制作机器人机械结构的一些经验[翻译]

1万 · 2011-1-1 13:42

制作机器人机械结构的一些经验[转自]：http://www.cdle.net/bbs/dispbbs.asp?boardid=4&Id=28632

（这是我翻译的一篇国外网站上的英文**，觉得还不错）

设计：
当我还是一只小菜鸟的时候，曾经有一位大虾语重心长的对我说过：“如果你的机器人机械部分设计糟糕，即便你拥有专家级别的控制与程序，你还是只能得到一台糟糕的机器人；可如果你的机械部分设计合理，即使你的控制系统与程序很差劲，你还是可以说制作了一台不错的机器人。”这条忠告我一直铭记至今。

规划：
你是否认为拥有前景规划的人在生活中更容易获得成功？是的！制作机器人也是如此。在动手之前在纸上或是计算机里做好规划的重要毋容置疑。比如机器人的机械结构采用什么材料，每一处的连接使用什么规格的螺丝，每一个传感器如何固定——每一个你可能想到的问题都应做好规划，这将节省你的时间和金钱，并且你的机器人最终的结构也将更加完善。具体来说，你应该画出每一个零件的图纸，标出每一个要钻的孔，想好究竟该怎样把每一个零件连接在一起。

几条忠告——使用尽量少和简单的零件。使用更少的零件，意味着你需要准备的零件就更少，需要设计的零件就更少，需要的花费就更少。设计零件的时候，要考虑到这个零件是否易于加工。不要设计没有必要或是结构复杂的零件，或是你没有条件加工的零件。简单和少的零件，意味着你出现设计错误的机会就越少。

——使用现成的零件。使用现成的零件，意味着你将花费更多的金钱。但是毫无疑问，现成的零件比你自己设计的零件更加可靠。市场上销售的零件都经过了严格的设计与测试。这些零件用在你的机器人上也不会出太大的问题。这也将大幅的节省你的时间和精力。而你的时间和精力是无法用金钱来衡量的。你可能花二十小时制作了一个功能贫瘠可靠不高的电源，实际上你只要花费——不要使用太多的不同规格的螺钉。我的一个同事制作机器人的时候给他机器人上每一个不同的连接处都使用了不同的螺钉。最后我进行拆卸的时候不得不使用了十种不同的六角扳手。而我的同事为了制作这个机器人也不得不买了十箱螺钉。

框架结构：
框架结构就是你机器人的主体部分，也就是其他所有零部件的支撑部分。要使用一种重量轻，刚好的材料。比如铝板或聚乙烯。

零部件：
如果你见到我最初三年所制作的机器人，你一定会惊讶于为何我的机器人成本会如此之低。毕竟商店里卖的各种机器人部件都是价格不菲。实际上，几乎可以这么说：你可以在自己的屋子里找到所有的你所需要的机器人的机械部分零件。一般来讲，我的机器人预算是这样的：电机大约固定：
经常有一些新手朋友问我：“究竟怎样把各个零件固定到机器人上才好？”必须要明确一点：不同的零部件都有不同的合适固定方法，如位置、重量、尺寸、功能等等。一定要具体情况具体分析。

车轮：
——直径：选择轮子时，首先要考虑扭矩和速度。直径大的轮子，获得同等的动力输入时，扭矩较低，但转速较高。如果你的电机动力较强劲，则可以选择直径较大的轮子。伺服电机的输出扭矩较大，所以轮子的直径一定要大。如果你的电机负载较小，那么可以选择轮子的直径小一点。这样机器人的速度会较低，但是其扭矩足够使你的机器人爬上一个小斜坡。还有一个初学者经常犯得愚蠢错误，就是轮子直径等于或是仅仅比电机大一点，这样你的机器人离地间隙就会非常小，越过一些路况不好的路面时会发生严重的磕碰。

——车轮纹理：车轮纹理对一些路面来说非常重要。一些初学者经常忽视车轮纹理的选择。如果你的车轮表面太光滑，将很难获得足够的摩擦力。过度光滑的轮子在刹车或加速时有可能会打滑。这一点上塑料轮子就不如橡胶轮子表现好。但是如果轮子的摩擦过大，比如泡沫材料，则会影响电机的效率，并且轮子的磨损也会比较严重。

——轮子宽度：轮子的宽度不要太宽，否则将会影响机器人的灵活。我曾经使用过——轮子的中心孔径：最终你要通过这个孔来把电机轴输出的动力传递到轮子。因此这个孔径的选择要根据你电机轴的大小来决定。

——轮子如何安装：过盈配合：如果你的轮子没有中心孔，那你就要自己钻一个。加工的时候一定要确保你所加工出来的孔是在轮子的中心。加工出来的孔径应比电机轴稍微细一点点。然后在孔中涂一点强力胶，将电机轴穿过轮子的中心孔，使电机轴与中心孔形成一个过盈配合。

——购买途径：一般飞机航模的轮子是个不错的选择，网上有很多航模的配件商店，有很多的选择。你可以自己去搜索一下。

电机的种类浩如烟海，我这里假设你的机器人使用的是最基础的直流电机。购买电机的时候最好选择直接配有变速箱的电机，经过变速箱的动力输出可以使你的机器人更易于控制、更有力。我建议你不要尝试自己去制作电机的减速系统，这将会给你带来各种各样非常多的问题。我的第一次尝试最终也是以失败告终。我真的不建议你去做这个尝试。

电机：
——普通电机安装：不论什么类型的电机，要固定到你的机器人底盘上都需要一个
安装机器人电池：

安装机器人电池是一件很简单的事情。只要你使用的是固态电池（比如镍镉或镍氢电池）。最简单的固定方法就是用胶或胶带来把电池固定在机器人底盘上。

电子电路：
将电路板装在你的机器人上有时候是件很困难的事情。如果你的运气够好，买到一块预留了螺纹孔的电路板就比较便于安装。如果没有的话，那么你就要想办法自己在电路板上钻孔，然后使用螺母与螺杆来把电子芯片固定在机器人底盘的聚乙烯板上。

安装你的电子设备时要记住一件事：尽量把你的电路板或其他一些电子设备安装在机器人的高处。因为这些电子设备大多较轻，而你应当尽量使你的机器人重心靠下。并且如果你的电路板离地太近，那么机器人在运动时溅起的一些污垢就很容易把电路弄脏。而电机在运行时产生的一些电子信号也容易对你的控制电路产生干扰。

布置传感器：
安装传感器方面，很难有什么共通的准则。安装传感器最大的困难就是在机器人上总是有这样或那样的影响传感器工作的限制。比如传感器不能离噪音较大的电动机太近；传感器可能必须要装在机器人的前面或两侧；并且要有一定得保护措施，避免碰撞或灰尘也有可能会影响传感器正常工作；如果你做的是一个巡线机器人，那么机器人底部传感器的离地间隙必须精确。因此如果想将传感器安装在一个非常合适的地方，你必须利用一些技巧和工具：螺纹、胶、或是一些自制的支架。