開始折騰六足~
其實六足也不算一個新鮮的項目了，網上的六足項目也是多如牛毛，不過千篇一律，似乎缺乏了點創新。。
這個項目的靈感來源于前段時間做的雕刻機，雕刻機其實就是把步進電機的旋轉運動通過絲桿轉換成直線運動，以此控制刀具和工件的移動
之后一直想把這種結構運用到什么地方去，于是乎就產生了這么一個項目
上圖
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上面的效果圖僅僅是個原型，用于分析結構。。最終的效果可能會有差別
這個設計完全拋棄了舵機，采用空心杯伸縮桿+減速電機的方案來作為機器人的動力，不過原理還是和舵機相同，電機+減速+角度反饋
大家多提意見~
對這個項目感興趣的同學，可以進群討論，集思廣益~
分析一下舵機方案和螺桿驅動方案的優劣
舵機方案：
舵機一體化程度高，使用簡單，應用也成熟，配合舵機控制器使用非常方便
但是舵機形狀比較單一，體積也比較大，速度比較慢，響應頻率也低，控制頻率50Hz
螺桿驅動方案：
螺桿減速驅動的方案在電機的選擇方面就比較靈活，可以根據不同的情況選擇不同型號的電機
響應頻率高，最簡單的PWM+AD就能控制電機運動，其實相當于將舵機拆開來使用
當然，螺桿方案最大的優點，就是它具有自鎖功能，不用像普通模擬舵機那樣要持續不斷的發送角度信號，消耗的能量更少
用螺桿驅動，會面臨這么幾個問題：
1、選擇合適的電機，電機要滿足轉速、轉矩、重量、體積、電壓、電流等要求
2、要重新設計電機角度反饋電路和控制電路、控制程序
占坑
討論機械結構
分析了一整天機械結構，話說用這種結構的機器人非常非常少見。。
搜遍整個網絡只發現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。。但是經過一天的分析后終于發現了原因，稍后道來。。
做一個六足機器人，最重要的就是腿部的設計，腿部設計的重點，就是電機的選擇，如電機的力矩、轉速、電流等參數，所以我們就先拿一條腿開始分析：
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上面兩幅圖展示了腿中部的運動情況，即：螺桿運動一個總行程L，機器人重心變化H，據此可以求出電機的參數
條件：
機器人自重500g，負重500g，總共1kg
電池8.4v航模鋰電池
所用螺桿φ5mm，螺距p=1mm
假設運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=電機旋轉N圈做的功
M=333g（六足運動中3條腿著地，1kg/3=333g)
H=76-29=47mm
N=電機轉過圈數=L/p=20
*注意：計算功的一定要將角速度轉換成弧度制，rpm*2π/60=rad/s
T為所求電機轉矩
∴T=3.3N*47/1000m/20/6.28=0.00123Nm=12.3gcm
12.3gcm就是這個電機所需要的最大額定轉矩
同理可求得機器人無負載的時候所需的額定轉矩=6.17gcm
如果希望機器人上升的速度能達到4.7cm/s,那電機的轉速要滿足 ω=20rps=1200rpm
上面的計算忽略了摩擦力，也假定轉動過程中所需拉力恒定，實際上拉力方向和腿轉動方向所成的角度是變化的，因此要留1倍的余量
所以根據上面的參數就能很輕松的選擇所需電機：
工作電壓8.4v，重量10-15g，額定轉矩12.3gcm-24.6gcm，額定轉速1200rpm
正好，目前tb上賣的很火的微型減速電機n20有諸多減速比，完全符合要求
經過一番折騰確定了腿部中間的那個電機，同理再分析腿下部的電機：
可以發現H=22mm，L=9.2mm，比值和上述的電機很接近，省略公式，計算得：
額定轉矩：12.8-25.7gcm
額定轉速：1200rpm
經過這么一番分析后，可以發現那位老外為什么不成功了，因為他用空心杯電機作為動力（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：電壓3.7v，額定電流200ma，額定轉速30,000rpm，tb上大多數的空心杯都沒給出轉矩，網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矩應該是1.2gcm，
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是不是小的可憐？？
另外，我猜測，爛大街的輝盛9g舵機里的電機和爛大街的n20減速電機所用的電機應該是一樣的
總結上面的一段分析，大家在給自己的機器人（不管什么類型的機器人）選擇電機的時候，完全可以先用功和能的觀點簡單判斷一款電機符不符合要求
最簡單的辦法，就拿上面的例子來說，某款n20，9v，負載電流60ma，負載力矩22gcm，負載轉速890rpm：
機器人所需功率<電機輸出功率<電機總功率
機器人所需功率：P=W/t=（mgH+1/2mv2)/1=[0.33*10*47/1000+0.5*0.33*(47/1000)2]/1=0.156W
電機總功率： P=9*0.06=0.54W
直流有刷電機效率一般比較低，就算50%吧
0.54W*50%=0.27W>0.156W
粗略一算，這款電機符合要求！
再算一下它的輸出功率：
電機輸出功率： P=T*ω=22*890*2π/60*0.0000981=0.2W (一定要帶上單位，W對應Nm，gcm要轉換成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的一篇關于電機的詳細文章
力矩轉換表
*注意：上面的分析方法、計算結果可能有錯誤，歡迎指正！
以上的分析忽略了加速度，最后的結果導致偏小，由于模型比較復雜，現在改為solidworks進行運動分析
未完待續。。 |
姿態5.jpg
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姿態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驅動
角度反饋計劃采用AD讀取電位器阻值變化，這也是大多數舵機里的角度反饋元件
電機驅動再討論，因為電機電流很小，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，統一接口
兼容控制其他舵機六足的命令
電機轉動的精度取決于電位器的質量和AD的精度
電機轉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和下位機來討論，由于硬件接口和普通舵機控制器相同，所以其他舵機控制上位機應該能很好的修改移植
先說說下位機程序
下位機接受的命令看起來可以是這樣子：#C1P60C2P90
解釋起來就是1號電機轉到60°，2號電機轉到90°
至于驅動電機的算法，可以采用分段PID
先實現最基本的，再改進
如加上腳底觸碰開關，加上陀螺儀和加速度傳感器進行姿態反饋
現在在設計和分析結構
現在沒法弄，很多零件要cnc加工
回校后做條腿驗證一下
還要設計控制電路，程序
工作量也不小了。。。
歡迎一起討論改進~
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，哈哈 樓主你還我青春。
