本帖最后由 civiling 于 2013-12-12 22:32 編輯
近期社區提到多次差距，回復的社友也通常以“基礎”說事。不是搞重工業的，說不了鋼鐵這些大項目的基礎與差距，就以全向輪說說基礎，差距與超越吧。
全向輪或者麥克納姆輪，就是擱現在，沒有玩過的人也會認為那玩意很神秘，很“高大上”吧。就是到收錄學生論文的網站上去搜，關于這種輪子的研究論文歷年來就不少。有些錯誤的認識被交叉抄襲；有些不太靠譜的結構，用上這輪子搞一下研究，就可以寫一篇優秀論文了。其實04年的時候，我就有校友用鋁片，鉚釘桿和電氣墊柱手工山寨出來過一款麥克納姆輪。當時我也把玩過，那時候大家的意見是統一的——“不靠譜”。
06年的時候，我在學校帶比賽。有個學習成績很好的學生從米國的一個網站上找到全向輪，想把這種輪子用到他當年的競賽機器人上。由于之前沒有玩過，心里確實不踏實，那玩意那么貴，萬一不靠譜我們沒法玩；由于之前沒有玩過，心里確實很癢癢，那玩意即然米國人都研究那么多年來，總有他們研究的道理吧。糾結之后還是決定買，就熬到凌晨2點多，從俄亥俄州的一個專門開發這個的公司訂貨。經過兩個月的漫長等待，四對4寸塑料輪轂全向輪終于到貨。
由于控制能力限制，最初輪子被安裝在人工操控的小車上。試驗之后，很快發現諸多問題。比如跑不了直線，比如車體發飄，比如振動過大，比如控制參數不穩定等等……沒兩個月，我們最終拍掉了這個方案。
09年的時候，中國科學技術大學的方案用了這種輪子，完敗！方案玩得那么糟糕，以至于對戰前夜，太原工學院把他們當作自己成功出名的“一碟菜，就看怎么吃了”。于此同時，當屆的電子科大也部分采用了全向輪，效果卻非常搶眼。我仔細觀察了兩家985的輪子，結合回去百度到的圖片，山寨了3對，給實驗室做小車玩了。
又后來，新一屆的主題下來，有一個機構水平左右偏動作。對于這個動作，如果我們直觀去想，那必然是導軌左右排布，電機驅動或者氣缸推動就是了。隨著討論的深入，我們的指導老師發現和對方對抗的可能性很大。用導軌電機氣缸等，都需要在高位添加重量，重心高了和別人對撞或者對擠，是要摔跤了。最后方案聚焦到底盤的移動，而這，恰恰是全向輪的用武之地。
我們于是翻出06年買回來的輪子，這幾千美金買回來的輪子，除了前兩年有碩士論文那這個做研究取得優秀論文外，就躺廢料堆里睡覺了。于是拿出來“發揮余熱”，但以前那些問題，依然存在。于是大伙又把我之前做的照葫蘆畫瓢，象征性地改進改進，也用上了。
那玩意畢竟比人家的重3倍，車體發飄的問題沒有了，偶爾也能跑直線了，但振動更厲害！當時就有人提出，“咱們剛起步，基礎薄，還是先引進吧……” 于是精挑細選，花了更多錢，又從俄亥俄那個公司的臺灣代理那里買了4對輪子回來。等待月余，收到貌似更高端大氣上檔次的貨物。剛開始用著，很爽。但很快問題就逐漸暴露出來，比如打滑越來越嚴重，比如莫名其妙的失控。
這些問題只能減速控制來將就使用。向來倡導“要講究，不要將就”的指導老師，鼓勵我們，既然我們的目標是亞太冠軍，那我們用的輪子也應該是亞洲太平洋地區最一流的。于是我們要為徹底解決這些外購輪子的弊病做研究，更重要的，可以減少開支，保證后勤供應穩定。
當時的輪系布置，我們都是從網上查論文看到的，論文五花八門，真相只有一個。4輪90度布置的直接被我們拍掉。理由是一，過定位；二，過重；三，占空間。論文里說得比較多的，是3輪60度布置和3輪120度布置。我們簡單做了試驗，120度布置簡直就扯淡，根本無法控制自己去旋轉或者不旋轉。那么多年那么多論文都鼓吹的結構啊……
實際制作中，試過“I_I”形布置的輪系，這種輪系直沖爆發力不錯，就是水平偏移不給力，最后舍棄。結合之前見過國內其他學校的“I—I”形雙車布置，我們也算走出論文教條的首先吃螃蟹的人們了。
用上全向輪之后，原先的陀螺儀+從動輪碼盤方案就不再適用，因為車體可能朝任意方向隨意走動。聽一個電氣大牛的建議，我設計了一個極坐標跟蹤從動輪碼盤，他說這是最有前途的方案。當時甚至用上了滑環技術，自制了小滑環。但這項技術最終也被拍掉，機械方面那根軸容易被別斷；電控方面由于行走過程中變數太多，采樣頻率不好確定，過高把微擾當主流，過低往往沖出去。如果有時間，也許這個“最有前途”的方案，可以在碩士論文里做一個課題研究。但時間緊迫，后來還是用了兩組小全向輪做從動輪，組建XY坐標，配合陀螺儀導航。
圓周小輪子繞著小軸轉小軸固定好呢，還是小輪子和小軸固定，小軸去轉。分析起來，兩個各有利弊，后來發現輪--軸空套容易進灰塵，容易偏，容易卡，轉向使用軸--座空套方案。軸--座空套方案，很快也發現間隙漸漸增大的問題。因為輪子是線切割制作的，加工面為電蝕面，受不了長久的沖擊擠壓。后來改為數控機加鋁，再后來改為亞克力激光切，最后改為機加碳纖板。
小輪子用什么材料做？丁腈橡膠？天然橡膠？硅膠？聚氨酯？硬度多少？那時候學校給力，我們每個各做幾百個回來試，了解各種輪子的特性，甚至最佳參數使用壽命。這期間也有外校過來參觀交流，偷拍幾張嘛，就能知道怎么設計。但用什么硬度什么材料的，就不知道了。
那時候講究追求完美，走極端，經過長期測試，試驗場地上留下長長的橡膠摩擦痕跡；也因為這種測試，我們已經不滿足于正常使用。有人總結出來，新輪子用酒精擦拭后晾干，綜合參數是最NB的。所以后來上場前就會一堆人拿著酒精瓶子忙活，最后附上保鮮膜，賽前拆下。
那年下來，真正玩轉的幾個人都知道全向輪什么回事了，原來的神秘感蕩然無存。俄亥俄那家公司的輪子顯然早就不能滿足我們的需求。
好玩的是，后來我把淘汰下來的輪子放到淘寶上，居然有人上來就打價格戰。還有一個估計從我們那邊山寨過去形狀的哥們，居然拿著自制的各種輪子到現場去賣。看著他們那線切割加工并表面陽極化得很好看的本體，確實很美觀；看著那鍵槽，都不用計算，我們都知道那玩意勉強能玩，但要玩到極端的狀況，呵呵……
遺憾的是前些日子有學弟再次以探索神秘的語氣和心態問，怎么玩全向輪？其實，實驗室電腦里很多玩過的畢業論文里都有…… 所謂基礎，就是曾經有人想到了，并且玩過，并且留下了文檔；所謂差距，就是別人玩了，自己沒玩過或者沒有往最極端完美的方向努力，對那玩意“不明覺厲”；所謂超越，就是用到了市面上貌似很牛的A貨都不夠用，得自己開發且自己能夠有所心得吧。 | 
發表于 2013-12-12 22:14:40
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