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巡游者Ⅲ——数据点与控制

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发表于 2017-6-21 22:45:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
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巡游者Ⅲ是最近做的一个全向轮小车,
001.jpg
全向轮结构有很多种,但原理是一样的,之所以称之为全向轮,是因为它可以靠3组复合轮实现原地旋转、任意方向(理论上)运动,复合轮的结构就是下面这种:
009.png
每个轮子圆周方向均布多个子轮,子轮也可以自由转动,子轮的旋转轴与主轮轴线垂直。
多说一句,下面这种子轮轴线和主轮轴线呈空间45度夹角的叫麦克纳姆轮(巡游者Ⅳ,计划设计成这种轮子)

010.png
从整个小车结构上看,全向轮小车,3组车轮可以各自以不同速度不同方向运动,小车最终运动方向应当为3个速度的合成,如下图:
011.png
但仔细看会明白,上面这个图是有问题的:
各个车轮的速度,并不是直接作用在小车中心的,而是有一个L的距离
小车最终运动状态(速度大小和方向)并不是直接由各个车轮的速度来简单合成的,而是由:各个车轮与地面摩擦力和力矩来共同决定的,摩擦力合力的方向和大小决定了小车运动方向和速度,合力矩决定了小车在运动过程中自转方向和速度,如下图:

007.jpg
fa、fb、fc分别是三组车轮与地面摩擦力示意图,L是力臂长度,也就是说,要想让小车在运动过程中不旋转,首先力矩要平衡,而要计算合力矩必须先计算摩擦力,不幸的是,这里摩擦力并不是我们熟悉的滑动摩擦:f=Fn*μ,而是滚动摩擦,滚动摩擦的计算是非常复杂的,而且其中很多经验公式,说简单点:其实,我不会…


另外一个最简单的平衡力矩的方法是:任选一个车轮速度设置为0,另外两组车轮以等速度、反方向来旋转,这样,在速度为0的那组车轮的子轮就会起作用,其对小车车体来说,力矩就近似为0,而另外两组车轮对车体的力矩刚好平衡,但此时合力并不为0,这样小车就可以在不自转的条件下沿一个方向以一定的速度运动!根据所选0速度车轮不同,小车可以有3个互呈120°夹角的运动方向,而通过细分,对这3个速度进行合成,就可以实现小车在平面内,任意方向的运动。这里这个细分很关键,控制得好最好,控制不好就会看到小车在前前后后走一个锯齿折线,具体我还没开始搞。


以上是我个人理解,欢迎跟帖讨论~!

最后晒下我的数据点

013.png
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