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標(biāo)題: 與大家分享我的六足！ [打印本頁]

作者: 51黑dd 時間: 2016-4-9 19:25
標(biāo)題: 與大家分享我的六足！
六足是我很久前的想法了，但是一直沒時間，現(xiàn)在放假了，各種材料也終于買齊了，再經(jīng)過我一番折騰，外形終于做出來啦！選了幾張圖給大家看一下

另外公布一下各種材料與費用：
伺服    18個 9g，2kg/cm,7v  24*18元，淘寶買的
腿、身軀等零件    240元（吐血，好貴..當(dāng)然也因為自己是第一次,走了很多彎路)
32路伺服控制器套件    捷龍D3009 有DB9串口,TTL電平串口 190元
腿和身軀是自己拿圖紙找招牌燈店制作的,用的是什么材料我也忘了,但是機(jī)身用這種材料太有彈了!!失策啊現(xiàn)在我遇到了個問題,不知道用什么控制器調(diào)用這個伺服控制器,我家用的是手提沒有串口,買了串口轉(zhuǎn)USB,沒用!郁悶...請大家推薦一下,或告訴我該怎么辦,如
能解決非常感謝!
這個控制器是接收字符串的,如"#03A99!"代表第四路舵機(jī)轉(zhuǎn)動到99度位置

作者: 51黑dd 時間: 2016-4-9 19:32
開始折騰六足~
其實六足也不算一個新鮮的項目了，網(wǎng)上的六足項目也是多如牛毛，不過千篇一律，似乎缺乏了點創(chuàng)新。。
這個項目的靈感來源于前段時間做的雕刻機(jī)，雕刻機(jī)其實就是把步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過絲桿轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動，以此控制刀具和工件的移動
之后一直想把這種結(jié)構(gòu)運(yùn)用到什么地方去，于是乎就產(chǎn)生了這么一個項目
上圖

上面的效果圖僅僅是個原型，用于分析結(jié)構(gòu)。。最終的效果可能會有差別
這個設(shè)計完全拋棄了舵機(jī)，采用空心杯伸縮桿+減速電機(jī)的方案來作為機(jī)器人的動力，不過原理還是和舵機(jī)相同，電機(jī)+減速+角度反饋
大家多提意見~
對這個項目感興趣的同學(xué)，可以進(jìn)群討論，集思廣益~

分析一下舵機(jī)方案和螺桿驅(qū)動方案的優(yōu)劣
舵機(jī)方案：
舵機(jī)一體化程度高，使用簡單，應(yīng)用也成熟，配合舵機(jī)控制器使用非常方便
但是舵機(jī)形狀比較單一，體積也比較大，速度比較慢，響應(yīng)頻率也低，控制頻率50Hz
螺桿驅(qū)動方案：
螺桿減速驅(qū)動的方案在電機(jī)的選擇方面就比較靈活，可以根據(jù)不同的情況選擇不同型號的電機(jī)
響應(yīng)頻率高，最簡單的PWM+AD就能控制電機(jī)運(yùn)動，其實相當(dāng)于將舵機(jī)拆開來使用
當(dāng)然，螺桿方案最大的優(yōu)點，就是它具有自鎖功能，不用像普通模擬舵機(jī)那樣要持續(xù)不斷的發(fā)送角度信號，消耗的能量更少
用螺桿驅(qū)動，會面臨這么幾個問題：
1、選擇合適的電機(jī)，電機(jī)要滿足轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、重量、體積、電壓、電流等要求
2、要重新設(shè)計電機(jī)角度反饋電路和控制電路、控制程序

