“万兽之王”四蹄奔 更稳更快有窍门

万钟

Power Tech比赛是利用小型直流电机为动力，利用木板、冰棒棍等做出模仿动物运动方式的机器人。不同作品仿生的基本要求不同，如“万兽之王”要求机器人能够像老虎一样四脚行走；“机械战鼠”要求机器人像袋鼠一样跳跃前进；“虫虫危机”要求机器人像毛毛虫一样蠕动爬行；“蚂蚁雄兵”要求机器人能够像蚂蚁一样爬行。本期，我们先来说说“万兽之王”。

一、“万兽之王”的行走姿态

Power Tech仿生机器人可以分为两个部分：外观与机体。外观部分可以赛前准备，比赛时将作品带入赛场，而机体部分必须在比赛现场3小时之内完成。

“万兽之王”采用的是四脚前进的运动方式，它四脚之间的配合情况不是士兵的“齐步走”。仔细观察机器人的行走姿态，我们可以发现，这四只脚之间的运动情况是任意两只脚的运动方向一定相反，如图1a所示。我们试想一下乌龟四脚前进的运动方式，如图1b所示，这是安装与调试的重要参考依据，因此，安装“万兽之王”时，左右摇臂必须是相反的。

二、“万兽之王”的前进速度

1.减速箱的转速分析

Power Tech比赛使用的电动机转动速度通常是每分钟18 000转，合300转/秒，减速箱的F轴减速比为130：1。经过减速箱减速之后，F轴转速为每分钟138.5转，合2.3转/秒。但是在这样的速度下，机器人会因为行走过快而明显跳动，这个转速还是有点快。为了机器人行走稳定，可以让转速控制在每分钟60转左右，即1转/秒左右，最快不要超过1.5转/秒，这时机器人行走的跳动就能够明显减小。如果在机器人脚底加上缓冲材料，可以使机器人的前进速度明显提高。

减速箱S轴的减速比为475：1，每分钟18 000转的电动机经过S轴减速，转速为每分钟37.9转，合0.6转/秒。这个转速下，拔河时力量也不够，最好转速再慢一点。

2.“万兽之王”的步幅分析

摇臂有3个孔，最小半径为1厘米，两孔间距为0.5厘米，最大半径为2厘米。摇臂旋转一周，带动前后脚移动距离分别为2厘米、3厘米、4厘米。

3.“万兽之王”的前进速度

机器人的前进速度=机器人的步频×机器人的步伐。如果F轴转速为2.3转/秒，摇臂最大半径为2厘米，最大步伐为4厘米，这个机器人的最快速度=4厘米×2.3转/秒=9.2厘米/秒。赛道长为210厘米，实际行走距离为170厘米，如果不改变摇臂，这种“万兽之王”竞速最快需要170厘米÷9.2厘米/秒=18.5秒。endprint