小車走不直的原因

這個問題做過智能小車的都應該遇到過,因爲在目前的智能小車中,差分驅動仍是主流。 所謂“差分驅動”,就是左、右輪分別用電機驅動,通過改變兩個電機的轉速實現小車前進和轉向。 “小車走不直”的癥結也正是緣於此! 因爲兩個電機驅動的差異性,導致兩個輪子轉速不同,就使得小車本該直線行駛的軌跡發生偏移,也就是俗稱的“走不直”。 首先,明確一點:兩個電機驅動特性完全相同幾乎是不可能的,尤其是在做智能小車這個層次的投入上。除了電機的特性差異外,減速機構的差異,以及運轉過程中的擾動,如輪子瞬間打滑、有微小的障礙物等因素,都會導致左右輪不同速,從而“走偏”。 而且,這是開環控制無法消除的!因爲上述擾動不論是程度、還是出現與否,都是隨機的。所以,要想走直,只有引入閉環控制,即找到參照物,根據與參照物的偏差進行修正,從而保證小車走直線。 尤其是差分驅動的小車,舵機轉向方式的小車(類似於汽車)略爲好些,但也存在,只是原因不同,舵機控制不是絕對連續的,存在死區,也就是說,靠控制很難保證正中,微小的偏差角,通過長距離的行走必然會顯現。此問題隨舵機的精度而減小,但很難消除。 和開車類似,如果閉上眼,即便把方向盤調正,也很難保持長距離走直線。必須通過眼睛得到偏差,通過手轉動方向盤修正,纔可以走直線。 至此,得到一個結論:要想小車走直線,必須引入閉環控制。 至於用何種方式得到偏差,不是本文所討論的內容,此處只略微探討一下。 獲取偏差有相對的和絕對的兩種,所謂相對,即參照系和小車相關,或者說在小車上。所謂絕對的是指參照系在小車外,不受小車運動影響。相對而言,絕對參照系容易做好,但需要外部配合。相對參照系屬於小車,做好較難,但由於不受制於環境,有其優勢。選擇哪種方式取決於小車的需求。 一定有人會問:同樣是差分驅動,爲什麼有的小車就走得很直? 下面就討論一下小車結構對此的影響。 差分驅動小車常見的有如下幾種:

小車走不直,爲什麼你的智能小車走不直! 分別分析一下上述四種模式,其發生偏向時小車的受力情況: 1 號車:當驅動輪運動偏差帶來轉向時,導向輪需要做軸向移動,如果所用輪子是萬向輪,則會轉向爲徑向運動,無阻力,很容易偏向。如是球形輪,阻力也很小,同樣易於偏向。只有使用定向輪,其軸向移動阻力很大,導致偏向的力被抵消或減弱,從而使小車易於走直,但代價是轉向也不靈活,尤其地面阻力很大時。 2 號車:道理和1號車類似,但有幾點差別,其一:由於這樣佈置,導向輪作爲支點通常不會同時受力,有些像蹺蹺板,任意時刻只有一個受力,相對於1號車導向輪的垂直壓力要小,因此其運動阻力就小,抵禦偏向的能力也就弱。 其二:由於導向輪距離驅動輪肯定比1號車近,阻止偏向的力矩也小於1號車,所以相對於1號車,2號車更容易偏向。 3 號車:和1號車相比,其存在2個導向輪,通常這類結構的導向輪不會用萬向輪和球形支點,多數使用定向輪,2個定向輪的軸向阻力肯定大於1個,所以這個結構很容易走直線,但其轉向就很困難了,讓其走一個流暢的弧線幾乎是不可能的。 4 號車: 和三號的差別在於4個都是主動輪,導致轉向的中心從後輪移至小車中心,其偏向阻力和3號車一樣,只是由於中心變化,導致偏向阻力矩減小,從這點上看,應該比3號容易偏向,但由於4個都是驅動,其偏差更爲離散,不一定是同側的偏差方向一致,所以應該是很難偏向,走直線應該容易。但和3號車一樣,轉向不會流暢,尤其是地面摩擦力較大時。

“不幸”的是,小車最易偏向的 2 號車結構,且由於體積小,結構對稱,2 個不利因素都被放大了。所以,要控制好需要一些水平,幾乎和做兩輪平衡車一樣。但作爲學習應該是件好事,它能給你足夠的發揮空間。

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