「2019」「RM圆桌」第十五期 进化的飞坡
RM圆桌
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2019-06-13
圆桌时间：2019年6月14日（周五） 19:00-20:00
圆桌嘉宾：@原文智（论坛昵称：@.YUAN）
主持人：@花师小哲
温馨提示：
在直播期间，大家可以直接移步至论坛技术交流版块，直播墙会自动实时更新内容
本次活动，有一个小时的交流时间，嘉宾会根据大家的提问顺序，依次回答大家的问题，大家在看完底下的文章后，可以积极留言提问！
===============================================第一部分，飞坡技术讲解：
一．飞坡的的意义
相比去年英雄带头全场7分钟混战的赛场，RoboMaster2019的赛场则有更加明显的战线的概念。从分区赛的赛况不难看出，进入敌方基地区有三条通道，第一条需要通过敌方哨兵机器人的火力区域，第二条需要通过敌方桥洞后，这两条进攻线路的交叉点在敌方碉堡附近，所以产生敌方机器人全员死守碉堡，比赛整体有利于防守不利于进攻的局面。而此时，为了平衡这种比赛策略，也体现优秀步兵机器人的优势，比赛设计了第三条进攻线路，即通过飞坡避开哨兵的火力范围，直接进入对面基地区域。
设置飞坡的场地元素，是为了让那些整体结构刚度好、布局合理、动力输出强劲、轻量化细节设计良好的步兵车更好的发挥设计上的优势。鼓励大家打磨自己的设计细节。更深入地理解如何设计你们自己的第一个产品demo。
后续在决赛的规则上，会进一步提升飞坡的增益部分，具体规则如何请持续关注组委会规则变动。
下面就对于完成飞坡任务，步兵设计需要考虑哪些方面，这里提供一些参考建议。
相比去年英雄带头全场7分钟混战的赛场，RoboMaster2019的赛场则有更加明显的战线的概念。从分区赛的赛况不难看出，进入敌方基地区有三条通道，第一条需要通过敌方哨兵机器人的火力区域，第二条需要通过敌方桥洞后，这两条进攻线路的交叉点在敌方碉堡附近，所以产生敌方机器人全员死守碉堡，比赛整体有利于防守不利于进攻的局面。而此时，为了平衡这种比赛策略，也体现优秀步兵机器人的优势，比赛设计了第三条进攻线路，即通过飞坡避开哨兵的火力范围，直接进入对面基地区域。
设置飞坡的场地元素，是为了让那些整体结构刚度好、布局合理、动力输出强劲、轻量化细节设计良好的步兵车更好的发挥设计上的优势。鼓励大家打磨自己的设计细节。更深入地理解如何设计你们自己的第一个产品demo。
后续在决赛的规则上，会进一步提升飞坡的增益部分，具体规则如何请持续关注组委会规则变动。
下面就对于完成飞坡任务，步兵设计需要考虑哪些方面，这里提供一些参考建议。
二．重要参数的确定
1.重心位置的确定
根据附带的Adams仿真视频可以得出这样一个结论：
重心的位置是影响步兵机器人飞坡后车身落地姿态的重要因素。
在此我们做出以下假设：
1. 步兵左右对称，重心在左右对称轴处。
2. 步兵重心高度位于云台yaw轴电机处。
3. 步兵的移动速度为3.5m/s
基于以上两个条件我们对重心只做前后位置的修改，来观察车身姿态的变化。
工况1
修改内容：未对车身重心做修改
仿真结果描述：
步兵前轮在离开坡的最高点时，前轮率先下沉，带动整个车头下坠，车身前进方向与铅直方向的夹角由钝角变为锐角。此时前轮先落地。
工况2
修改内容：将身重心向车尾移动50mm
仿真结果描述：
步兵前轮在离开坡的最高点时，前轮相对于空间水平方向继续移动，在后轮离开坡的最高点时，前后轮相对于地面的高度基本相同，此时前后轮基本同时落地。
工况3
修改内容：将身重心向车尾移动100mm
仿真结果描述：
步兵前轮在离开坡的最高点时，持续延加速方向移动，由于车头比较轻，很难在将车身压回水平状态，后轮先着地。
总结：
当车身的重心位置在一个合适的位置时，当然在图纸设计前期，我们要掌握好整车每一部分的质量分布，让仿真接近最真实的效果。实现车身四轮同时着地，四组避震器可以同时吸收冲击，最大程度的降低冲击对车身机架的伤害，也将翻车的概率降到最低。这部分的动力学分析仅供参考，其实重心高度本身也对这个结果有影响，不过也希望看到大家自己把这部分工作共享出来。
