「2019」「RM圆桌」第十五期 进化的飞坡

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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

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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。

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。
以下是飞坡仿真视频。附件见97
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°。
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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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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。
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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2

步兵一代横臂的下旋臂

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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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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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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。
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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
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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
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

7.问一下官方仿真的车的轴距是多少
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

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

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

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

附件:飞坡说明文件
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