智能小车为什么走不直

ID:37685 · 发表于 2013-9-5 13:43

这个问题做过智能小车的都应该遇到过，因为在目前的智能小车中，差分驱动仍是主流。
所谓“差分驱动”，就是左、右轮分别用电机驱动，通过改变两个电机的转速实现小车前进和转向。
“小车走不直”的症结也正是缘于此！

因为两个电机驱动的差异性，导致两个轮子转速不同，就使得小车本该直线行驶的轨迹发生偏移，也就是俗称的“走不直”。
首先，明确一点：两个电机驱动特性完全相同几乎是不可能的，尤其是在做智能小车这个层次的投入上。除了电机的特性差异外，减速机构的差异，以及运转过程中的扰动，如轮子瞬间打滑、有微小的障碍物等因素，都会导致左右轮不同速，从而“走偏”。
而且，这是开环控制无法消除的！因为上述扰动不论是程度、还是出现与否，都是随机的。所以，要想走直，只有引入闭环控制，即找到参照物，根据与参照物的偏差进行修正，从而保证小车走直线。

尤其是差分驱动的小车，舵机转向方式的小车（类似于汽车）略为好些，但也存在，只是原因不同，舵机控制不是绝对连续的，存在死区，也就是说，靠控制很难保证正中，微小的偏差角，通过长距离的行走必然会显现。此问题随舵机的精度而减小，但很难消除。
和开车类似，如果闭上眼，即便把方向盘调正，也很难保持长距离走直线。必须通过眼睛得到偏差，通过手转动方向盘修正，才可以走直线。
至此，得到一个结论：要想小车走直线，必须引入闭环控制。

至于用何种方式得到偏差，不是本文所讨论的内容，此处只略微探讨一下。
获取偏差有相对的和绝对的两种，所谓相对，即参照系和小车相关，或者说在小车上。所谓绝对的是指参照系在小车外，不受小车运动影响。相对而言，绝对参照系容易做好，但需要外部配合。相对参照系属于小车，做好较难，但由于不受制于环境，有其优势。选择哪种方式取决于小车的需求。
一定有人会问：同样是差分驱动，为什么有的小车就走得很直？

下面就讨论一下小车结构对此的影响。
差分驱动小车常见的有如下几种：

分别分析一下上述四种模式，其发生偏向时小车的受力情况：
1 号车：当驱动轮运动偏差带来转向时，导向轮需要做轴向移动，如果所用轮子是万向轮，则会转向为径向运动，无阻力，很容易偏向。如是球形轮，阻力也很小，同样易于偏向。只有使用定向轮，其轴向移动阻力很大，导致偏向的力被抵消或减弱，从而使小车易于走直，但代价是转向也不灵活，尤其地面阻力很大时。
2 号车：道理和1号车类似，但有几点差别，其一：由于这样布置，导向轮作为支点通常不会同时受力，有些像跷跷板，任意时刻只有一个受力，相对于1号车导向轮的垂直压力要小，因此其运动阻力就小，抵御偏向的能力也就弱。其二：由于导向轮距离驱动轮肯定比1号车近，阻止偏向的力矩也小于1号车，所以相对于1号车，2号车更容易偏向。
3 号车：和1号车相比，其存在2个导向轮，通常这类结构的导向轮不会用万向轮和球形支点，多数使用定向轮，2个定向轮的轴向阻力肯定大于1个，所以这个结构很容易走直线，但其转向就很困难了，让其走一个流畅的弧线几乎是不可能的。
4 号车：和三号的差别在于4个都是主动轮，导致转向的中心从后轮移至小车中心，其偏向阻力和3号车一样，只是由于中心变化，导致偏向阻力矩减小，从这点上看，应该比3号容易偏向，但由于4个都是驱动，其偏差更为离散，不一定是同侧的偏差方向一致，所以应该是很难偏向，走直线应该容易。但和3号车一样，转向不会流畅，尤其是地面摩擦力较大时。
“不幸”的是，四代圆梦小车就是最易偏向的 2 号车结构，且由于体积小，结构对称，2 个不利因素都被放大了。所以，要控制好需要一些水平，几乎和做两轮平衡车一样。但作为学习应该是件好事，它能给你足够的发挥空间。
综上所述：小车的结构也会影响其走直线的偏差，可以根据需求选择合适的结构，以降低小车的控制难度。

ID:79098 · 发表于 2015-5-6 17:49

楼主说的有道理

ID:84745 · 发表于 2015-7-4 15:44

楼主说的有道理

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