1.重心位置的确定
根据附带的Adams仿真视频可以得出这样一个结论：
重心的位置是影响步兵机器人飞坡后车身落地姿态的重要因素。
在此我们做出以下假设：
1. 步兵左右对称，重心在左右对称轴处。
2. 步兵重心高度位于云台yaw轴电机处。
3. 步兵的移动速度为3.5m/s
基于以上两个条件我们对重心只做前后位置的修改，来观察车身姿态的变化。
工况1
修改内容：未对车身重心做修改
仿真结果描述：
步兵前轮在离开坡的最高点时，前轮率先下沉，带动整个车头下坠，车身前进方向与铅直方向的夹角由钝角变为锐角。此时前轮先落地。
工况2
修改内容：将身重心向车尾移动50mm
仿真结果描述：
步兵前轮在离开坡的最高点时，前轮相对于空间水平方向继续移动，在后轮离开坡的最高点时，前后轮相对于地面的高度基本相同，此时前后轮基本同时落地。
工况3
修改内容：将身重心向车尾移动100mm
仿真结果描述：
步兵前轮在离开坡的最高点时，持续延加速方向移动，由于车头比较轻，很难在将车身压回水平状态，后轮先着地。
总结：
当车身的重心位置在一个合适的位置时，当然在图纸设计前期，我们要掌握好整车每一部分的质量分布，让仿真接近最真实的效果。实现车身四轮同时着地，四组避震器可以同时吸收冲击，最大程度的降低冲击对车身机架的伤害，也将翻车的概率降到最低。这部分的动力学分析仅供参考，其实重心高度本身也对这个结果有影响，不过也希望看到大家自己把这部分工作共享出来。
以下是飞坡仿真视频。（附件见97楼）
2. 步兵的通过角、接近角与离去角的确定。
纵向通过角：是通过前后轮外缘做两条切线，交于车身底部较低部位。两条切线形成的锐角及为纵向通过角。如图所示通过角为41.22度。这个角度越大，说明车被挂住的可能性就越小，尤其在过坡的时候，越大的通过角，则过坡的最低速度就可以越小。
接近角与离去角：指汽车在满载时前后轮外缘做切线分别交于车头车尾下部较低部位，这条切线与地面形成的夹角就是接近角与离去角。参考场地最大的坡度，这两个角不得小于20°。
纵向通过角：是通过前后轮外缘做两条切线，交于车身底部较低部位。两条切线形成的锐角及为纵向通过角。如图所示通过角为41.22度。这个角度越大，说明车被挂住的可能性就越小，尤其在过坡的时候，越大的通过角，则过坡的最低速度就可以越小。
接近角与离去角：指汽车在满载时前后轮外缘做切线分别交于车头车尾下部较低部位，这条切线与地面形成的夹角就是接近角与离去角。参考场地最大的坡度，这两个角不得小于20°。
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三．GM6020云台电机保护
纵观整个分区赛云台断头的队伍不在少数，将通过调查发现，GM6020电机m3的螺纹孔容易失效，在此列出以下几点原因以及优化方式。
1.螺纹孔深度为4.2mm。及建议使用合适长度的螺钉。
假设我们第一次使用时只拧入2mm，受拉拔力较大时螺纹失效，那么第二次的螺纹有效深度将只剩下2mm。所以谨慎使用螺钉长度。
1.螺钉受剪切。
螺钉是不能受剪的，首先螺钉自身会因为强度不足被剪断，其次最重要的是螺纹孔会受力变形，造成螺钉松动，云台脱落也是必然结果。相信肯定有很多队伍的定位销孔是空着的，建议养成使用定位销孔的习惯，防止螺钉受剪，提高零件的安装精度。
1.结构设计
在连接云台与车身时，很多队伍直接采用GM6020做过渡。官方使用是下供弹步兵，云台整体质量很轻，而赛队多使用云台供弹，视觉处理的计算器也选择安装在云台上，这么重的云台这样安装其实并不合理。建议在固定结构方面多考虑以下，比如说做一个类似于喉箍的结构，从侧面抱紧机身。
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图1官方步兵云台模块
