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“机器人怎么骑自行车”的话题 精选

已有 5488 次阅读 2013-9-30 19:14 |个人分类:镜子大全|系统分类:教学心得| 机器人, 骑自行车

“机器人怎么骑自行车”的话题
作者: mirror (*)
日期: 09/30/2013 01:23:22

为什么自行车在运动的过程中不容易倒,而在静止的时候平衡就很难掌握了?况且速度越快,可能稳定性越好?
有网友讲,【这个就是“二级倒立摆”问题,早已经解决(二级火箭就是具体应用,三级火箭是更复杂的“三级倒立摆”问题)。】显然这个模型与自行车的平衡模型是不一致的。所给出的某硕士论文中,有“二级倒立摆”模型,是平移小车上的两个关节。这与有车把的自行车的模型显然是不一样的。

有车把,使自行车可以做曲线运动。牛顿力学的主张是:做曲线运动需要有一个向心力,在曲线的平面内。在地球上,这个面可以认为是路面。因此,两轮车拐弯时,车体(+人体)一定要有倾斜,与三轮、四轮车的转弯的感觉是不同的。

所谓自行车不倒,是说车体有倾斜时仍然可以维持自行车“向前”的运动(包括拐弯)。从向心力的角度看,对同样大小的向心力,速度高的运动转向(弯)半径大,速度低的运动转向(弯)半径小。转弯半径大的极限是走直线,转向(弯)半径小的下限是两个车轮间的距离。走直线就是自行车不倒,转向(弯)半径小于两个车轮间的距离就是运动无解,也就是车倒下了。这是讲力学的思考。

从人的控制的角度看,转向(弯)半径是由车把的转动角度控制的。车(人)体倾斜的程度与转车把的角度关系掌握了,就是所谓的会骑车了。当然,自行车的动力是由人来提供,在转把拐弯的时候不能忘了脚下用力蹬车。而转车把的角度越大,需要的前进动力也就越大,这对初学者来说,无疑是个难题,也与车的速度越快,稳定性就越好的现象连在一起。

做杂技表演的自行车可以有很高的稳定性。那种特别的车的车把和动力飞轮与百姓用的在构造不同。车把可以转180度,飞轮是“死”的。这样的车可以用来“定车”:两轮车的平衡。

从时间的尺度上看,速度高时,同样的向心力(倾斜角)带来的转弯半径大,这就意味着车把的“修正”幅度小,人容易控制。相反,如果车速低,同样的向心力(倾斜角)带来的转弯半径小,这就意味着车把的“修正”幅度大,人不容易控制。

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就“是”论事儿,就“事儿”论是,就“事儿”论“事儿”。




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