占坑
討論機(jī)械結(jié)構(gòu)
分析了一整天機(jī)械結(jié)構(gòu)，話說用這種結(jié)構(gòu)的機(jī)器人非常非常少見。。
搜遍整個網(wǎng)絡(luò)只發(fā)現(xiàn)立陶宛一個老兄用過，再一看日期，那也是3年前的了，并且之后一直沒有更新（估計沒成功）。。。那位立陶宛老兄地址（。。。囧原來以為他是德國的）
很納悶他為啥3年不更新了。。但是經(jīng)過一天的分析后終于發(fā)現(xiàn)了原因，稍后道來。。
做一個六足機(jī)器人，最重要的就是腿部的設(shè)計，腿部設(shè)計的重點，就是電機(jī)的選擇，如電機(jī)的力矩、轉(zhuǎn)速、電流等參數(shù)，所以我們就先拿一條腿開始分析：

上面兩幅圖展示了腿中部的運(yùn)動情況，即：螺桿運(yùn)動一個總行程L，機(jī)器人重心變化H，據(jù)此可以求出電機(jī)的參數(shù)
條件：
機(jī)器人自重500g，負(fù)重500g，總共1kg
電池8.4v航模鋰電池
所用螺桿φ5mm，螺距p=1mm

假設(shè)運(yùn)動過程中腿角度隨螺桿均勻變化，拉力不變，忽略各種摩擦力
根據(jù)公式MgH=TN*2π
此公式的含義：物體上升一段距離H所需的能量=電機(jī)旋轉(zhuǎn)N圈做的功
M=333g（六足運(yùn)動中3條腿著地，1kg/3=333g)
H=76-29=47mm
N=電機(jī)轉(zhuǎn)過圈數(shù)=L/p=20
*注意：計算功的一定要將角速度轉(zhuǎn)換成弧度制，rpm*2π/60=rad/s
T為所求電機(jī)轉(zhuǎn)矩
∴T=3.3N*47/1000m/20/6.28=0.00123Nm=12.3gcm
12.3gcm就是這個電機(jī)所需要的最大額定轉(zhuǎn)矩
同理可求得機(jī)器人無負(fù)載的時候所需的額定轉(zhuǎn)矩=6.17gcm
如果希望機(jī)器人上升的速度能達(dá)到4.7cm/s,那電機(jī)的轉(zhuǎn)速要滿足 ω=20rps=1200rpm
上面的計算忽略了摩擦力，也假定轉(zhuǎn)動過程中所需拉力恒定，實際上拉力方向和腿轉(zhuǎn)動方向所成的角度是變化的，因此要留1倍的余量
所以根據(jù)上面的參數(shù)就能很輕松的選擇所需電機(jī)：
工作電壓8.4v，重量10-15g，額定轉(zhuǎn)矩12.3gcm-24.6gcm，額定轉(zhuǎn)速1200rpm
正好，目前tb上賣的很火的微型減速電機(jī)n20有諸多減速比，完全符合要求

經(jīng)過一番折騰確定了腿部中間的那個電機(jī)，同理再分析腿下部的電機(jī)：

可以發(fā)現(xiàn)H=22mm，L=9.2mm，比值和上述的電機(jī)很接近，省略公式，計算得：
額定轉(zhuǎn)矩：12.8-25.7gcm
額定轉(zhuǎn)速：1200rpm
經(jīng)過這么一番分析后，可以發(fā)現(xiàn)那位老外為什么不成功了，因為他用空心杯電機(jī)作為動力（MADE IN CHINA），這也是我一開始的想法，為了減輕重量
直徑7mm長度14mm的空心杯參數(shù)：電壓3.7v，額定電流200ma，額定轉(zhuǎn)速30,000rpm，tb上大多數(shù)的空心杯都沒給出轉(zhuǎn)矩，網(wǎng)上搜了半天也很難找到，于是自己粗略算了一下，這種型號的空心杯轉(zhuǎn)矩應(yīng)該是1.2gcm，

