在仿蛛机器人的设计与制作过程中,如何改善性能、降低成本是一个十分艰巨的问题。由于仿蛛机器人的关节多、自由度多,需要用到大量的驱动电机(小型仿生机器人的关节驱动可用舵机),而电机的性能特点、控制方式、市场售价往往并不一致,因而如何正确选择满足仿蛛机器人运动要求、但价格又很亲民的电机极为重要。本节主要介绍如何通过简单分析,来选用物美价廉的电机,从而降低仿蛛机器人的制作成本。
图2-101是仿蛛机器人单腿结构造型图,此时,腿部末端执行机构与连接板组件相互垂直,舵机受力最大。因此应以该时刻舵机对应的受力来选用舵机,这样才能保证机器人在各个时刻的受力需求。静止时,机器人依靠舵机进行支撑,一个600 g左右的六足机器人,单腿需要100 g左右的力来支撑,由于力矩T=F×L,当L=4 cm时,T=0.4 kg·cm,但这只是静止时机器人受力均匀时的对应情况。考虑到机器人在运动过程中少有可能出现六条腿同时着地的情况,因此各腿实际受力将有所增加。如:仿蛛机器人采用三角步态行走时,任一时刻至多有三条支撑腿,这样对应的力矩T=0.8 kg·cm。选用舵机时,从保证安全使用的角度出发,可以选用安全系数为2,则力矩T=1.6 kg·cm。
基于上述分析,并兼顾成本因素,决定采用能够满足仿蛛机器人运动要求、且控制性能较好的辉盛MG996R型号舵机(见图2-102)。该舵机性价比较高,使用简单,安装方便,其安装可分为两种形式,当转轴竖直放置时,采用矩形槽和螺丝安装;当转轴水平放置时,可以采用卡槽安装。在实际使用中,需要根据切割材料的种类和切割设备的参数做出适当调整。另外,辉盛MG996R型号舵机的安装孔位见图2-103。
图2-101 仿蛛机器人 单腿结构造型图
图2-102 辉盛MG996R 型号舵机
该舵机具体参数如下:
尺寸:40.8 mm×20 mm×38 mm
重量:55 g
速度:0.20 s/60°(4.8 V);0.19 s/60°(6.0 V)
扭矩:13 kg·cm(4.8 V);15 kg·cm(6.0 V)(www.xing528.com)
电压:4.8~7.2 V
空载工作电流:120 mA
堵转工作电流:1450 mA
响应脉宽时间:≤5 μs
角度偏差:回中误差0°,左右各45°误差≤3°
齿轮:5级金属齿轮组
连接线长度:300 mm
安装好舵机的仿蛛机器人腿部如图2-104所示。
图2-103 舵机的安装孔、槽尺寸
图2-104 安装好舵机的仿蛛机器人腿部
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