【王大师出品】格斗机器人的两大核心-行驶|武器

swanglei

文章来源于：DF创客社区-格斗机器人版块
      我们在设计一台格斗机器人之前，需要先了解它的构成，并且简单地了解了它们的工作原理之后，其实就可以开始设计一台格斗机器人了。那么，今天这篇文章，我主要就来给开个头，介绍一下建造一台格斗机器人，它的两大核心。

shongtaobo

很好的机器人介绍

sdxgy

   学习了，谢谢分享。

方恨少

swanglei 发表于 2018-1-9 10:20
接下来，给大家介绍一下格斗机器人的武器，在之前我已经写了一篇常规都机器人类型的文章，格斗机器 ...

比较详细的说明

四轮定心

909746823 发表于 2019-8-25 11:06
说的真的很浅显。

因人而异，懂的人就显得浅显，不懂的人就是能了解一下基本知识。

909746823

说的真的很浅显。

飞鹰计划

学习了，帮顶

LFtuzi

我就想问下，最后那俩小家伙哪里有得卖。

zichenxz

在体积比较小时，自重和材料的强度重要。

胖河马

王大师 我是河马呀。哈哈。

Bloodsucker

好贴，怎么没人 顶呢

cowrturn

感谢大师分享，学习了！这两期铁甲雄心看得很带劲！

swanglei

      最后，送大家一句话吧！在铁甲雄心的比赛当中，听到一个好朋友说一句话我觉得十分得有道理！他说：造格斗机器人，有一个木桶效应，就是你这个木桶哪一根木头短了或者穿了一个洞，水都会漏出来！其实我们造格斗机器人也一样，每个细节都至关重要，任何一个细节都直接影响最终的比赛！格斗机器人一般都采取淘汰赛制，也就是每个机器人只有一次机会，挂了就是挂了！

swanglei

      接下来，给大家介绍一下格斗机器人的武器，在之前我已经写了一篇常规都机器人类型的文章，格斗机器人根据武器种类的不同，分为很多种类型，有横转的，有竖转的，有弹射的，还有喷火的等等，今天的文章我以水平横转类型的墓碑来介绍。如果有人说，王大师，你为什么不介绍竖转啊？因为我做的就是墓碑类型的，哈哈哈。开玩笑了，因为无论是横转还是竖转，甚至是滚筒，其实原理上是一样的，当然了一些弹射、凿击等类型的机器人其实目前我还了解不多，怕误导大家，后面我会邀请制作这种类型的机器人大牛来给大家出教程。

       以横转类型的武器为例，一个格斗机器人的武器系统主要包含：电池、电机、传动、武器，这里我们以制作mini格斗机器人为例，主要讲一下电机、传动和武器。制作我们这种mini格斗机器人，武器电机其实最好是用无刷电机，为什么呢？因为mini格斗机器人其中有几大难点，其中机器人重量和内部空间的把控就极其重要，这就意味着我们需要以更小的重量和空间，最大化武器的旋转所需要的能量，瞬间就明白了吧！其实很多人都知道，为什么四轴飞行器上面都用无刷电机呢？因为它的效率高，你放四个普通的有刷电机在四轴上试试！看会有什么效果，一般有刷电机的工作效率，也就是电能转化成动能的效率比较低，但是无刷电机的效率要高出很多。除此之外，无刷电机换向并不是靠电刷，而是通过电驱动换向，因此其转速会比有刷电机转速快很多，而且无刷电机本身转矩也比有刷电机大。那结合这几个突出优势，无刷电机在我们的mini格斗机器人的武器制作当中，尤为首选。

       至于武器动力的传动，有人会说，我直接把武器固定在电机上不行么？行，很行，但你不想你的机器人打一场，不，甚至一场都不用，一分钟，你的电机就挂掉的话，那你可以试试！其实啊，无论什么电机，其实最脆弱及最重要的就是它的轴，我们也知道武器是用来干什么的，用来跟别人的机器人打仗的，那么打仗就势必会有强烈的撞击，撞击的同时，会给电机尤其是电机轴造成极大的伤害。电机内部结构极为复杂，电机高速旋转，它的轴几乎就是它的命啊！这个轴受到强烈的震动会发生变形，如果轴变形了，电机就极可能再也转不了了，甚至完全修不好。而且即使能转，电机也会因为轴弯而产生强烈的自身震动，造成整个武器系统工作不稳定。所以！武器和电机质检一定要有传动！传动的存在的目的不但是将电机的动力输送给武器旋转，还有一个很重要的目的就是保护电机，将武器和电机隔离开，减少武器传给电机的震动。