是不是小的可憐？？

另外，我猜測，爛大街的輝盛9g舵機(jī)里的電機(jī)和爛大街的n20減速電機(jī)所用的電機(jī)應(yīng)該是一樣的

總結(jié)上面的一段分析，大家在給自己的機(jī)器人（不管什么類型的機(jī)器人）選擇電機(jī)的時候，完全可以先用功和能的觀點簡單判斷一款電機(jī)符不符合要求
最簡單的辦法，就拿上面的例子來說，某款n20，9v，負(fù)載電流60ma，負(fù)載力矩22gcm，負(fù)載轉(zhuǎn)速890rpm：
機(jī)器人所需功率<電機(jī)輸出功率<電機(jī)總功率
機(jī)器人所需功率：P=W/t=（mgH+1/2mv2)/1=[0.33*10*47/1000+0.5*0.33*(47/1000)2]/1=0.156W
電機(jī)總功率： P=9*0.06=0.54W
直流有刷電機(jī)效率一般比較低，就算50%吧
0.54W*50%=0.27W>0.156W
粗略一算，這款電機(jī)符合要求！
再算一下它的輸出功率：
電機(jī)輸出功率： P=T*ω=22*890*2π/60*0.0000981=0.2W (一定要帶上單位，W對應(yīng)Nm，gcm要轉(zhuǎn)換成Nm）
0.2W也大于0.15W，實際效率37%。。。
假如我們用的是空心杯，那它的總功率：
P=3.7v*0.2a=0.74W，假設(shè)輸出效率50%，則P=0.37w，理論計算出來用空心杯也是可行的，不過要經(jīng)過減速，而且同等體積的空心杯力矩會比鐵心的差。。
附上鏈接：
MTU的一篇關(guān)于電機(jī)的詳細(xì)文章
力矩轉(zhuǎn)換表

*注意：上面的分析方法、計算結(jié)果可能有錯誤，歡迎指正！

以上的分析忽略了加速度，最后的結(jié)果導(dǎo)致偏小，由于模型比較復(fù)雜，現(xiàn)在改為solidworks進(jìn)行運(yùn)動分析
未完待續(xù)。。

姿態(tài)5.jpg

姿態(tài)6.jpg

討論硬件
硬件方面，最主要解決的問題，就是角度反饋和電機(jī)驅(qū)動
角度反饋計劃采用AD讀取電位器阻值變化，這也是大多數(shù)舵機(jī)里的角度反饋元件
電機(jī)驅(qū)動再討論，因為電機(jī)電流很小，60ma~200ma，考慮三極管H橋或者ULN2003？？
再采用mega8或168作為MCU
通過串口或ISP或其他方式接收命令，統(tǒng)一接口
兼容控制其他舵機(jī)六足的命令
電機(jī)轉(zhuǎn)動的精度取決于電位器的質(zhì)量和AD的精度
電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度取決于電流大小，以及AD讀取速度、程序處理速度

討論控制程序
這里控制程序可以分為上位機(jī)和下位機(jī)來討論，由于硬件接口和普通舵機(jī)控制器相同，所以其他舵機(jī)控制上位機(jī)應(yīng)該能很好的修改移植
先說說下位機(jī)程序
下位機(jī)接受的命令看起來可以是這樣子：#C1P60C2P90
解釋起來就是1號電機(jī)轉(zhuǎn)到60°，2號電機(jī)轉(zhuǎn)到90°
至于驅(qū)動電機(jī)的算法，可以采用分段PID
先實現(xiàn)最基本的，再改進(jìn)
如加上腳底觸碰開關(guān)，加上陀螺儀和加速度傳感器進(jìn)行姿態(tài)反饋

現(xiàn)在在設(shè)計和分析結(jié)構(gòu)
現(xiàn)在沒法弄，很多零件要cnc加工
回校后做條腿驗證一下
還要設(shè)計控制電路，程序
工作量也不小了。。。
歡迎一起討論改進(jìn)~

作者: 小樹莓 時間: 2016-6-30 17:58
大師能否交流一下

作者: 396934940 時間: 2018-1-14 15:28
我已經(jīng)做出來了，不過和你打設(shè)計圖有點出入，我也是醉了，耗時好幾個月，從看到你這個方案，到開始著手做，已經(jīng)好久了，當(dāng)時就一下子被吸引了，“浪費”我好長時間啊。

