В области робототехники шасси является краеугольным камнем, определяющим его мобильность и адаптируемость к окружающей среде. Хорошо-шасси не только справляется со сложной местностью, но также является необходимым условием для точного управления и выполнения сложных задач.
Если взять в качестве примера гусеничное шасси, то отличная конструкция гусеничного шасси должна соответствовать трем основным принципам: адаптируемость к местности, стабильность движения и широкие возможности расширения. Эти три компонента взаимосвязаны и вместе составляют общую производительность шасси.
Несколько гусеничных шасси с системами подвески, выпущенные Huaner, были хорошо-приняты студентами, инженерами и энтузиастами робототехники благодаря своим превосходным характеристикам. Сегодня мы возьмем гусеничное шасси Huaner Raptor в качестве примера, чтобы глубоко проанализировать ключевые моменты конструкции превосходного гусеничного шасси как с академической, так и с точки зрения инженерной практики.
Высокоэластичная торсионная пружинная система подвески. Когда шасси сталкивается с подвеской колес или с неравномерным давлением на грунт, оно теряет сцепление с дорогой и устойчивость. Инновация Raptor заключается в запатентованной конструкции-высокоэластичной-системе подвески с торсионными пружинами. Основой этой системы является торсионная пружина-механизм поворотного рычага, изготовленный из высоко-углеродистой стали. Когда опорное колесо сталкивается с препятствием и поднимается, поворотный рычаг заставляет торсионную пружину упруго деформироваться. Этот процесс дает три основных преимущества:
Пассивная адаптация: система пассивно обеспечивает максимально одновременный контакт всех опорных катков с землей, увеличивая площадь контакта и улучшая устойчивость без необходимости использования датчиков или контроллеров.
Хранение и высвобождение энергии: торсионная пружина поглощает энергию удара при сжатии и плавно отскакивает при отпускании, эффективно поглощая и амортизируя удары от земли и защищая точные датчики, установленные сверху, такие как LiDAR, камеры глубины и главный контроллер.
Поддержание тяги: на пересеченной местности постоянный контакт нескольких колес с землей означает, что мощность может непрерывно и эффективно воздействовать на землю, предотвращая проскальзывание и потерю мощности из-за подвески.
Такая конструкция превращает шасси Raptor из жесткой конструкции в гибкую систему, способную «чувствовать» и «адаптироваться» к местности, значительно расширяя ее проходимость в условиях неровной дороги.
Дифференциальная работа и точное управление. В Raptor используется классическая конструкция дифференциального привода. Две гусеницы приводятся в движение независимыми высокоточными-двигателями энкодеров, образуя замкнутую-систему управления. Контроллер может знать точную скорость и угол вращения двигателя в режиме реального времени, компенсируя таким образом нештатные ситуации, такие как проскальзывание. Движение вперед, назад и поворот на любой радиус достигается за счет контроля разницы скоростей между двумя гусеницами.
Чтобы предотвратить проскальзывание, Raptor использует противо-нейлоновые гусеницы с зубцами, которые эффективно сцепляются с землей, обеспечивая большее сцепление. Зацепление ведущих колес и гусениц шасси обеспечивает эффективную передачу мощности и предотвращает сход с рельсов. Опорные катки подшипникового-типа значительно снижают сопротивление движению, обеспечивая плавную передачу усилия на землю.
Расширение возможностей продвинутых приложений
Отличное шасси – это не только мобильная платформа, но и платформа для датчиков и интеллекта. В конструкции Raptor это полностью учтено.
Он может нести дополнительные аксессуары, такие как LiDAR, камеры глубины и роботизированные руки. Его стабильные и ударостойкие-характеристики обеспечивают высококачественную-основу сбора данных для LiDAR и камер глубины, что является необходимым условием для высокоточного-картографирования и динамического обхода препятствий. Точная информация одометра, обеспечиваемая высокоточными-энкодерами и прочным шасси, позволяет транспортному средству уменьшить количество накопленных ошибок и добиться замкнутого-обнаружения при составлении карт и навигации SLAM.
Поскольку Raptor обеспечивает хороший баланс между стабильностью, точностью и адаптируемостью, он широко используется в роботах Huaner, таких как гусеничный робот MentorPi-T1 и гибридный робот LanderPi-T1, обеспечивая надежную и мощную мобильную платформу для обучения ROS2, разработки приложений искусственного интеллекта и исследований в области встроенного интеллекта высокого-уровня.
Подводя итог, можно сказать, что проектирование хорошего гусеничного шасси — это проект системной инженерии, гораздо больше, чем просто сборка деталей. Для полного раскрытия его потенциала требуется не только точное управление дифференциалом и компоненты трансмиссии с-противобуксовкой и высокой-жесткостью, но и система подвески, способная справляться со сложной местностью, а также глубокая интеграция с датчиками верхнего-уровня и интеллектуальными алгоритмами.
