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上海海事大学的电磁车模|重量比手机轻,跑的比手机快

卓晴

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  • 2023-07-28
  • 68天前
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01 压电磁


一、前言

  卓老师您好:

  我们是18届智能车竞赛负压电磁组来自上海海事大学的队伍,我们认为我们的车模非常的具备特点,并且很遗憾未能在华东赛区与您见面。

  我们的车模与目前本届大赛出现的所有车模都有所不同,由于负压电磁组允许自制车模,我们从零开始设计了一个完全自制的车模。

▲ 图1.1.1  华东赛区负压电磁

▲ 图1.1.1 华东赛区负压电磁

二、车模设计

1、整体结构

  我们的车模采用了四轮差速结构,即同侧的两个轮胎由同一个电机带动,左右两个电机形成差速结构用于转向。这种设计类似履带车,但是能够达到比履带车更高的运行速度。

  车模设计的灵感有一部分来自于日本电子鼠大赛的ロボトレースRobotorēsu高速巡线机器人。 它们往往采用类似的四轮差速结构和迷你车身,通过减轻自重来减小通过弯道时的惯性,提高运行速度。但是车身重量的减轻意味着下压力的减小,导致轮胎摩擦力的减小从而降低车模通过弯道的性能,而负压电磁组别允许加装风扇来提供额外下压力的规则正好匹配了这种迷你车模的设计,因此我们设计制作了这台也许是智能车竞赛历史上最迷你的车模。

▲ 图1.2.1 电磁负压车模

▲ 图1.2.1 电磁负压车模

▲ 图1.2.2 电磁负压车模(2)

▲ 图1.2.2 电磁负压车模(2)

2、车轮传动

  驱动部分我们采用了两个空心杯直流有刷电机,一个电机通过齿轮带动同侧的两个轮胎,构成了一个四轮差速结构。

▲ 图1.2.3 车模的驱动3D示意图

▲ 图1.2.3 车模的驱动3D示意图

  由于车模尺寸的限制,我们没有采用传统的成品编码器,而是将编码器的径向磁铁安装在前轴末端,并利用主控PCB板侧边垂直焊接了一块小板用来安装编码器芯片,构成了一个同轴编码器的结构。

▲ 图1.2.4 同轴编码器结构

▲ 图1.2.4 同轴编码器结构

▲ 图1.2.5 同轴编码器结构-实物图

▲ 图1.2.5 同轴编码器结构-实物图

3、PCB 板电路设计

  车模上的PCB板由于尺寸的限制安排成了三层堆叠的结构,小尺寸的电路设计对我们来说也是不小的挑战,好在最后所有设计都正常完成。

  车模的主要结构件采用了激光粉末烧结打印的尼龙材料,这种材料有重量轻且强度大的优点,并且因为工艺特性打印时不需要支撑,可以打印复杂形状的工件。车模底板一开始使用了普通玻璃纤维板进行制作,后来考虑到霍尔传感器安装的问题,将车模底板直接换为了PCB板,并将霍尔传感器焊接在车模底板上。为了加工的准确性,我们对整个车模的制作进行了全流程的完全3D建模,并将PCB设计也加入了3D模型组装,提高设计的准确性并防止加工时出现工件相互干涉问题。

▲ 图1.2.6 车模整理零件

▲ 图1.2.6 车模整理零件

  最终设计完成的车模尺寸包含电磁传感器仅有250×160mm,重量270g,可以说是“比手机轻,比手机跑得快”。

▲ 图1.2.7 车模整理零件

▲ 图1.2.7 车模整理零件

▲ 图1.2.8 三维软件中的车模

▲ 图1.2.8 三维软件中的车模

▲ 图1.2.9 实际车模

▲ 图1.2.9 实际车模

三、独树一帜

  我们观看过其他赛区的直播视频,几乎所有队伍都是用了传统C、D车模加上风扇进行改装,因此我们认为我们的自制车模在众多赛区里面自制车模中也能算得上是独树一帜。龙邱科技和南信工的嘉宾和裁判们也对我们的车模设计感到惊喜,因此都在公众号上发表了有关我们组别的内容。

