尽量消灭不确定因素定律

前几天,给卓老师发了点个人意见,卓老师以《吐槽与建言》为标题发表了,大家也看到了。当时没有想到会发表,仓促写完之后,没有推敲、修改、润色,有些地方的表达不是很到位、很清楚。我仔细地看了文章的回复,囿于卓老师的设置,无法就地回应,只好在此和大家探讨,并将新的想法一并写出。

一、车模种类繁多到底是不是有利于新手?

最顶端的回复认为“车模只有种类多,控制不同才能避免传统强校算法和机械的传承。”车模的种类,其实对算法的影响并不大,不同的四轮车模,同一套程序肯定可以跑,只是参数不同罢了。如果想避免传统强校垄断比赛,从赛道和规则入手才是解决办法。无论车模种类多么繁多,传统强校的机械调教都远远领先于新手。减少车模种类,消除车模机械上的不确定性,反而是有利于新手调教机械。

二、关于取消三轮车的建议。

有同学不认同“三轮车和直立别在方向控制方法差异不大”,给出的理由是三轮车的差速控制的响应要滞后于直立车。这个其实也是参数问题,不能说控制方法不同。三轮车的电机响应太慢,增加了很多不确定性,让三轮车提速遇到瓶颈。关于为啥要尽量消除不确定性,我会用独立一段去探讨。

其实,我建议取消三轮车的侧重点,并不是觉得它和直立车的差速方向控制类似,而是想贯彻我减少车模种类的建议。

三、为啥要减少车模种类。

首先,我们要明确这个比赛的侧重点,这个比赛不是机械设计大赛,而且侧重于弱电、控制的比赛,过多的时间浪费在调教机械上,有点脱离主旨的感觉。我这样讲,可能会让机械专业的学生觉得不舒服,但目前的节能组是允许自己设计车模的,机械有自由发挥的空间。

其次,减少车模种类,简化车模结构,有很多好处。车模的价格大家都很清楚,车模贵且性能一般,是能达成共识的痛点。车模种类少了,结构简单了,一方面有益于降低成本,另一方面有益于消除车模的设计缺陷,消除车模机械机构带来的不确定性。

在我看来,如果取消了颠簸路段,就可以取消车模减震,车模就只要有变速、差速、梯形转向机构就可以了,这样简化后的车模,销售价格能控制在200甚至150元,性能要比现在车模好。

四、车模的具体改进思路。

1、目前的遥控车,几乎都是四驱的,转向梯形结构里还有差速和减震的功能,结构稍微有点复杂,而智能车赛的赛道,如果取消了颠簸路段,就可以取消减震,而且智能车的速度一般不会超过四米,前驱也就没有必要,前驱差速不用考虑了。

所以,四轮车的前轮转向仅仅考虑转向梯形结构。如果想在性能上有提升,四轮定位平衡是个需要考虑的问题,在转向梯形结构上加车轮高度微调,也不是多麻烦的事。所以,车模的前轮可以设计成带高度微调的转向梯形结构。

2、变速机构。扭矩和输出功率比较大微型直流电机的空载转速,一般都在一万转以上,而直流电机的最大效率点,大概在空载转速的90%,工作转速一般不要低于空载转速的60%,这样变速机构要好好设计了。考虑到安装的便利和微型齿轮精度不高,使用同步皮带做变速传动是可以讨论的方案。

3、差速机构。模型车差速,主流两个类型,滚珠差速和齿轮差速。差速器是个比较复杂和精密机构,自己做不显示,最好是用现有的成熟产品配件。

滚珠差速其实不适合目前的车模,目前的车模比较大,加上电池、舵机、电路、传感器以及固定机构,很多都在1500克上下,对驱动扭矩要求比较高,滚珠差速太紧了等于没差速,太松了又无法提供足够的加速扭矩。滚珠差速一般使用在1比24和1比28的蚊车上。

目前淘宝上能买到的,性能比较好的齿轮差速是飞跃1比12的模型车差速,价格大概是50元。

4、测速机构。目前大家使用的测速机构都是外挂传感器,为了降低成本,我觉得把测速和电机做一起,比较好。或者在车上设计好卡扣,卡as5040电路的地方,磁铁固定在电机轴上,这样一个测速传感器的成本能控制在30元以内。

还有一个选择,英飞凌有一款基于巨磁阻技术的磁编码器,而不是as5040基于模拟霍尔,据说精度和稳定性比模拟霍尔好,成本只有10钱左右,这个芯片好像是tle5012。

五、为啥要尽量消除比赛的不确定因素。

上个月结束的世界杯,出现了很多让人始料未及的结果,足球比赛的不确定性,让足球更有魅力。可是这里我为啥要强调要尽量消除比赛的不确定因素呢?

