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直立車控制的基礎(chǔ)入門教程免費(fèi)下載

2019-10-16 | pdf | 2.20 MB | 次下載 | 免費(fèi)

資料介紹

  在閱讀我后面逐個講解直立、速度、轉(zhuǎn)向及機(jī)械這一大堆廢話之前,我想首先用最通俗的言語和你們討論直立車到底是如何實(shí)現(xiàn)直立、跑動以及轉(zhuǎn)向的。

  上圖是以我的理解畫的簡化后的直立小車受力分析圖,主要由電池、底盤、車輪以及電機(jī)組成。假如我們已經(jīng)組裝了一輛具有機(jī)械零位的小車,平衡位置上圖所示,也就是這個位置是它能夠站起來的狀態(tài),如果受外力前傾或者后仰,小車就會倒下。前傾和后仰都是繞車軸旋轉(zhuǎn),為什么會旋轉(zhuǎn)?其實(shí)就是小車合力矩越過了過車軸并垂直地面的支點(diǎn)線。簡單的理解可以認(rèn)為前部分彎矩大于后部分彎矩就往前趴;后部分彎矩大于前部分彎矩就向后仰。我們仔細(xì)分析這張圖來理解小車是如何穩(wěn)定的立起來的,這里我就不采用經(jīng)典的單擺模型去解釋了,而是根據(jù)上圖由系統(tǒng)受力平衡去分析。我們知道彎矩是力矩的一種,即是力和力臂的乘積,小車有機(jī)械零位也就是存在除車輪以外無其他部位接觸地面時的平衡位置。立起來的小車在外界干擾下偏離此位置時,前后力矩由于力臂長度的改變從而不再相等即打破平衡狀態(tài),因此若不引入電機(jī)的干擾小車就會倒下。而電機(jī)的輸出其實(shí)是轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)矩是什么呢?其實(shí)也是一種力矩。轉(zhuǎn)矩除以旋轉(zhuǎn)半徑就是力了,也就是我圖中電機(jī)處淺藍(lán)色的箭頭所代表的力,這個力的方向和與電機(jī)齒輪嚙合的傳動齒輪嚙合處的切線平行,如果是嚙合的很好的齒輪的話那就是分度圓的切線。它的正負(fù)方向因電機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向而改變。因此我們就明白了,小車直立的時候,若是往前傾,電機(jī)這個作用于車身上的力就往后拉,若是小車后仰,電機(jī)轉(zhuǎn)矩就產(chǎn)生往前拉的力來使小車回到平衡位置而立住。那么小車是如何向前跑的呢?理解了直立,再來理解速度其實(shí)就不難了。如果利用直立環(huán)的控制將小車立在其機(jī)械零位,小車是不會跑的。因?yàn)殡姍C(jī)的作用就是為了讓小車回到這個平衡位置,這個位置的系統(tǒng)受力是平衡的,因此,這個位置只要電機(jī)轉(zhuǎn)動就會產(chǎn)生力的作用,從而產(chǎn)生力矩,破壞系統(tǒng)的平衡狀態(tài)。那么怎樣的位置電機(jī)轉(zhuǎn)動往前跑小車還能不倒?這個位置就是小車在非機(jī)械零位處站住的位置。這是什么意思?我們可以這樣理解,比如說我們想要小車立在前傾某個角度的位置,這個時候,我們通過受力分析可以知道,小車前部分的彎矩必將大于后部分的彎矩,直立環(huán)要使小車不向前旋轉(zhuǎn)傾倒,電機(jī)就得對底盤有力的作用也就是有轉(zhuǎn)矩的輸出轉(zhuǎn)化為能夠平衡小車向前的合力矩的力矩,于是小車就跑起來了。而關(guān)于小車是如何轉(zhuǎn)向的。這就十分簡單了,小車兩個輪子的轉(zhuǎn)速不同就轉(zhuǎn)向了。這就叫兩輪差速轉(zhuǎn)向。值得一提的是,兩輪車的轉(zhuǎn)向半徑的極限不同于四輪車。四輪車最小轉(zhuǎn)向半徑由轉(zhuǎn)向舵機(jī)、轉(zhuǎn)向傳動安裝方法及前輪安裝方式有關(guān)一般不能太小,最大轉(zhuǎn)向半徑理論也是無窮大。兩輪車的最小轉(zhuǎn)向半徑就是輪距的一半,最大轉(zhuǎn)向半徑理論上也是無窮大的。說到這我們其實(shí)可以通過限制兩輪的轉(zhuǎn)速差對直立車的最小轉(zhuǎn)彎半徑做一個限幅,避免轉(zhuǎn)向環(huán)節(jié)出現(xiàn)極端情況。

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