带学生做移动机器人底盘的第三周,我删掉了半本讲义

上周三下午的实训课,我站在第三排工位旁边,看着两个男生为了轮距差3mm争得脸红。

被我删掉的”标准底盘参数表”

之前的讲义里,印着满满三页移动机器人底盘的标准参数。轮距多少,轴距多少,驱动轮直径选多大,电池安装高度控制在哪个范围。学生刚进实训室,先把这页参数抄到笔记本上,照着画图纸,照着加工,最后装出来的东西,和我当年上学时做的几乎一模一样。 我之前觉得这是好的。省时间,不出错,成品率高。 直到去年的竞赛备赛,有个组照着参数表做的底盘,过实训台那道1cm高的坎,直接卡停。我凑过去看,他们把电池用双面胶固定在最上层的亚克力板上,重心比参数表建议的位置高了2cm还多。 “参数表没说电池要放那么高啊。”学生挠头。 我张了张嘴,没接上话。 是啊,参数表只给了”建议重心高度”的数值,没说为什么这个高度合适,没说高了会翘头,低了会托底,更没说如果换了更大的轮子,这个数值就得跟着变。
学生实训课上调试移动机器人差速底盘
学生实训课上调试移动机器人差速底盘
上周我把那三页参数表全从讲义里删掉了。头一节课不给任何参考值,每人发两根30cm长的废铝条,四个橡胶轮,两个减速电机,先拼个能在平地上推得动的架子。 别着急画图。 先推。推的时候晃不晃,转的时候卡不卡,装完电池之后会不会一加速就往一边歪。 头一节课结束的时候,一半的组装的底盘,一推就往一侧偏。没人来问我为什么。都蹲在工位旁边,拧松电机的安装螺丝,挪一点,再推,再挪。 那种专注的样子,我之前在他们抄参数表的时候从来没见过。

差速转向的坑,我踩过学生也得踩

好多人对移动机器人的初始印象,就是要上麦克纳姆轮,要能横着走,看起来高级。 我偏不让他们头一节课就碰。 麦克纳姆轮的辊子角度、摩擦系数、每个轮子的扭矩匹配,这里面的计算量,刚入门的学生根本hold不住。上次有个组抢了实验室存的一套麦克纳姆轮,装上去之后,走直线都能晃成蛇形,折腾了三天,最后拆下来换回普通橡胶轮,十分钟就调顺了。 差速转向的侧滑阻力,是所有做移动机器人的人绕不开的坎。两个驱动轮转速不一样,车身就会转,听起来简单,实际上如果轮距太宽,转的时候轮子会在地面蹭出黑印,阻力大了,电机直接堵转。如果轮距太窄,转的时候车身晃得厉害,上面装的传感器都能被震得偏移。
教学用差速移动机器人侧滑摩擦测试台
教学用差速移动机器人侧滑摩擦测试台
上周有个组,在铝条上开了三个不同位置的电机安装孔,换一次孔位,就在测试台上推十次,用测力计拉着测转弯时的阻力。最后选的那个孔位,轮距比我之前讲义上给的标准值窄了5mm,但是测出来的转弯阻力小了三分之一。 他们没问我这个数值对不对。 我也没说。 对不对,跑两圈就知道了。 之前有个老师跟我说,这样上课效率太低了。别的班两节课就把底盘装完了,我们班三节课还在拧螺丝。 我不觉得。 那些在讲义上印了好几年的、看起来无懈可击的标准参数,本质上是把无数次试错得到的结论直接塞给学生,却跳过了关键的、知道为什么要选这个参数的思考过程。以后他们碰到非标准的场景,比如地面是地毯,比如要过更高的坎,总不能还翻着当年的讲义找参数吧。

别让CAD画图占掉一半的实训时间

别让CAD画图占掉一半的实训时间
别让CAD画图占掉一半的实训时间
之前的课程安排,一周的移动机器人设计项目,三天画CAD,两天加工,最后一天调试。 学生刚进实训室,打开软件,倒圆角,标尺寸,改图层,忙得满头大汗。最后留出来调试的时间不到半天,装完之后跑不直,也没时间改,直接交差。 我上个月把课程表改了。 头一节课,不要求画正式的CAD图,拿草稿纸画个大概的结构,能看懂就行,剩下的时间全用来拼架子,调结构。等结构摸得差不多了,知道哪个地方要装电机,哪个地方要留电池的位置,再回到电脑前面画正式的加工图。 有个之前总吐槽CAD课麻烦的女生,上周第一次让自己搭的底盘绕过三个摆好的障碍物的时候,转头冲我喊,眼睛亮得很。 重心高度与轮距的匹配关系,这些知识点,我之前在PPT上讲了三节课,台下的学生记了满满一页笔记,考试的时候也能答对。但是真的让他们自己装的时候,还是会把电池放得高高的,还是会把轮距开得特别宽。 现在不一样了。他们自己推过重心太高的架子,知道一加速就翘头是什么感觉;自己试过轮距太宽的架子,知道转弯的时候电机嗡嗡转却走不动是什么感觉。这时候我再讲为什么要控制重心高度,为什么轮距要和车身长度匹配,他们听得比之前认真多了。 昨天晚自修,有个男生过来找我,说他想在底盘前面加个可伸缩的挡板,过坎的时候可以搭一下。我问他怎么想到的,他说上次他们组的底盘过坎卡了三次,最后是他垫了个硬纸板才过去的。 我没说这个想法合不合理。 让他自己去试。 试错的过程,本来就是机械设计特别有意思的部分。
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