图中横转型机器人采用O型圈作为传动

       在mini格斗机器人武器的传动当中，有两种方式是比较推荐的，首先是同步带传动，但是同步带的齿型有很多种，推荐大家选择齿距为2~5mm左右的同步带，在国内比较容易买到，可以自己进行搜索。也需要购买相应齿数配对的同步轮，一端固定在电机上（同步齿轮内径要与电机轴外径一致），另外一端固定在武器上。还有一种方式推荐给大家，就是O型圈（直接搜这个关键词就能买到了），以及V型槽的轮。O型圈相比同步带有优点也有缺点，优点是武器在碰撞的时候，这个O型圈会跟轮打滑，从而保护整个武器系统。相反O型圈的缺点也跟这个有关，就是由于O型圈会打滑，那么武器在启动的过程当中，造成启动速度减慢，然而同步带就不会有打滑的这个问题，因为同步带的传动效率高达98%，只要不脱齿的前提下，就不会打滑！

       武器吗！大家就发挥自己的想想吧！大家谁不想把自己的武器造得攻击力爆强！但是，我们还是要知道武器的攻击力来自于哪里！前面我们一直在讲电机、传动，这里设计好了，那么机器人的武器，你还叫我怎么样啊？不就是一个大切割机吗？对，没错，可我们还是要知道一些原理！那么这里我直接告诉大家，武器的攻击力主要有几点：速度、重量、材料以及武器轴。首先速度，这里所指的速度是武器刀锋旋转的外径所产生的线速度，至于线速度是什么就自己百度百科了。线速度跟角速度的概念可不一样，在电机和传动都确定的情况下，角速度就已经被固定了，但是怎么增加线速度呢？其实很简单，就是把武器变长！剩下大家瞬间就明白了吧！但是紧接着，武器变长不见得是一个好事，因为我们紧接着第二个就是武器的重量，因为我们的武器电机所带的负载是有限的，武器重量增加，就相当于电机所带的负载变大，那问题是什么呢？武器的启动速度变慢！另外两点，其实也相当重要，武器的材料。这还用怎么说，肯定是越硬越好，越锋利越好啊！错，这个说法太片面了！硬是好，但是用过菜刀的都应该清楚，硬、锋利就意味着材料脆，那很有可能在遭受一次撞击的时候，刀自己就断了，没错，是断裂，而不是变弯！太锋利的话打一两次也就钝了，其实没什么特别必要的，个人觉得，当然这个材料的部分我会在以后的教程当中详细的说明，因为材料实在太多了，博大精深。那么最后一个问题就是武器轴，这个看似跟武器的攻击力没有什么关系，没错，是没有直接关系，但却间接影响着武器的旋转。在铁甲雄心的比赛当中，我就曾经见过跟我同样类型武器的机器人，在对战当中，自己的武器轴因为材料硬度不够，直径太细，武器轴直接断了！好吓人啊！其实每次武器的撞击能够产生相当大的冲击力，武器轴不结实的话是很糟糕的。

swanglei

      首先，我先来说下机器人的行驶系统。一套行驶系统，在整个格斗机器人的设计当中尤其重要，可能有人会觉得武器是最重要的，其实并不是，因为我就犯过这样一个天大的错误。在参加铁甲雄心第一季的时候，我设计的机器人太过于在乎武器的攻击力了，导致我完全忽略了行驶系统的重要性，说难听点有点自负了，因此，导致我的机器人设计存在着重大缺陷，后来清醒了之后已经来不及了，十分后悔。所以，我必须叫大家从一个格斗机器人的行驶系统做起。那么说了我的个人醒悟之后，为什么说行驶系统是最重要的呢？其实道理很简单，你的武器攻击能力再强，但是你跑的很慢，行驶不灵活或者说控制的不灵活，还有就是机器人行驶很不稳定，很容易拐外过头，冲过头之类的问题，那你就会错过最佳的攻击时间，说难听点就是在那乱打一通！那么我们想一下，相反，如果你的机器人行驶系统很稳定，几乎可以做到操控和机器人的行驶保持一致，操控随心所欲，也就是我们常说的老司机级别。他绝对不是简简单单的操控厉害，而是在机器人的行驶系统已经调到相当完美的状态，才能有最后如此流畅的操作。当然这里其实涉及到相当多的问题，轮子的摩擦性、电机转速、机器人的灵活性等问题，我后面会陆续给大家详细地进行分析的。最终，机器人的行驶稳定性、灵活性从硬件的角度得到有效的保障之后，才能上升到选手操控的层面，有了充分的经验之后，成为传说中的神操控，才能让你强有力的武器真正发挥它最大攻击力。

