“万兽之王”四蹄奔 更稳更快有窍门

万钟

Power Tech比赛是利用小型直流电视为动力，利用木板，冰棒棍等，做出模仿动物运动方式的机器人。不同作品仿生的基本要求不同，如“万兽之王”要求机器人能够像老虎一样四脚行走；“机械战鼠”要求机器人像袋鼠一样跳跃前进；“虫虫危机”要求机器人像毛毛虫一样蠕动爬行；“蚂蚁雄兵”要求机器人能够像蚂蚁一样爬行。本期我们先来说说“万兽之王”。

“万兽之王”的行走姿态

Power Tech仿生机器人，都可以分为两个部分：外观与机体。图1是2013年台湾比赛中参加接力赛的3个作品，左边是“万兽之王”，中间是“机械战鼠”，右边是“龙猫巴士”。外观部分可以赛前准备，比赛时将作品带入赛场，而机体部分必须在比赛现场3小时之内完成。

“万兽之王”采用的是四脚前进的运动方式，它的四脚之间配合情况不是士兵的“齐步走”。仔细观察机器人的行走姿态，我们可以发现：这四只脚之间的运动情况是任意两只脚的运动方向一定相反，如图2a所示。我们试想一下乌龟四脚前进的运动方式，如图2b所示，这是安装与调试的重要参考依据，因此“万兽之王”安装时，左右摇臂安装必须相反。

“万兽之王”的前进速度

Power Tech比赛使用的电动机，转动速度通常是18000转/分钟，合300转/秒。减速箱的F轴减速比为130：1，经过减速箱减速之后，F轴转速为138.5转/分钟，合2.3转/秒。但是在这样的速度下，机器人的行走情况很不稳定，会因为行走过快而明显跳动，因此这个转速还是有点快。为了机器人行走稳定，我们可以让转速控制在60转/分钟左右，即1转/秒左右，最快不要超过1.5转/秒，这时机器人行走的跳动就能够明显减小。如果在机器人脚底加上缓冲材料，可以使机器人的前进速度明显提高。

减速箱s轴的减速比为475：1。18000转/分钟的电动机经过s轴减速，转速为37.9转/分钟，合0.6转/秒，这个转速下，拔河时力量也不够，最好转速再低一点。

摇臂有3个孔，最小半径1厘米，两孔间距0.5厘米，最大半径2厘米。摇臂旋转一周，带动前后脚移动距离分别为2厘米、3厘米、4厘米。

机器人的前进速度=机器人的步频×机器人的步伐。如果F轴转速为2.3转/秒，摇臂最大半径2厘米，则最大步伐为4厘米，它的最快速度=4厘米×2.3转/秒=9.2厘米/秒。赛道长210厘米，实际行走距离为170厘米，如果不改动摇臂，这个机器人竞速最快需要170厘米÷9.2厘米/秒=18.5秒。

（责任编辑：白玉磊 责任校对：夏越）