动换向,因此其转速会比有刷电机转速快很多,而且无刷电机本身转矩也比有刷电机大。那结合这几个突出优势,无刷电机在我们的mini格斗机器人的武器制作当中,尤为首选。
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       至于武器动力的传动,有人会说,我直接把武器固定在电机上不行么?行,很行,但你不想你的机器人打一场,不,甚至一场都不用,一分钟,你的电机就挂掉的话,那你可以试试!其实啊,无论什么电机,其实最脆弱及最重要的就是它的轴,我们也知道武器是用来干什么的,用来跟别人的机器人打仗的,那么打仗就势必会有强烈的撞击,撞击的同时,会给电机尤其是电机轴造成极大的伤害。电机内部结构极为复杂,电机高速旋转,它的轴几乎就是它的命啊!这个轴受到强烈的震动会发生变形,如果轴变形了,电机就极可能再也转不了了,甚至完全修不好。而且即使能转,电机也会因为轴弯而产生强烈的自身震动,造成整个武器系统工作不稳定。所以!武器和电机质检一定要有传动!传动的存在的目的不但是将电机的动力输送给武器旋转,还有一个很重要的目的就是保护电机,将武器和电机隔离开,减少武器传给电机的震动。
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图中横转型机器人采用O型圈作为传动
       在mini格斗机器人武器的传动当中,有两种方式是比较推荐的,首先是同步带传动,但是同步带的齿型有很多种,推荐大家选择齿距为2~5mm左右的同步带,在国内比较容易买到,可以自己进行搜索。也需要购买相应齿数配对的同步轮,一端固定在电机上(同步齿轮内径要与电机轴外径一致),另外一端固定在武器上。还有一种方式推荐给大家,就是O型圈(直接搜这个关键词就能买到了),以及V型槽的轮。O型圈相比同步带有优点也有缺点,优点是武器在碰撞的时候,这个O型圈会跟轮打滑,从而保护整个武器系统。相反O型圈的缺点也跟这个有关,就是由于O型圈会打滑,那么武器在启动的过程当中,造成启动速度减慢,然而同步带就不会有打滑的这个问题,因为同步带的传动效率高达98%,只要不脱齿的前提下,就不会打滑!
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       武器吗!大家就发挥自己的想想吧!大家谁不想把自己的武器造得攻击力爆强!但是,我们还是要知道武器的攻击力来自于哪里!前面我们一直在讲电机、传动,这里设计好了,那么机器人的武器,你还叫我怎么样啊?不就是一个大切割机吗?对,没错,可我们还是要知道一些原理!那么这里我直接告诉大家,武器的攻击力主要有几点:速度、重量、材料以及武器轴。首先速度,这里所指的速度是武器刀锋旋转的外径所产生的线速度,至于线速度是什么就自己百度百科了。线速度跟角速度的概念可不一样,在电机和传动都确定的情况下,角速度就已经被固定了,但是怎么增加线速度呢?其实很简单,就是把武器变长!剩下大家瞬间就明白了吧!但是紧接着,武器变长不见得是一个好事,因为我们紧接着第二个就是武器的重量,因为我们的武器电机所带的负载是有限的,武器重量增加,就相当于电机所带的负载变大,那问题是什么呢?武器的启动速度变慢!另外两点,其实也相当重要,武器的材料。这还用怎么说,肯定是越硬越好,越锋利越好啊!错,这个说法太片面了!硬是好,但是用过菜刀的都应该清楚,硬、锋利就意味着材料脆,那很有可能在遭受一次撞击的时候,刀自己就断了,没错,是断裂,而不是变弯!太锋利的话打一两次也就钝了,其实没什么特别必要的,个人觉得,当然这个材料的部分我会在以后的教程当中详细的说明,因为材料实在太多了,博大精深。那么最后一个问题就是武器轴,这个看似跟武器的攻击力没有什么关系,没错,是没有直接关系,但却间接影响着武器的旋转。在铁甲雄心的比赛当中,我就曾经见过跟我同样类型武器的机器人,在对战当中,自己的武器轴因为材料硬度不够,直径太细,武器轴直接断了!好吓人啊!其实每次武器的撞击能够产生相当大的冲击力,武器轴不结实的话是很糟糕的。
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swanglei  超级版主
 楼主|

发表于 2018-1-5 18:10:06

      最后,送大家一句话吧!在铁甲雄心的比赛当中,听到一个好朋友说一句话我觉得十分得有道理!他说:造格斗机器人,有一个木桶效应,就是你这个木桶哪一根木头短了或者穿了一个洞,水都会漏出来!其实我们造格斗机器人也一样,每个细节都至关重要,任何一个细节都直接影响最终的比赛!格斗机器人一般都采取淘汰赛制,也就是每个机器人只有一次机会,挂了就是挂了

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yybing110  见习技师

发表于 2018-2-27 19:01:54

swanglei 发表于 2018-1-5 18:10
首先,我先来说下机器人的行驶系统。一套行驶系统,在整个格斗机器人的设计当中尤其重要,可能有人会 ...

弱弱的问下,轮子直接固定在减速器的输出轴上,不怕在战斗的过程中把轴摔断吗?还是这个轴可以更换
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swanglei  超级版主
 楼主|

发表于 2018-2-27 21:09:44

yybing110 发表于 2018-2-27 19:01
弱弱的问下,轮子直接固定在减速器的输出轴上,不怕在战斗的过程中把轴摔断吗?还是这个轴可以更换 ...

怕呀,之前也都这么想过~很正常,但是你再想一下,你即使固定的再牢靠,也还是能被打坏啊~~~对吧,只要你露在外面!~
所以说,其实格斗机器人的比赛当中,很重要的是操控,很多弱点都通过操控来弥补~你大概可以往这个方向去想!
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RKGamer  学徒

发表于 2018-9-13 21:53:53

yybing110 发表于 2018-2-27 19:01
弱弱的问下,轮子直接固定在减速器的输出轴上,不怕在战斗的过程中把轴摔断吗?还是这个轴可以更换 ...

其实吧,这个问题不算主要矛盾。。。(起码我机子上面不算)12mm的钢轴还是能抗几发的,何况外面还有轮子包裹,所以本身没有解决的必要,当然,你要解决是有方法的,比如说纯法兰固定(就像车一样)然后法兰内置【
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