JerryFaraday's Blog

25赛季待做内容

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2024/04/18

  留几个难度比较高且重要性没那么大的模块给自己吧,先写个Blog记录一下,充当个备忘录,等考完研再继续搞。

  当然当中几个任务如果有能力比较强的小老弟可以做,肯定优先给他们,毕竟我每年的Todo List至少1/3连文件夹都没能来记得新建。

自制3508行星减速箱

  此方案为前几赛季由南方某高校一学长提出,由于各种错综复杂的关系,导致此方案最终被好几所南方高校获得并使用,为了避免称呼错误(主要我真的没记住完整的流传过程),再次暂时隐去所有高校即战队名称。

  由于RM规则中存在底盘功率限制,而RM赛场中最常用的、或着说是RMUC赛场中几乎唯一被大家用来驱动底盘的电机——RoboMaster M3508 P19电机在一定功率下的性能有些冗余。由此,可以通过降低减速箱齿比使得整车重量较轻的机器人在某功率范围中可获得较快的移动速度。但由于本人即未学习过理论力学,也未学习过电机学。因此暂且未具体计算过不同轮组、不同重量、不同功率上限下3508的最佳输出扭矩,并通过其反推出最佳齿比。因此目前不打算将其交由学弟完成,这个还是等我日后深入研究吧。目前队伍的步兵电机采用的是仅改变3508减速箱减速比的方案,修改后的减速比为 1:13.733 。此方案有点为可随时更换回原装3508,且结构稳定可连续使用多赛季无需担心损坏;缺点则是无法内嵌至任何轮组内,因此在体积上不具优势,且减速比固定无法调整。

  目前可见的机械图纸开源有上交23赛季开源的轮腿平衡步兵轮毂电机减速箱,但据上交平步电控于同年青工会技术答辩上自述,该减速箱背隙较大,非常不便于电控组控制(对于平步来说),且由于该方案成本相对较高(整套机加工件2100+元),因此不打算采用该方案;
23赛季上交自制减速箱图不见了.
  而广工22赛季的开源技术文档及23赛季的青工会技术答辩中展现的全向轮内嵌电机减速箱方案与上交类似,或者说二者实际“师出同源”,其成本也极为相近,均为23赛季全向轮步兵方案的成本的四倍。
22赛季广工自制减速箱图不见了.

  综合上述原因,笔者原计划在本赛季尝试开发斜齿轮行星减速箱。其方案过于奇葩,若真是用金属机械加工制成,成本将无比之高。但由于斜齿轮在背隙上的优势,因此目前计划使用尼龙材料,其有自润滑以及成本低的优势,尽管理论寿命低于金属钢制齿轮,但个人认为,在RM比赛的工况中,只要在实验室中经历过长时间高强度测试,保证该系统在赛场上可以稳定运行,即便每半年便须进行一次齿轮组更换,那么为了机器人性能的极限,这些代价是可以接受的。

  2024年4月18日,Hexroll 在朋友圈更新了他们售卖的自制3508行星减速箱,售价319一个,仅为23赛季全向轮步兵方案成本的一倍。但由于其减速比为 1:15.765 ,比目前常见的减速比略大,或许其更适用于英雄?具体还是等我后续计算完理论扭矩需求再说吧。如果其减速比真的更适合于步兵,那可能这个项目就直接胎死腹中了?不过感觉目前这个项目最大的需求其实是计算理论扭矩需求以及学电机学,所以如果真的不用画了,我倒是乐于在研究完后开始摆烂。

3508舵向驱动的舵轮轮组

  此方案相较于RM,对于我而言灵感更多其实是源自于RC吧。毕竟我唯一的师傅便是RC的,当年我在入门摸索是看的也是东大、哈工大、哈工程,当然还有北邮Robocon参赛队的图纸,其中最吸引我的便是东大Action 2020赛季“绿茵争锋”的PR、TR舵轮轮组,简洁,优雅,又有着最强的性能。可惜RM赛场上不需要这么暴力的舵轮轮组,因此在大学四年生涯中没办法“仿制”一套类似的轮组一直是我的一个遗憾。
Action2020PR舵轮轮组图不见了.

