本帖最后由 civiling 于 2013-12-12 22:32 编辑
近期社区提到多次差距，回复的社友也通常以“基础”说事。不是搞重工业的，说不了钢铁这些大项目的基础与差距，就以全向轮说说基础，差距与超越吧。
全向轮或者麦克纳姆轮，就是搁现在，没有玩过的人也会认为那玩意很神秘，很“高大上”吧。就是到收录学生论文的网站上去搜，关于这种轮子的研究论文历年来就不少。有些错误的认识被交叉抄袭；有些不太靠谱的结构，用上这轮子搞一下研究，就可以写一篇优秀论文了。其实04年的时候，我就有校友用铝片，铆钉杆和电气垫柱手工山寨出来过一款麦克纳姆轮。当时我也把玩过，那时候大家的意见是统一的——“不靠谱”。
06年的时候，我在学校带比赛。有个学习成绩很好的学生从米国的一个网站上找到全向轮，想把这种轮子用到他当年的竞赛机器人上。由于之前没有玩过，心里确实不踏实，那玩意那么贵，万一不靠谱我们没法玩；由于之前没有玩过，心里确实很痒痒，那玩意即然米国人都研究那么多年来，总有他们研究的道理吧。纠结之后还是决定买，就熬到凌晨2点多，从俄亥俄州的一个专门开发这个的公司订货。经过两个月的漫长等待，四对4寸塑料轮毂全向轮终于到货。
由于控制能力限制，最初轮子被安装在人工操控的小车上。试验之后，很快发现诸多问题。比如跑不了直线，比如车体发飘，比如振动过大，比如控制参数不稳定等等……没两个月，我们最终拍掉了这个方案。
09年的时候，中国科学技术大学的方案用了这种轮子，完败！方案玩得那么糟糕，以至于对战前夜，太原工学院把他们当作自己成功出名的“一碟菜，就看怎么吃了”。于此同时，当届的电子科大也部分采用了全向轮，效果却非常抢眼。我仔细观察了两家985的轮子，结合回去百度到的图片，山寨了3对，给实验室做小车玩了。
又后来，新一届的主题下来，有一个机构水平左右偏动作。对于这个动作，如果我们直观去想，那必然是导轨左右排布，电机驱动或者气缸推动就是了。随着讨论的深入，我们的指导老师发现和对方对抗的可能性很大。用导轨电机气缸等，都需要在高位添加重量，重心高了和别人对撞或者对挤，是要摔跤了。最后方案聚焦到底盘的移动，而这，恰恰是全向轮的用武之地。
我们于是翻出06年买回来的轮子，这几千美金买回来的轮子，除了前两年有硕士论文那这个做研究取得优秀论文外，就躺废料堆里睡觉了。于是拿出来“发挥余热”，但以前那些问题，依然存在。于是大伙又把我之前做的照葫芦画瓢，象征性地改进改进，也用上了。
那玩意毕竟比人家的重3倍，车体发飘的问题没有了，偶尔也能跑直线了，但振动更厉害！当时就有人提出，“咱们刚起步，基础薄，还是先引进吧……” 于是精挑细选，花了更多钱，又从俄亥俄那个公司的台湾代理那里买了4对轮子回来。等待月余，收到貌似更高端大气上档次的货物。刚开始用着，很爽。但很快问题就逐渐暴露出来，比如打滑越来越严重，比如莫名其妙的失控。
这些问题只能减速控制来将就使用。向来倡导“要讲究，不要将就”的指导老师，鼓励我们，既然我们的目标是亚太冠军，那我们用的轮子也应该是亚洲太平洋地区最一流的。于是我们要为彻底解决这些外购轮子的弊病做研究，更重要的，可以减少开支，保证后勤供应稳定。
当时的轮系布置，我们都是从网上查论文看到的，论文五花八门，真相只有一个。4轮90度布置的直接被我们拍掉。理由是一，过定位；二，过重；三，占空间。论文里说得比较多的，是3轮60度布置和3轮120度布置。我们简单做了试验，120度布置简直就扯淡，根本无法控制自己去旋转或者不旋转。那么多年那么多论文都鼓吹的结构啊……
实际制作中，试过“I_I”形布置的轮系，这种轮系直冲爆发力不错，就是水平偏移不给力，最后舍弃。结合之前见过国内其他学校的“I—I”形双车布置，我们也算走出论文教条的首先吃螃蟹的人们了。
用上全向轮之后，原先的陀螺仪+从动轮码盘方案就不再适用，因为车体可能朝任意方向随意走动。听一个电气大牛的建议，我设计了一个极坐标跟踪从动轮码盘，他说这是最有前途的方案。当时甚至用上了滑环技术，自制了小滑环。但这项技术最终也被拍掉，机械方面那根轴容易被别断；电控方面由于行走过程中变数太多，采样频率不好确定，过高把微扰当主流，过低往往冲出去。如果有时间，也许这个“最有前途”的方案，可以在硕士论文里做一个课题研究。但时间紧迫，后来还是用了两组小全向轮做从动轮，组建XY坐标，配合陀螺仪导航。
圆周小轮子绕着小轴转小轴固定好呢，还是小轮子和小轴固定，小轴去转。分析起来，两个各有利弊，后来发现轮--轴空套容易进灰尘，容易偏，容易卡，转向使用轴--座空套方案。轴--座空套方案，很快也发现间隙渐渐增大的问题。因为轮子是线切割制作的，加工面为电蚀面，受不了长久的冲击挤压。后来改为数控机加铝，再后来改为亚克力激光切，最后改为机加碳纤板。
小轮子用什么材料做？丁腈橡胶？天然橡胶？硅胶？聚氨酯？硬度多少？那时候学校给力，我们每个各做几百个回来试，了解各种轮子的特性，甚至最佳参数使用寿命。这期间也有外校过来参观交流，偷拍几张嘛，就能知道怎么设计。但用什么硬度什么材料的，就不知道了。
那时候讲究追求完美，走极端，经过长期测试，试验场地上留下长长的橡胶摩擦痕迹；也因为这种测试，我们已经不满足于正常使用。有人总结出来，新轮子用酒精擦拭后晾干，综合参数是最NB的。所以后来上场前就会一堆人拿着酒精瓶子忙活，最后附上保鲜膜，赛前拆下。
那年下来，真正玩转的几个人都知道全向轮什么回事了，原来的神秘感荡然无存。俄亥俄那家公司的轮子显然早就不能满足我们的需求。
好玩的是，后来我把淘汰下来的轮子放到淘宝上，居然有人上来就打价格战。还有一个估计从我们那边山寨过去形状的哥们，居然拿着自制的各种轮子到现场去卖。看着他们那线切割加工并表面阳极化得很好看的本体，确实很美观；看着那键槽，都不用计算，我们都知道那玩意勉强能玩，但要玩到极端的状况，呵呵……
遗憾的是前些日子有学弟再次以探索神秘的语气和心态问，怎么玩全向轮？其实，实验室电脑里很多玩过的毕业论文里都有…… 所谓基础，就是曾经有人想到了，并且玩过，并且留下了文档；所谓差距，就是别人玩了，自己没玩过或者没有往最极端完美的方向努力，对那玩意“不明觉厉”；所谓超越，就是用到了市面上貌似很牛的A货都不够用，得自己开发且自己能够有所心得吧。 | 
发表于 2013-12-12 22:14:40
