智能车-Restar学习笔记-1_工训大魔王

作者：花生_TL007 | 2024-06-01 00:03:26

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工训大魔王

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《智能小车制作攻略》

1、Ackerman转向

这种转向机构好处就是，左右车轮可以绕着独立的旋转轴（主销）进行旋转，大大减小了车轮转向需要的空间。

围绕阿克曼转向梯形的设计，分为三类：

第一类，阿克曼转向梯形（下图（a）），内轮转角＞外轮；理想的阿克曼梯形内外轮转角垂线相交于后轴延长线上

第二类，平行转向梯形（下图（b）），内轮转角＝外轮

第三类，反阿克曼转向梯形（下图（c）），内轮转角<外轮

车辆在低速转弯行驶时，侧向加速度很小（认为0），理想的转向方式如图（a）这种，也被称为理想阿克曼转向。

当车辆高速行驶转弯时，由于侧向角速度较大（不能忽略），根据轮胎特性（车轮侧偏角越大越容易达到侧滑极限），内轮更容易侧滑。所以为了增加车辆的转弯极限能力，需要适当减小内轮转角和外轮转角的差值。

一些车辆为了追求车辆极限能力，有时会选择使用反阿克曼转角（轮胎特性，外轮轮荷大，更大的侧偏角可以提供更大的侧向力）。

2、舵机

舵机除电源外，只要一根信号线即可；使用 PPM（脉冲比例调制）信号控制；所谓“PPM”，

是一个周期约 20ms，其间有个宽度在 2ms 左右的脉冲控制信号。

用舵机作为小车动力，可用 MCU 直接驱动，不需要再设计、制作额外的驱动电路，这

点对于 DIY 者而言还是颇具吸引力的。而且控制所需的 MCU 资源也有限，只要一个数字 I/O

口、一个定时器即可，虽说准确生成 2ms 左右的脉冲有些技巧，但总的来说编程相对容易。

如果用 Arduino 系列控制器，其 Servo 函数可让你一条语句“搞定”。

结论：使用舵机作为小车驱动一是为了便于装，二是为了便于控，三是可 简化电路 。总

之是为了省事。

其代价就是“力气”略小，可供选择的规格有限。还有就是略有些不“经济”，因为舵机

的“贵贱”主要体现在其控制精度上，改为连续运转的驱动电机后，这部分功能给“废”了，

是不是有些可惜？

不过也不完全“浪费”，舵机的这部分控制通常采用 PID 调节，其比例功能可用于调速，

当输入的脉冲偏离中点（1.5ms）越远，其驱动电机的速度越快，而且其调节电路使用了电

机反电势作为反馈，原设计大概是为了保证舵机在轻、重负荷下都可以按照相近的速度转到

指定的角度，以实现较好的控制特性（比如说 60 度/0.22 秒）。改为连续转动后正好作为调

速功能，这也是使用舵机的一大优点。

3、PWM技术

脉宽调制（PWM，Pulse Width Modulation）是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中

PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有（ON），要么完全无（OFF）。电压或电流源是以一种通（ON）或断（OFF）的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。

简单的 PWM 就是断续供电，通过改变通、断时间比改变电机得到的能量。理论上，电

机得到的能量只和通、断时间比（占空比）有关，但由于电机的电枢的电感特性，导致电机

获得的能量还和 PWM 的频率有关。

多数书籍在讨论 PWM 频率时，主要考虑转动的平稳性和音频噪声，所以都不建议使用

低于 1kHz 的频率（见《机器人设计与控制》 P183 ）。在模型圈内使用的电调也确实如此，

都以频率高作为优秀品质标榜，甚至有高达 40kHz 的产品。

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