阿克曼結構的應用與分析

一、阿克曼結構的乘用車

阿克曼結構最常見的應用是在汽車轉向機構上。乘用車採用阿克曼結構可以使車輛在直線行駛時，車輪輪距角度一致，保證了穩定性，而在轉彎時，車輪內外側自動調整轉向角度，避免了內側車輪側滑，提高了行駛安全性。

以下是基於C++實現的乘用車阿克曼轉向代碼示例：

#include <iostream>
using namespace std;

int main(){
    double L, R, D;
    cout << "輸入前輪轉角角度(D)和轉向半徑(R)：" <> D >> R;
    L = 2.3;
    double alpha = atan(L /(R + L * tan(D)));
    double beta = atan(L /(R - L * tan(D)));
    cout << "左輪轉角為：" << alpha << "，右輪轉角為：" << beta << endl;
    return 0;
}

二、阿克曼結構小車

阿克曼結構還可以應用在小車中，例如嬰兒車和手推車。這些小車通常只有前輪轉向，阿克曼結構可以使兩個前輪都能夠轉向，並保證穩定性。

以下是基於Python實現的阿克曼結構小車代碼示例：

import math

class Ackermann:
    def __init__(self, steer_angle=0, wheel_base=2.3, wheel_track=1.5):
        self.steer_angle = steer_angle
        self.wheel_base = wheel_base
        self.wheel_track = wheel_track
    
    def ackermann_radius(self, beta):
        return self.wheel_base/math.tan(beta) - (self.wheel_track/2)  
        
    def compute(self, velocity=10):
        beta = math.atan(self.wheel_base/(self.wheel_track/2 + self.wheel_track/2/math.tan(self.steer_angle)))
        radius = self.ackermann_radius(beta)
        omega = velocity/radius
        return omega

三、阿克曼結構底盤

阿克曼結構同樣可以應用在底盤結構上，例如在機器人運動控制領域中，阿克曼結構底盤可以通過調整前後或左右輪通電量配比和行駛速度，實現各種運動軌跡和造型。此外，阿克曼底盤可以使機器人具有更高的機動性和運動能力。

以下是基於Arduino實現的阿克曼結構底盤控制代碼示例：

int motor_1_PWM = 3;
int motor_2_PWM = 11;
int motor_1_dir1 = 2;
int motor_1_dir2 = 4;
int motor_2_dir1 = 12;
int motor_2_dir2 = 13;
double L = 2.3;
double W = 1.5;
double d = 0.0;
 
void forward_robot(double velocity){
    analogWrite(motor_1_PWM, velocity);
    analogWrite(motor_2_PWM, velocity);
    digitalWrite(motor_1_dir1, LOW);
    digitalWrite(motor_1_dir2, HIGH);
    digitalWrite(motor_2_dir1, HIGH);
    digitalWrite(motor_2_dir2, LOW);
}
 
void stop_robot(){
    digitalWrite(motor_1_dir1, LOW);
    digitalWrite(motor_1_dir2, LOW);
    digitalWrite(motor_2_dir1, LOW);
    digitalWrite(motor_2_dir2, LOW);
}
 
void ackermann_steering(double angle){
    double beta = atan(L/tan(angle));
    d = (W/2)/tan(beta);
    double delta_R = sqrt(pow(d + L/2, 2) + pow(W/2, 2));
    double delta_L = sqrt(pow(d - L/2, 2) + pow(W/2, 2));
    double velocity = 100;
    double omega_R = velocity / delta_R;
    double omega_L = velocity / delta_L;
    analogWrite(motor_1_PWM, omega_L);
    analogWrite(motor_2_PWM, omega_R);
    digitalWrite(motor_1_dir1, LOW);
    digitalWrite(motor_1_dir2, HIGH);
    digitalWrite(motor_2_dir1, HIGH);
    digitalWrite(motor_2_dir2, LOW);
}

四、阿克曼結構缺點

使用阿克曼結構的物體在轉彎時，內側輪胎的轉向角度會更大，這可能導致內側輪胎磨損速度加快。此外，當轉向半徑很小時，阿克曼結構會降低車輛的操控性。但是通過合理的設計和調整，這些缺點可以得到解決。

五、阿克曼結構圖示

以下是阿克曼結構的簡單示意圖：

六、阿克曼結構是什麼

阿克曼結構是一種用於轉向的機構，旨在實現車輛的穩定性和操控性。它可以使車底的各個部件協同工作，實現高效的轉向控制。

七、阿克曼轉向公式

阿克曼結構的轉向公式如下：

其中，L為車軸距；α和β分別是左右輪子的轉角；R為轉彎半徑。

八、阿克曼百分比

阿克曼百分比是指內側輪伸展角度和外側輪轉角之比。考慮到內側輪胎移到外側輪胎的距離較短，所以內側輪胎的轉動角度比外側輪胎更大。

九、阿克曼定律

阿克曼定律是指當車輪在向右側轉彎時，左側車輪的轉動角度比右側車輪的轉動角度多。而當車輪向左側轉彎時，右側車輪的轉動角度會比左側車輪多。

十、阿克曼轉向機構選取

在設計和選取阿克曼轉向機構時，需要考慮各項參數，例如車軸距、輪距、轉動半徑等。選取合適的轉向機構可以使阿克曼結構更加穩定和高效。