“萬獸之王”四蹄奔 更穩更快有竅門

萬鐘

Power Tech比賽是利用小型直流電機為動力，利用木板、冰棒棍等做出模仿動物運動方式的機器人。不同作品仿生的基本要求不同，如“萬獸之王”要求機器人能夠像老虎一樣四腳行走；“機械戰鼠”要求機器人像袋鼠一樣跳躍前進；“蟲蟲危機”要求機器人像毛毛蟲一樣蠕動爬行；“螞蟻雄兵”要求機器人能夠像螞蟻一樣爬行。本期，我們先來說說“萬獸之王”。

一、“萬獸之王”的行走姿態

Power Tech仿生機器人可以分為兩個部分：外觀與機體。外觀部分可以賽前準備，比賽時將作品帶入賽場，而機體部分必須在比賽現場3小時之內完成。

“萬獸之王”采用的是四腳前進的運動方式，它四腳之間的配合情況不是士兵的“齊步走”。仔細觀察機器人的行走姿態，我們可以發現，這四只腳之間的運動情況是任意兩只腳的運動方向一定相反，如圖1a所示。我們試想一下烏龜四腳前進的運動方式，如圖1b所示，這是安裝與調試的重要參考依據，因此，安裝“萬獸之王”時，左右搖臂必須是相反的。

二、“萬獸之王”的前進速度

1.減速箱的轉速分析

Power Tech比賽使用的電動機轉動速度通常是每分鐘18 000轉，合300轉/秒，減速箱的F軸減速比為130：1。經過減速箱減速之后，F軸轉速為每分鐘138.5轉，合2.3轉/秒。但是在這樣的速度下，機器人會因為行走過快而明顯跳動，這個轉速還是有點快。為了機器人行走穩定，可以讓轉速控制在每分鐘60轉左右，即1轉/秒左右，最快不要超過1.5轉/秒，這時機器人行走的跳動就能夠明顯減小。如果在機器人腳底加上緩沖材料，可以使機器人的前進速度明顯提高。

減速箱S軸的減速比為475：1，每分鐘18 000轉的電動機經過S軸減速，轉速為每分鐘37.9轉，合0.6轉/秒。這個轉速下，拔河時力量也不夠，最好轉速再慢一點。

2.“萬獸之王”的步幅分析

搖臂有3個孔，最小半徑為1厘米，兩孔間距為0.5厘米，最大半徑為2厘米。搖臂旋轉一周，帶動前后腳移動距離分別為2厘米、3厘米、4厘米。

3.“萬獸之王”的前進速度

機器人的前進速度=機器人的步頻×機器人的步伐。如果F軸轉速為2.3轉/秒，搖臂最大半徑為2厘米，最大步伐為4厘米，這個機器人的最快速度=4厘米×2.3轉/秒=9.2厘米/秒。賽道長為210厘米，實際行走距離為170厘米，如果不改變搖臂，這種“萬獸之王”競速最快需要170厘米÷9.2厘米/秒=18.5秒。endprint