智能车——第十一届恩智浦(飞思卡尔)智能汽车竞赛
时间跨度:2015.10-2016.8
智能车竞赛可以说是我硬件的启蒙老师。
在这里,从模仿学长的电路图开始画出了自己的第一块PCB,学会了买元件、焊接,调试电路板,掌握基本的单片机控制电路,第一次使用单片机实际地实现一些功能。
我参加的是电磁直立组。
所谓电磁,即赛道中间铺有的导线通有20KHZ的交变电流,小车要循着这条导线,通过一些赛道元素,坡道、十字路口、U型弯道、S弯道等。
所谓直立,是指小车必须仅用两轮平衡前进,就像如今很火的各种平衡车一样。
循迹的方式,使用LC震荡电路,调节谐振频率为20K,并通过运放放大。放大后通过单片机AD采样,来获取当前小车位置。比较当前位置与赛道中间位置,通过PID计算出一个PWM值,进行左右电机的差速,从而实现转向。
小车的平衡,通过车上安装的陀螺仪与加速度计来实现。加速度计噪音大,但能给出一个绝对的角度参考。陀螺仪积分后获得的角度,如果不加处理会有一个积分漂移。因此采用常见的互补滤波,将两个传感器的长处结合起来,可以得到一个较稳定的小车倾角。计算出小车倾角后,通过PID计算出电机的控制量。
PID计算的原则是:假如小车往前倾,电机应该向前转,使之有一个向前的加速度,来避免小车倾倒
最终成绩是华北赛一等奖,全国二等奖,也算不枉费那些调车的日日夜夜。
扑翼式无人机——第九届大学生创新展
时间跨度:2016.9-2017.4
这是参加第九届北邮大学生创新展(大创)的作品。初衷是做一个能不必遥控,自己进行姿态控制与方向控制,并能自己规划路径的无人机。但之后做起来,发现当时还是太年轻了。最终参展的时候仅完成了一个自由度的姿态控制和遥控方向控制。
机械结构上,使用网上能买到的扑翼机的减速组,搭配空心杯电机。
飞机翅膀扇动的升力较小,因此很长一段时间,我们都在对飞机进行减重。
实际上,除了飞机必要的减速组、电机、翅膀灯,最终的就是电路板了。我们将电路板画小,以前使用插拔式的都直接画在PCB上,以减小板子重量,同时PCB打样时选择0.8mm厚度的板材。最后,不对整块板子进行敷铜,地线改用较粗的线连接。
最终整个板子(3X4cm),重量不到5g,加上电池后,能够飞行5-6分钟左右。
但因为机械上的缺陷,飞机只能调整一个自由度(俯仰)的姿态,因此当飞机的左右重量分配不均时,飞机飞行便会往一边偏,而横滚方向的自由度又无法调整,一旦发生倾斜,只能螺旋式的坠机。
同时,由于飞机转向使用电磁舵机控制偏航舵面(实际上就是一块磁铁外面套着线圈,对线圈通不同方向的电流,会将舵面旋转至不同的方向),需要往前飞一段距离才能转向,无法实现原地转向,因此转向不够灵敏。在大创展上,因为场地太小,时常撞墙。
机器人——第十六届亚太大学生机器人大赛(Robocon)
时间跨度:2016.10-2017.6
第十六届Robocon的题目是:舞盘雅乐
比赛场地上共有7个台柱,台柱上有半径为1m-0.5米不等的原盘。比赛双方将自己飞盘射上各个台柱会得到不同的积分。若其中一方将七个台柱上都落上一个自己的飞盘,则达成“完胜”。
按照历年国内比赛的激烈程度,不达成完胜是无法取得好成绩的,最终的比赛也印证了我们的看法。决赛十六强的队伍,基本都有完胜的实力。因此只要你的机器人无法取得完胜,只能排在十六强之外了。
北邮机器人的方案是:使用三个发射机构,两个主攻,一个防守。两个主攻机构都可以两个自由度(俯仰、旋转)变化。防守机构配合摄像头,监测最近的台子上方是否有敌人的飞盘,如果有则将其击落。
电路方案上:使用一个主控+3个分控。每个机构各分配一个分控板,分控板负责控制各个机构的电机驱动器、气缸等,以及对无刷电机进行转速闭环。
电路板(分控板、主控板、驱动器)之间通过can总线通信。
北方积分赛中,北邮以5胜1负位列第六,晋级全国32强,最终在8进4中输给西交大,止步8强。