王吉賢作機器人的日常🤖️ 4 - 阿克曼轉向系統
1K 觀看·2024年5月6日
hello 大家好 我是吉前 又見面了 感謝您收看 主要是感謝這位攝影師 我老婆
我不知道您什麼時候能看到這個視頻啊 那完全取決於這個搭訕忙不忙了
好 今兒咱聊什麼呢 您還記得上期吧 我不是做了一個小實驗 關於霍爾傳感器嗎
就是那個呢 是我準備給一個
那個大的玩具車啊 升級它的轉向系統 要做一個閉環控制 那麼繼續這個轉向
這不是頭兩天嗎 我看買了一些個材料 等着材料到的時候呢 我又買點別的玩意兒
咱們聊聊這個這個機器人的這種各種平臺和轉向系統啊 這個呢 是比較常見的 就是四個
四個馬達 DC有刷馬達 沒有任何轉向控制 對吧
那麼它這個小車呢 要實現轉向呢 就只能靠反轉輪子 就比如說我要左轉
這邊正轉 這邊反轉 那就像坦克掉頭一樣 就跟這種平臺的這個小車
哎 跟這個平臺小車是差不多的 這個底盤
好 然後呢 那個大號的玩具車呢 哎 這就比較高級了 您看這個是我花十塊錢昨兒上那個
二手市場淘了一個 也沒遙控器 什麼都沒有 但是一個不錯的平臺
這個小車的底盤呢 和那個大車 也和我們真正家用車 哎 就比較像
它這個叫做什麼呢 就是你看 這是一個連桿 然後能夠控制兩個前輪轉向 對吧
這個東西的學名呢 叫阿克曼轉向底盒 哎 那個大車也是這樣 說到這呢 我覺得咱們先
聊個題外話 爲什麼我開始做機器人呢 這個平臺 你看有的人說先做 想做無人機 特別酷 對吧
有的人呢 就是做機械狗 我們叫四足 或者有雙足的 像那個波士頓動力
還有做那個多足的 就是跟那個蜘蛛似的機器人
然後呢 我準備是先從這種輪式的 或者是履帶式的先入手 關鍵點在哪
哎 先跟您說個笑話啊 我頭兩天跟一朋友聊天 他是做那個機械狗的
就是我們都知道 無人機 如果我們要讓它停留在這個空中 懸停 那是很耗能的 對吧
它首先這個四個輪槳都得轉 然後呢 所有傳感器全得供電 全都得
高速的響應 響應它各種動態平衡 這無人機才能夠穩穩的在空中懸停
那麼他們做機械狗的 哎 您別以爲那個那個小玩意兒跟那個小動物似的 啪 站那
它站着的時候特別費電 所以做無人機呢 就是我們有一個瓶頸 你不管
電池配多大 它的流空時間基本上就是30多分鐘
你可以配更大的電池 它就更重 它更重呢 就要耗更多的能量 然後呢 它還是30分鐘 就很難打破這個
就是如果你是純電動的啊 不是別的混合動力 我們就說那個四軸無人機 基本上就是沒待機
那麼他們做地上走的這種做機械狗多足的也一樣 說這一條機械狗吧
三個馬達來控制它這個腿的關節
這個三個馬達呢 其實是一個舵機
那麼也就是說它立在這的時候 你看它沒動 但實際上舵機它的電位器 爲了保持它的這個角度不變
它的電機其實一直在給出扭矩 在動 也就是站那沒動 其實耗電 原地不動就在那耗電
所以呢 我做這個車的這個機器底盤呢 好處就是它停着 那就真停了 你最多弄一剎車捏住閘
它就真的不耗電了
哎 所以呢 呃 這麼多種可選的這個底盤 我推薦大家呢 要是有興趣玩這個
也從這個輪式的先入手 這個就是能耗比最高
好 我們今天說這是正題啊 來 大家跟我去那個車那
好 我們來看一下這兩個車的轉向系統啊 你大差不差的看啊 這個前邊都是這樣的一個結構 對吧
然後這個轉向呢 也是
也是類似於這樣的一個結構 對吧 哎 細心的朋友啊 有經驗朋友 仔細觀瞧 你發現什麼問題了沒有
我上次是一直在看它的轉向刻度 哎 這兩天呢 我查資料
我才發現一個別扭的事 哎 那麼就說這個什麼叫阿克曼轉向幾何
那麼我們看這個車啊 注意啊 從這個點到這個點 它是有一個角度的
對吧 這是它的軸的輪胎的這個連桿 這是它的這個轉向的這個連桿
這是成一個角度的 而這個車呢 你發現它是直的
那麼就會出現一個什麼問題 正確的這個車的設計啊 你看當我轉向的時候 往左拐的時候
實際上呢 我們是要沿一個虛擬的一個圓心在轉向
那麼這個轉向點應該在哪呢 就是應該在這個後 最理想的轉向點啊 就是在這個後軸的延長線上
然後呢
我這個輪子載的垂直於它
和這個輪子垂直於它 以及後軸的延長線會交於一個虛擬的點
那麼這個點就是我們的這個轉向的中心
那麼就要求有一點了 你注意啊 如果他想要順暢的轉彎 就是這兩邊不撓地不磨胎的話
那麼這兩個前輪的轉向角度應該是不一樣的
哎 那麼正好是用這種
阿克曼的這個轉向底盤的這個角度設計
那麼他怎麼能夠讓這兩個前輪完美的交於那個點呢 就是這兩個點的延長線