官方步兵的铝块与电机在图纸中是有空间交叠的，先装好电机后再装铝块，通过拧紧铝块底下的两个m4的螺钉，使两个限位块从倾斜状态拧正为直立状态，此时铝块会对电机轴心压紧，通过增大铝块的径向压力来提高它与电机的摩擦力，增加电机螺纹孔轴向拔插承载极限，同时黑色铝块也可以起到yaw轴限位作用。
有关详细部分多参照官方公布文档《GM6020转子端螺纹孔滑牙分析报告》
四．电池保护
虽然已经是2019第五赛季，电池松动导致整车异常断电，这种在前年就已经出现的问题依旧在今年的分区赛出现了。
官方只好该处以下建议：
1.电池最好选择铅直方向安装。
2.电池架在购买时会附赠一条魔术贴，用于束紧电池防止松动，建议安装魔术贴。
3.电池用旧之后外盒卡扣由于冲击会有疲劳开裂，导致电池的卡扣失去原有的弹性势能，建议在安装前检查，避免这样的电池上场。
在2019分区赛，飞机电池脱落掉在赛场上，被路过的地面机器人刮破外皮接触空气导致冒烟甚至有燃烧的趋势，此类隐患务必注意提前防范。
五．轻量化设计。
示例1背景介绍：
步兵在做横臂悬挂迭代时，利用有限元模块做了一定的轻量化设计。
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图2步兵一代横臂的下旋臂
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图3步兵二代横臂的下旋臂
优化说明：
1.步兵横臂需要从119加长至130mm，以满足步兵悬架动挠度。
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1.控制横臂质量。
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[attach]23958[/attach]
迭代后质量增加9g
1.增加结构刚度，减小悬臂末端挠度。
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[attach]23961[/attach]
由途中有限元分析的结果来看，最大变形由1.79mm降低到了1.0mm
在做轻量化设计时可以依照以下思路设计：
1.要善于利用有限元分析对零件进行轻量化设计。
2.均匀分布纵向肋板，如图等分3条。（图中左右为横，上下为纵）
3.肋板宽度在绘图时注意父子关系，方便随时调整肋板厚度。
4.在镂空的时候不要直接拉穿，在必要的地方留面。一方面可以大幅度增加图中轴向载荷极限，另一方面可以大面积镂空，免去肋条从而达到减小质量的目的。
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图中为一代悬挂的结构方案。
存在问题：当步兵在飞坡时悬挂收到的冲击主要由蓝色轴承受。后续仿真此处的受力
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当受力为20kg时，零件变形约为4mm，虽然没有达到屈服强度，但是使用一段时间会产生肉眼可见变形。
优化说明：更改结构设计，用图中红框内的一个零件整体替换原来的两根轴，让零件承受两侧避震器末端的压力，这样结构就不会产生肉眼可见的变形。
[attach]23964[/attach]
六．完备系统的有记录的测试。
对步兵机器人做跌落测试，
列表格记录：高度，车身质量，关键部位零件的变形程度，螺钉松动，电池松动，传感器固定，测试次数，等等，以上这些都应该做出详细的记录。
在公司，一个完备的测试是对机器人最后的检验环节，也是最重要的环节，如何让这一环节更加系统，明确，是赛队应该学习的方向
===============================================
第二部分，飞坡问题解答：@原文智：
1. 整车重心位置怎么改善，能给一些指导吗。把重的东西往后移动点吗？
参照上传文档内容
2.步兵飞破重心的推荐在什么位置，偏前？偏后？左右？ 高度大概多少毕竟合适
自己去仿一下，不知道你们的步兵质量分布情况，我在这里只能给一个方向。
3.在不开电容的情况下,测试过吗.
