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人形机器人
要让一个机器人能完成各种动作,高中的一些力学,运动学知识自然必不可少。在构建我们的机器人骨架过程中,主要的运动部件就是舵机了,整个机器人就是靠着舵机轴的转动来完成各种复杂的动作。在设计整体的结构时候,应该画出各种可能需要做的动作的结构简图(用点线表示)简单计算一下质心高度和位置保证机器人的平衡。
以下是具体的做法:
先把舵机看做一个质点,用点加一个小竖线表示舵机的转轴,直线表示两个轴之间的距离,大致画出整体静态草图。(两点之间的距离至少要大于舵机的高)
画出所需完成动作的分解草图,将所有运动都分解为绕给定轴的转动,如果发现有哪些动作无法完成考虑:,方向。
不考虑线的重量,只考虑舵机的重量,对每个草图分别计算各个过程中机器人的平衡状况。调整舵机间的长度
Tips1: 每种舵机都会有其尺寸,重量,扭矩,以及转速等说明。在使用舵机时,应该尽量减小垂直于舵机转轴的受力,不然容易烧坏舵机。
Tips2: 舵机只能转180度,在动作中务必排除需要超过180转动的情况
   我们的大强要完成什么动作呢?
我们要让大强“飞”起来,作为一只金刚,单单飞似乎少了什么,为此我们给大强设计了《金刚》的路线,一路跋山涉水拯救MM(剧情见最后)
1. 四足行走
由于我们设计的机器人重点放在了手臂上面,故对腿部进行了简化。行走时采用对角两条腿交替前进的方式。前进腿(图中箭头标注)向前跨步的同时,支撑腿有一个后蹬的动作以实现行走——俗称“爬”
2. 多杠攀爬
这时的大强已经开始了艰苦卓绝的翻山越岭之路。
多杠连续攀爬并没有想象中那么简单,考虑到在前进时有一只手必须离开杠,为保持平衡,故采用左右静态摆动身体的姿态前进。
A. 开始时通过肩部舵机作用将重心移动到一只手上(图中为左手)
多杠攀爬动作图(1)
多杠攀爬动作图(2)
B. 放开不支撑身体的手臂(图中右手)向前抓住下一只杠.(左侧一列图是侧视图,右侧一列图是正视时两只手的位置)
多杠攀爬各动作图(3)
C. 肩部两舵机配合向前移动身体,在身体前进的同时将重心转移到抓住前面横杠的手上(图中右手)
D. 放开后面杠上的手(图中左手)并重复上面的动作,实现多杠上的攀爬行走
3. 单杠动作
终于来到了“她”的身边,到了展现实力的时候了! 我们不仅要让大强在多杠上爬行,还要让他在单杠“飞起来”。
不急,起飞之前先来活动一下筋骨吧!先做100个引体向上吧!!(话说我连十个都做不了)
(1) 引体向上
A. 肩部和肘部的舵机同时用力将身体拉起 B. 肩部和肘部舵机反向用力回到初始位置,完成一个引体向上
引体向上动作图
(2) “飞”吧!
A. 收缩机器人腿部减小力臂,通过肩部舵机的作用将机器人身体从一侧提升至高处
单杠翻滚动作(1)
B. 将腿伸直后舵机反向用力使机器人在杠上荡起
单杠翻滚动作(2)
C. 在向下摆动过程中肩部舵机和腿部舵机同时用力使机器人摆动幅度增大,并在摆至高点后舵机反向用力。对机器人本身,动作和A步骤相同
D. 几次摆动后便可以完成飞跃的过程
说明:由于我们的大强没有传感器,无法判断自身在杠上的具体姿态,所以我们决定让机器人在杠上以相同的时间间隔完成固定次数的动作。虽然不一定每次都能成功完成翻滚,但同时每次的动作都不相同,效果也应该不错。
为了验证这最为关键的一步,我们还动手做了个试验版:具体过程就不说了,直接上图
   下面来点静力分析
为选择各关节舵机的型号,对其在极端情形下的扭矩进行估算。机器人总质量约2kg。
极端姿态1---引体向上:
引体向上受力分析
此时,肘关节受力最大。考虑其静力矩。估算过程如下: 相对于肘关节,,重量约为2kg,考虑两只手同时用力,每只手受到的力矩为
。
极端姿态2---翻越单杠:
翻越单杠受力分析
手部主要由固定部分承受作用力,舵机不需要提供太大的作用力。当身体翻越单杠时,滑动部分可能会受到一定的作用力,但由于:(1)翻越过程时间很短,对舵机的作用时间不长,(2)有一定的离心力作用,抵消部分重力,(3)该部分受力时,身体质心基本在杠的正上方,力臂很小,对舵机产生的扭矩不大。估计力臂为2cm,重量大小约为2kg,,,,所以不会对舵机产生太大的损坏。
   三维建模
OK,经过以上步骤大家已经得到了一个基本的点线视图,也基本上能完成动作。但为了避免各种碰撞,以及给电池,电路板留下摆放的位置,这时我们需要一个完整的机器人的三维图形,手画还是有点难度的,在这个电