，哈哈  樓主你還我青春。

首先，你一條腿采用4減速電機(jī)，還要配合角度反饋控制，難度太大，我改為三減速電機(jī)，可以運(yùn)行了。

   然后，你腿部結(jié)構(gòu)采用單片材質(zhì)支撐，和地面接觸點只有6個，一旦角度反饋控制失真或者有累計誤差，就會造成個別腿部懸空，（本來是六足，可能就成了5足，四足，三足了，走起來搖搖晃晃）。我采用U型片腿部結(jié)構(gòu)，和地面接觸點采用as彈簧+壓力反饋。腿部懸空問題就解決了。

   再者，全部采用電機(jī)驅(qū)動，干擾很大（震動，電壓不穩(wěn)，控制時序，程序等因素），我自己做的方案改進(jìn)了，但是還存在，不過基本可以忽略不計了。我是用減速電機(jī)+角度反饋+光柵+壓力反饋+腿部支點彈簧結(jié)構(gòu)、夾加重塊的方法減小了震動，但還是會震動。

  然后，主控板采用單片機(jī)多機(jī)通信控制，你的是一塊主控板，我想不到控制方法。采用9軸（虛9維）平衡控制方案，采用補(bǔ)差算法，遞補(bǔ)公式進(jìn)行修正，平臺很穩(wěn)，不會傾斜。

  最后，結(jié)構(gòu)材質(zhì)和你打也不一樣，我用的是304鋼。單電機(jī)轉(zhuǎn)矩15kg，具有一定的載重能力了，但是震動大。您的采用3d打印的材質(zhì)，應(yīng)該好點。不過采用304的話，放幾塊磚頭也跑的很快（沒測重量，四塊紅磚，速度0.5m/s左右），完全沒壓力。
我做出來的，個頭有點大，平臺有b5紙那么大，就這還很擠。稍后放圖。

作者: 東方寧 時間: 2018-1-14 17:08
樓主你好，怎么實現(xiàn)六足機(jī)器人在復(fù)雜體條件下的行走？

作者: 396934940 時間: 2018-1-15 09:27
我的方案是：腿部底端，就是和地面接觸的地方，加壓力反饋，主板和腿部的結(jié)合處加壓力反饋，其次，控制主板加裝三軸加速度，角度的陀螺儀模塊（某寶就有）進(jìn)行反饋控制。
我做的可以翻越20+度的斜坡和坑道，和15cm+-的臺階。（無負(fù)載情況），再大就會翻車。

作者: 396934940 時間: 2018-1-15 09:43
我做的，還有很多問題，
第一：下達(dá)指令后，就是相鄰2個指令切換，要等2s---3s左右才會動作，延遲有點大。（在電腦上用WiFi通過上位機(jī)無線控制）
第二：噪聲有點大，平臺震動幅度不大，但是還是有震動，不知道為啥。這樣估計會影響穩(wěn)定性。不知道咋改進(jìn)。
第三：想做到，穩(wěn)定，響應(yīng)迅速，響應(yīng)動作精確，有點難，我做不到同時兼顧。
第四，程序有點復(fù)雜，總是報錯，但是竟然會運(yùn)行，只不過偶爾會有運(yùn)行時卡死現(xiàn)象，就是走著走著不動了，要重啟歸為才行。
總體上，能運(yùn)行，但是有一些小毛病，我現(xiàn)在解決不掉。希望路過的高手能指點下，怎么控制才能穩(wěn)定，不會瞬停卡死，加快響應(yīng)時間，提高響應(yīng)精度。可能我作為局內(nèi)人，迷了。需要一個局外人幫我指出來。

作者: Winston_唐 時間: 2018-7-26 20:31

396934940 發(fā)表于 2018-1-15 09:43
我做的，還有很多問題，
第一：下達(dá)指令后，就是相鄰2個指令切換，要等2s---3s左右才會動作，延遲有點 ...

你好，我想在暑假假期里面做個六足機(jī)器人，可以共享一下資料嗎？

歡迎光臨 (http://www.zg4o1577.cn/bbs/)