▲ 图1.3.1 龙邱科技和逐飞的报道

▲ 图1.3.1 龙邱科技和逐飞的报道

四、失误分析

  这次华东的比赛我们并没有成功取得理想的成绩,比赛结束后我们回想了一下失误的原因。

  首先比赛现场的电感值采集出来异常的大,我们每个电感都达到我们在学校实验室调试时三倍以上的数值,我们抽到的顺序比较靠后,在我们之前我们学校中所有依靠电磁循迹的组别都反映了电感值偏大的问题,因此我们顶着较大的压力上场花了将近六分钟才解决了电感值异常的问题,这让第一天十五分钟的上场时间去掉了三分之一,导致后续留给我们小车开跑以及调整时间不足。

  其次由于我们学校第一天采用电磁循迹的组别都效果不佳,我们为了保底把原本的设定速度下调了20%,这导致我们原先速度下的路障以及入库的调节量都发生了偏移,车模过路障没有成功,加上入库在最后时间都没有调试出合适的参数,因而罚时了45秒的时间。如果能够正常完成车库和路障元素,我们的成绩应该能够达到前五的水平。

▲ 图1.4.1  华东赛区负压电磁组比赛

▲ 图1.4.1 华东赛区负压电磁组比赛

  第一天赛事结束后我们认为解决了电感值异常的问题,第二天能直接用我们原先的速度进行比赛,为了以防出岔子还写了一套降速后的参数来匹配以保证第二天比赛我们能够全元素完赛。却不料上场后第一次发车硬件就出现了故障,车模通过坡道后因为下坡速度过快加上电池绑带没有扣紧的原因导致屏幕和按键板的排线被风扇切断,无法进行发车。

  比赛之前我们考虑到了可能会发生这种情况,特意多带了备用的排线,但是当时在自带的工具箱中突然找不到备用排线,第二天八分钟的比赛时间结束后我们后来才发现备用排线被遗落在了赛道外的地板上。连续发生的意外导致我们第二天只跑了一次半程赛道就无法再次发车,最后只能以第一天65秒的结算成绩遗憾结算华东赛区的比赛。

▲ 图1.4.2  华东赛区声音信标组比赛

▲ 图1.4.2 华东赛区声音信标组比赛

  负压电磁区别于以往的基础电磁组,其最大的特点就是多了两个提供压力增加小车摩擦力的风扇,而我们观察到多数组别并没有使用甚至安装风扇,诚然对于比赛的角度这并未违反规则,并且大家也都对调试了更长时间的传统车模有更多的积累,从取得一个好成绩的角度来说,使用传统车模是一个合理的手段,但是我们想挑战一下自己,也想挑战一下传统。

  从头设计一个自制车模遇到了比我想象中更多的问题,这半年来可以说是不断的在与自己妥协,好在最后还是拿出了一套不错的设计,一套让我们为之自豪的设计。鼓励创新不仅仅是智能车竞赛的宗旨,也是我们应该在学习过程中时刻践行的宗旨。

  想来凡事可能都有一些运气的成分在,这次的南京之行对我来说就是“运气不佳”。第一天下楼梯踩空进医院和第二天那包掉在赛道外面的排线,有时候可能只是好运气确实没有跟我一起来南京。

▲ 图1.4.3 “不如不买”的奶精特产

▲ 图1.4.3 “不如不买”的奶精特产

  综合以上种种原因,未能进入国赛我们感到非常的遗憾。我们想要进入国赛,除了想在全国舞台上证明自己的小车以外,更是想与全国的同学们同台竞技,共同交流。今年是第一年允许负压电磁组别自制车模,大家可能对于自制车模的方案和经验尚且不足,参加国赛不仅是为了证明自己也是为了学习他人的优秀方案,与更多拥有创新思维的大学生进行思想上的交流,因此恳请卓老师能特邀我们组进入国赛。


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