  说回RM,目前RM的主流舵轮方案是M3508(驱动电机)+GM6020(舵向电机),身为机械我对采用GM6020电机充当舵向电机感到极其厌恶,不但因为在底盘上使用四个6020对整车成本的压力,还是单个6020高达470g的超大重量导致整车减重原地报废,以及将身为云台电机的6020用在此处的性能冗余。不过考虑到电控的控制难度,我只能说理解此方案,但仍无法掩饰我对其厌恶的态度,毕竟说到底,这套方案就是在RM相较RC独有的、在电机使用及选型领域摆烂至极所导致的后果,即一切方案优先以使用M3508、M2006、GM6020为首选,能不加额外传感器或者换其他协议电机就不换,不论机械需要为此做出多少妥协,也无论该妥协在机械结构设计上是否合理。

  综上,我个人认为在RM比赛中较为合理的舵向驱动为使用3508屁股配合配合0.6模齿盘驱动,或2006通过齿轮组、同步带轮组传动驱动。

  3508方案的优势是整体体积较小,装配完成后维护难度低,而缺点则是0.6模齿轮齿盘配合背隙较难控制,尤其在齿轮为电机原装自带而齿盘为实验室单独外送加工的情况下,不可控因素过多,需要花费较大精力及金钱来获得经验参数。结构上可参考 Hexroll 22赛季开源于论坛的“非6020舵轮开源”,但由于后文将呈现的角度传感器方案与该开源差异较大,因此该结构仅供参考。
3508齿盘截图图不见了.

  2006方案的优势则是成本更低,毕竟相较于3508+C620逼近整个6020的售价,2006+C610售价仅为二者的一半左右;且2006输出轴为D形轴,可供选择的传动方式更多,由此便可进一步压缩方案成本。但由于相较3508屁股,2006电机长度还是过长,在RM轮组中属实很难忽视该缺点,因此2006方案在此仅作为一种提案,我应该不会采用该方案。

  除去电机,舵向角度传感器实则才是RM赛场上几乎所有队伍优先选择6020的原因,毕竟6020可直接获得轮组的绝对角度,而其他方案下,只要底盘断电后重新上电,那舵向角度便大概率会乱套。目前开源方案中有采用小型绝对值磁编码器方案的,也有采用光电门方案的,更有采用绝对值磁编码器+磁环方案的。要先声明的一点是,目前所讨论的舵轮轮组方案我几乎为设定轮组成本上限,因此尽管我很敬佩尝试采用上述方案解决传感器问题的队伍,但我仍对上述方案极其不满意,无论从尺寸、精度还是稳定性上。目前我规划中有两种方案:其一便是采用中空单圈绝对值磁编码器,内径35mm的传感器模组售价为600-800元,但这是我认为目前最优雅的方案;其二相对比较抽象,采用多圈绝对值编码器,并将齿轮齿盘减速比设为该编码器的多圈,即保证在任意状态下断电,编码器的角度数据均可与舵向角度一一对应。

  抛去电机和传感器后,我理想中最优雅的舵轮轮组应当内置一个STM32处理器,毕竟为了在一路CAN上连接八个RM电机而降低电机控频属实是一个为了方便而妥协的方案,由底盘主控板分别控制舵轮轮组控制板、舵轮轮组控制板处理传感器数据并单独控制航向、舵向电机或许才是更为优雅的方案。原本还担心该方案在24赛季不够时间完成,现在看来把该项目放到25赛季完成反而还是一种更加稳妥的选择。

发射机构迭代

  24赛季战队的所有17mm发射机构都是使用的我参考电科22年发布的论文中实验结果参数制成的,效果尚佳;但拨盘结构由于主要参考的是战队23赛季的拨盘以及20年管步拨盘,说实话上限有些低,外加我脑瘫还将原本的六齿、八齿改为了十一齿(当时是真脑瘫了)后改回十齿,导致目前2006在最大扭矩下仍无法保持稳定的射频,而正常状态下的17mm中心供弹机构却可以稳定连发。下赛季优先期望接手步兵的小老弟在22赛季西电步兵开源和21赛季大交步兵开源中17mm拨盘的基础上先迭代优化出一个稳定的普通拨盘吧。

采用新摩擦轮构型的发射系统

  23赛季各战队为使英雄获得稳定的吊射能力便开始广泛尝试其他构型的摩擦轮结构,最常见的便是双组摩擦轮和三摩擦轮。但同赛季更新的新版能量机关拥有了检测环数的能力,只不过由于绝大部分队伍视觉自瞄均不具备准确识别并实现较高精度预测的能力,因此暂且未看见有队伍在步兵发射机构上尝试新构型摩擦轮结构。但在可预见的、不远的未来,当前1/3的队伍视觉自瞄突破了后,大家对高精度、低散步17mm发射机构的需求便会急剧增加,由此提前进行该结构的研发极为重要。不过我实在懒得具体写我脑中构思过的几种新构型了,尤其其中几种属实难以描述,因此目前暂且鸽了,等后面做出来了新写一个Blog记录测试结果吧。

CATALOG
  1. 1. 自制3508行星减速箱
  2. 2. 3508舵向驱动的舵轮轮组
  3. 3. 发射机构迭代
  4. 4. 采用新摩擦轮构型的发射系统