從這點到這個軸的延長線延長過來 應該正好是這個
後軸的終點
那麼如果是這樣的一個連桿的機械結構設計啊 他在往一個方向 比如往左打滿的時候
這個輪子 也就是內側的這個輪子的角度會比外側輪子大 大約一到兩度
那麼這一到兩度呢 就會使這個車 它是像一箇中心這樣去往前較勁
那麼又由於你是和後軸 和這個這個交點是和後軸平行的 那麼後軸呢 它就不會有 它就是最小的
使這個輪胎撓地
也就是最最小化這個輪胎的打滑
所以一個完美的拐彎呢 就不像坦克底盤的那種拐彎 它靠兩邊輪子差速 而這坦克車呢 它
它是先停車 然後你再去進行的拐彎
而汽車呢 在這個行駛過程中 你不能先停車再拐彎
那麼如果我們設計不好的話 就是它的轉向 首先需要角度的精準控制 第二呢 需要扭矩的這個控制
扭矩的控制呢 說白了就是 你要允許外邊的這個輪子轉的比裏邊輪子要快
否則呢 裏邊的輪子會頂着它 因爲我們說這個車這麼轉半圈以後
外邊的輪子從這個線上 你看它是不是應該走的比內圈要長 對吧
所以外圈輪子要能夠多轉 內圈輪子要少轉 外圈輪子的角度稍微小點 內圈輪子還要角度大一點
這樣纔是一個完美的轉向控制系統 對吧 那我們看這個車啊
首先呢 它有四個電機 沒錯 這我準備用那個單板機來接管這個四個電機 我就可以實現扭矩的分配
對吧 就說白了 在我知道這個方向往哪邊打的時候 我就可以分配扭矩
內側輪 我從那個pwm的那個那個脈衝信號
控制這個轉速就可以給它低一點 所以它就可以被動的
被動的去轉 那麼就可以讓它進行了相當於是一個電子的差速器的系統 那麼這樣扭矩ok了
那麼它的最大的問題在哪呢 就是它整個的這個連桿
哎呀 可能就裝錯了 這倆都是中國產的 你不能說中國的不行
好 我們看這個車上邊的這個軸 它的真正轉向軸在這 然後它的連桿連的位置在這
那我們拿這兩個點做條延長線 你看它實際上是完全
平行的 它不會交於這兩個軸 完全平行的 它不交於任何一個點 對吧
所以這是它的一個設計的問題 但是呢
哎 這很奇怪 如果你給個特寫證 你看這還有一個標記
這是它現在裝的一個 這是用某釘給抹上的一個活的軸 這有一個小點 看見了吧
所以這個正經啊 設計師其實不傻 他是知道阿克曼系統的 如果你把這個軸和這個點做個延長線
你會發現 來 離遠點 你看我這尺子的延長線指的哪 後軸中心 對吧
這邊也一樣
現在它是這樣 這這樣連接的
直接下去 如果我連到把這個軸的連接器連到這 這下去也是後軸中心
所以真正這個輪胎要是裝 就這個轉向轉向的這個拉桿要裝 應該是裝到這點上來
所以這個設計師不傻 或者模具開的不傻 但是組裝的人給給弄糊塗了 他一看啊 這個平行的
就是咱做程序玩的啊 軟件整天挑bug 這輛車呢
之前呢 我是找到電路上一個bug 就是這個
雙向電機 人家裝了個電解電容
就是在這雙向驅動的一個方向機 用了一個有極性的電解電容 那也就是說電解電容嘛 就如果是正着
往它正的方向轉 一邊接正一邊接負 但是這個橋呢 它是一個h橋電路 要把它反過來
這個電容就會爆炸 因爲它就會過熱嘛 這是電路上這車的一個設計問題 沒想到轉向上的坑還真多
按照他現在的這個連桿的設計啊 這個車是不可能圍繞着一箇中心點 就圍着一個圓心去做這樣的轉向的
它轉起來會是一個螺旋狀的 就是越轉圈越大 因爲他這車是撓着地走的
就是如果是這樣做這個連桿
我們玩遙控小汽車也是這樣 所以你要想做一個完美的控制 這邊的知識還挺多的 慢慢學
哎 也不知道這車我還能找出多少個bug
軟件調bug好調 你改改代碼就完了 這玩意真得是自己焊電路去 不過呢 我還得再買這個
某釘啊 電鑽我倒是有 重新打遠 重新把這個拉桿給
接回來 好 那這個小視頻呢 就算是跟您分享點小知識啊 如果你家裏邊有玩具車或者兒童車
不妨呢 你要好奇的話也看看 哎 完美的角度 就這個就叫阿克曼轉向幾何 就是它的
前邊的這個轉向的連桿的擺臂啊
延長線應該正好交於後軸的中心點上 這樣這個車才能夠最完美順暢的沿一個
後軸的延長線爲中心點啊 去轉向
同時呢 你拿這個角度就能夠算出來 這車的轉彎半徑在哪
好 那今天呢 咱就先聊這麼多 我這又得定點工具了 等工具來了 咱們就可以繼續改裝的
額 另外呢 我的霍爾傳感器什麼的
那些元件都是到了 所以下一期呢 基本上我就可以量好尺寸 然後重新設計這個電路板在這
嗯 好 就這樣吧 每天反正進步一點點
一點一點點學唄 我也跟着學 對吧 原來寫代碼的 現在做這個 感謝您的觀看 額 好 那就期待下集了
你啊什麼