决赛飞坡的时候不会限制功率
4.官方尝试过英雄飞坡吗
没有尝试过
参照上传文档内容
2.步兵飞破重心的推荐在什么位置，偏前？偏后？左右？ 高度大概多少毕竟合适
自己去仿一下，不知道你们的步兵质量分布情况，我在这里只能给一个方向。
3.在不开电容的情况下,测试过吗.
决赛飞坡的时候不会限制功率
4.官方尝试过英雄飞坡吗
没有尝试过
5. 整体上看想飞坡重心要靠后一些，这样是不是不利于现在流行的小陀螺结构？
利弊需要自己取舍。
6.步兵在飞破落地瞬间的震动导致裁判系统的扣血怎么解决
震动是不会造成装甲板误检测的，怀疑是装甲撞到了地面，建议前期做好装甲保护
利弊需要自己取舍。
6.步兵在飞破落地瞬间的震动导致裁判系统的扣血怎么解决
震动是不会造成装甲板误检测的，怀疑是装甲撞到了地面，建议前期做好装甲保护
7.问一下官方仿真的车的轴距是多少
400mm
400mm
@何东流：
1.整体上看想飞坡重心要靠后一些，这样是不是不利于现在流行的小陀螺结构？
也可以通过软件上可以修正旋转中心，来实现小陀螺，不过也会有一些问题，但是可以优化到可接受的范围
也可以通过软件上可以修正旋转中心，来实现小陀螺，不过也会有一些问题，但是可以优化到可接受的范围
2.对于飞坡来说，横臂悬挂和竖直悬挂哪个抗冲击力更强？（感觉垂直的会好一点？）
悬挂结构本身只要在强度设计上OK就行，因为这个更多是迁就空间结构，重点是弹簧的刚度系数和阻尼油的选择
悬挂结构本身只要在强度设计上OK就行，因为这个更多是迁就空间结构，重点是弹簧的刚度系数和阻尼油的选择
3.规则麻烦快一些出呗，留给机械组的时间不多了。。。。
其实这种心态是有些问题的，官方已经很明确的提倡大家做好飞坡这个功能，所以机械组已经可以开始着手在现有的基础上如何优化调整步兵，至于说到底怎么给bufffer，给多少buffer，都是车定型之后战术问题。所以大家不要抱着应试教育的态度来做这个比赛
其实这种心态是有些问题的，官方已经很明确的提倡大家做好飞坡这个功能，所以机械组已经可以开始着手在现有的基础上如何优化调整步兵，至于说到底怎么给bufffer，给多少buffer，都是车定型之后战术问题。所以大家不要抱着应试教育的态度来做这个比赛
4.如果有些队伍分区赛的时候就可以很顺利的飞坡，不需要官方的不限功率，但是官方规则不限功率之后很多队伍都可以飞坡了，那对之前的队伍是不是很不利。
这个事情也有之前的例子，16年的时候在备场，当时有说全民打大幅了，要提高打大幅的难度啊，不然没有区分度啊，吓得研发特地组织了人去队伍调研，到最后比赛你看有几只队伍打成功了？就目前来看，并没有很多队伍飞坡，当然这个也有可能是大家对比赛的解读不够深入，意识不到飞坡的价值所在，或者说没法想象比赛的进程。再者说了，飞坡这个东西不光光做就完了，还有性能的问题，我是不是可以用更小的加速距离实现飞坡？这些都是显而易见的提升点，技术的提升是无止尽的。从来不会说同一个规则下大家都做到了就没有差距了
这个事情也有之前的例子，16年的时候在备场，当时有说全民打大幅了，要提高打大幅的难度啊，不然没有区分度啊，吓得研发特地组织了人去队伍调研，到最后比赛你看有几只队伍打成功了？就目前来看，并没有很多队伍飞坡，当然这个也有可能是大家对比赛的解读不够深入，意识不到飞坡的价值所在，或者说没法想象比赛的进程。再者说了，飞坡这个东西不光光做就完了，还有性能的问题，我是不是可以用更小的加速距离实现飞坡？这些都是显而易见的提升点，技术的提升是无止尽的。从来不会说同一个规则下大家都做到了就没有差距了
附件：飞坡说明文件
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