      说完了行驶系统的重要性，那么我来说明一下行驶系统的构成。这个行驶系统呢，动力来源不用说，肯定是电机，常规的比赛电机都是使用直流有刷电机，不过现在国外的很多选手已经放弃有刷电机，使用无刷电机了，至于为什么？会在我后面的文章来介绍。然而啊，光有电机其实是不能够的，因为直接用电机带动轮子，这个轮子会飞起来的！一般的电机转速很高，有每分钟几千转几万转的。所以我们要给电机配一个减速箱，通过这个减速箱，将我们电机的转速降下来，并且还有一个好处，就是输出轴的输出扭矩增大了很多倍。这时候你就可以用它来带动一个轮子了。那么这个轮子呀，其实也有相当多的说法，其中影响机器人行驶速度的比较重要的参数就是轮子的大小，也就是轮胎的外径问题。这个轮子其实也相当于一个减速箱里面的齿轮，如果这个轮子特别大，那这个机器人又可以起飞了！如果这个轮子稍微小一些，机器人的行驶速度就可以慢下来了。这里啊，我提前给大家分享一个经验吧，在不知道该怎么计算或者选择轮子直径的前提下，直接使用低于电机直径的2倍左右的轮子即可。这个方法比较简单，也容易记。

      说完了单独的减速电机和轮子的这部分之后呢，我们来讲一下轮子和电机在整个机器人当中的布局问题。首先，前面我提到的机器人行驶的稳定性和灵活性，其实是互相矛盾的。我先说机器人的稳定性，如果说一个机器人要想稳定行驶，影响最直接的就是轮子的数量，那两个轮子肯定不如四个轮子，四个轮子肯定又不如六个轮子，就是这么简单的道理！紧接着就是机器人的灵活性，六个轮子不如四个轮子，四个轮子肯定又不如两个轮子，怎么感觉在说绕口令！这就是为什么我说，机器人行驶的稳定性和灵活性是互相矛盾的。所以呢，如果说想操控容易些，机器人行驶更稳定，一般的做法是设计成四轮；如果需要机器人更加灵活，转弯半径更小，一般的做法就是设计成两个轮子。那么我也说一下，为什么四个轮子稳定性高？为什么两个轮子灵活性更强？四个轮子吗！四个轮子吗！四个轮子吗！这还需要有什么解释的？不过，四个轮子的设计及零件加工有个小要求，就是四个轮子的着地问题。四个轮子当中，如果有一个轮子不着地悬空，那跟三个轮子有啥区别？这当中主要影响的是电机的固定高度、结构的对称平整度问题。两轮的格斗机器人我要稍微讲一下，他的灵活性是由于，机器人的转向是来自于两个轮子的差速，就像坦克转向一样。它跟四个轮子的转向虽然是一样的，但是在转向的同时，两个轮子的的机器人以两轮的中点为旋转中心进行转向；四个轮子的机器人以四轮相连的对角线交点为旋转中心进行旋转，四个轮子与地面产生摩擦，这个摩擦力的切向力使得机器人旋转，也就是说电机的输出扭矩没有100%的作用于机器人的旋转。说白一点，就是说机器人旋转还要克服四个轮子与地面的摩擦。这就是为什么两个轮子比四个轮子要灵活的根本原因。

      接下来就是电机和轮子在机器人当中的布局问题。在考虑布局问题之前，我们先要知道机器人的重心在哪里，然后根据机器人的重心才能知道我们的轮子该在什么位置，如果说两个轮子的机器人，这两个轮子的连线肯定要在重心的附近，因为这两个轮子必须起到充分支撑重心的作用，如果说轮子离重心太远，重量偏向于前后，都会导致影响机器人行驶的灵活性。其次四个轮子的机器人相对来说容易一点，直接分布于机器人重心的前后两侧并且以重心为对称点尽量对称。但是四个轮子前后轮子的间距问题比较重要，前面我们说到，四个轮子的灵活性差，可如果前后轮子的间距减小，也就是前面的轮子比较接近后面的轮子，机器人的灵活性会有很明显的提升。但！前后轮间距太近又有个坏处，就是机器人在行驶的过程当中如果突然急刹车，机器人会有点头效应，也就是说机器人会突然前倾，像喝醉了一样。而且啊，还有另外一个问题就是没有了原来四个轮子的稳定性！所以大家在设计四个轮子的前后轮间距问题时，一定要提前考虑好，选择合适的前后轮间距！同时，两轮的机器人其实同样有点头效应，但是一般我们所说的两轮机器人并不是真的两个轮子，机器人的前面还有个万向轮或者牛眼轮，也有很多人会用耐磨的工程塑料做成的一个球，放在机器人的前面作为机器人前面的支撑，防止点头效应。