我们还继续看足球比赛的不确定性,足球比赛,每一次触球的力度、角度,每个队员的状态,每寸草皮的摩擦力,每一刻球场上空空气的流动,每一次球迷的呐喊与嘘声都会影响下一秒足球的位置,更不要说教练的排兵布阵、攻防策略等,所以足球场上充满了不确定性,会让强队抓瞎,弱队爆冷。

但是,足球场上的这些不确定性,都有一个共同的特点,那就是客观上的老大难因素,几乎无法解决。作为足球规则的制定者,他们他是想尽量消除不确定性的,这次世界杯的视频裁判技术,就是表现。

足球的不确定性扯的够多了,想必大家也了解了不确定性和游戏规则之间的关系了吧。游戏的一大特性就是在别人设计的规则下获得反馈的激励与刺激,激励和刺激要最好可控的,可以预设的。比赛的不确定因素,会打乱预设的反馈激励与刺激。所以,游戏规则的选择是尽量消除不确定性对预设反馈激励刺激的影响。

比如以今年的赛道信号为例,它的不确定性让很多队伍悻悻而归,甚至泪洒赛场。让本来可以更加精彩的比赛,稍微打了折扣。

好在,卓老师已经提出了一个很智慧的解决办法,就是允许大家自带信号源,真好啊。

前面我说的,统一车模,减少车模的种类的建议,也是为了减少调试过程的不确定性,让同学们可以用自己的聪明才智和巧妙算法,精准控制取得好成绩,而不是整天陷在不明确的因素中绞尽脑汁、束手无策——昨天车子明明跑的好好的,放了一夜就各种不听话,想必很多同学都有这个经历吧。

我把这段论述表达的意思上升为一个定律——尽量消灭不确定因素定律。

六、谈谈赛道摩擦力。

在我的上一篇文章中,我提到用软硬合适的硅胶做轮胎——就硅胶手环那那种材质,澡堂子的储物柜钥匙环多用那种材料——能降低赛道材质的要求,提高摩擦力。有位同学认为摩擦力太大也不好,可以通过控制算法解决摩擦力不够的问题。

不能说那位同学的看法有问题,但我想展开讨论一下。我们都学过物理学,知道向心加速度怎么计算,通过简单呢计算,我们知道,在水平赛道上转转弯,赛道半径最小0.5米的情况下,3米每秒的速度,临界动摩擦系数大概是1.8。

目前的轮胎和赛道,是远远达不到这个值的,所以同学们想各种办法增加摩擦力,打磨轮胎啦、软化轮胎啦,还有卓老师讲的裹脚布事件。也就是说,摩擦力是大家的痛点,从处理办法上看,就含有很大不确定因素的。这个时候大家应该想到——尽量消灭不确定因素定律。

摩擦力不够,车子在赛道上滑动,还有其他不确定因素,滑动的距离,滑动的角速度,滑动的时间长短,都会影响打舵的角度,再加上机械的滞后与不确定性,就会让车子短暂失控,要么降速,要么出轨。

车子的滑动,让距离测量很难实现。理论上讲,对速度进行积分,是可以得到车辆的行驶距离的,这是一个很重要的数据,基于这个数据,我们可以实施很多巧妙的算法,到由于滑动的存在,这个数据很难获得。当然,可以通过高级点的光学传感器检测车底盘和赛道之间的相对位移来进行行进距离测量,到目前我还没看到比较靠谱的实现。想必技术上是比较困难的。

所以,根据尽量消灭不确定因素定律,我觉得还是不要让车子打滑比较好。这样车子的可控性很好,同学们就可能尽可能发挥自己的聪明才智,使用高级的智能算法,提高速度,优化路径,让车子突破三米左右的极限,做出3米5甚至4米的车子来。

最后,一言以蔽之,强调一下这篇文章的中心思想——尽量消灭不确定因素定律。

注:旅途中写出,估计错字不少,不想修改润色了,大家将就看。

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