如何建立DIY机器人机箱

在本教程中,我们将学习如何使用铝型材和3D印刷部件构建4WD机器人机箱。

几周前,我建造了一个障碍避免机器人在2WD塑料平台上。该平台运行良好,但它在空间和能力方面有限。

4WD底盘易于设计,易于构建,强大,我们有许多选项来连接不同的组件和零件。

这样的平台有许多可能的设计。但作为工程师,我从一套特定的要求开始,建立一个能够托管不同的传感器,微控制器和计算机的平台。此外,3D印刷部件允许我使用不同的设计来生产终极4WD机器人机箱。

重量分布是底盘结构的设计决策中的关键因素。底盘前面和后部的重量分配相等。因此,重量分布不会影响机器人的各种特征,包括处理,牵引力和加速度。

在本教程的剩余部分内,您将:

1.了解如何使用铝型材构建机箱框架
2.如何构建驱动系统
3.测试平台
4.下一步

1.了解如何使用铝型材构建机箱框架

在本教程的第一部分,我们将学习如何使用铝型材和配置文件连接器组装机箱。但在进入框架的大会之前,让我们首先讨论材料,底盘重量和精度的需要。

在设计底盘框架之前,我已经对机器人提供了所有直流电动机,车轮和电池供电。所有这些都在底盘框架中放在19厘米宽的底部,长度为10厘米高。

在过去几年中,我已经检查了构建底盘框架的不同选择,包括Perspex,Plexiglas,L形铝型材和轻度方铁型材(用于重型机器人)。但是,我排除了Perspex和Plexiglas,因为这些材料倾向于粉碎弯曲。

由于权重限制,铁型材是一个糟糕的选择。机器人的底盘将携带直流电机,电池,电子设备,安装支架等。所有这些部件和部件都加入到底盘本身的重量中,这将朝向电动机的总承载能力计数。因此,我们必须尽可能低地保持重量。

铝型材具有机器人的最佳强度/重量比。此外,它具有出色的耐腐蚀性和在安装过程中精确地连接的能力。

如果我们想建立一个直线的机器人,您需要所有框架部件和组件与机箱完全对称。

底盘框架设计成带有轮子的四个齿轮直流电机以及带有重负载的能力。铝型材在底盘框架的各个侧面提供槽,以组装驱动系统,传感器,微控制器和计算机等组件。

组装模块化底盘框架是一个简单的过程,如果您使用相应的工具,可以更快地完成。所有支架都采用相同的斯坦利钢六角固定。因此,您需要带5毫米六角形头工具钻头和/或5毫米六角扳手的螺丝刀。

铝制底盘框架的重量为800克。

3D格式的机箱的结构

3D格式的机箱的结构

此步骤需要以下内容:

  • 4 x 25cm长度–20x20铝型材[亚马逊];
  • 2 x 15cm长度–20x20铝型材;
  • 4 x 10cm长度–20x20铝型材;
  • 12 x 2孔铝支架,用于铝型材,带6mm插槽[亚马逊];
  • 24 x M5x8mm不锈钢六角[亚马逊]
前视图,侧面视图和铝制框架的顶视图

前视图,侧面视图和铝制框架的顶视图

对于底盘框架的底座,您需要两个25cm型材,两个型材为15cm,四个铝括号和8xm5螺钉。

10cm型材用于固定底盘的基部和顶部铝型材。

对于底盘的顶部,我们正在使用两个25cm配置文件。框架的前部和背面不会自两个原因关闭:

  1. 结构非常僵硬;
  2. 底盘的重量必须尽可能低;

组装机箱后,所有配置文件都对齐,我们可以将组件附加到此框架。

2.如何构建驱动系统

在这部分文章中,我们’LL学习驱动系统架构,包括组件,装配和3D印刷部件。

底盘有四个直流齿轮电机,直接连接到电机的四个车轮。底盘的架构包括用于直流电动机和轮子的3D印刷部件。 3D打印组件可以更改为匹配编码器和附加附件等内容。

驱动系统包括:

  • 4 x 12V直流齿轮电机[亚马逊]
  • 4 x 3D印刷安装支架
  • 4 x 3D印刷轴联轴器
  • 4 x 125mm直径橡胶轮
  • 1 x Sabertooth双25A 6V-30V再生电机驱动器[亚马逊]

驱动系统比机器人上的其他任何东西都更重要。其主要功能是将DC电动机的功率传输到驱动轮以控制机器人’S的运动,就像开始,速度和制动一样。下面,我们将探讨单独的所有部件,包括其在驱动系统中的角色以及它们如何组装到底盘中并用螺钉固定它。

2.1直流电机
直流电机和3D印刷安装支架

直流电机和3D印刷安装支架

12V齿轮箱电动机非常适用于该小型机器人机构机构,提供足够的电源,以便以每分钟的最大速度移动平台。

通过简单地颠倒电动机端子处的极性来控制DC电动机的方向。通过使用PWM信号改变电压电平来控制电动机的速度。

2.2 3D印刷安装支架
3D印刷安装支架

用于3D印刷安装支架的左右CAD设计

将DC电机安装到机箱中使用安装支架。每个安装支架都有一个定制的设计,安装在铝型材上,并以三个点连接。因为每个安装支架在三个点固定到铝制框架上,所以它们中的每一个都具有拟合它安装的侧面的设计。

2.3轮子
车轮和3D印刷部件

车轮和3D印刷部件

虽然我设计了移动机器人,但我想知道我应该在哪些车轮上掌握在各种表面上,并且由于其灵活性而降低机器人振动。将车轮直接连接到电动机为机器人体内的电气部件提供振动。在我们的情况下,车轮在不牺牲机器人效率的情况下减小框架振动。如果机器人以较低的速度使用机器人,则振动不会是一个问题。

该溶液是四个直径为125mm的橡胶轮,宽度为60mm。

车轮用两个3D印刷部件连接到DC电机。一个3D印刷件安装在车轮外部,3D印刷轴联接部分安装在车轮内部。车轮和3D印刷部件用M3螺钉固定。

2.4电机驱动器
Sabertooth 2 x 25a电机驱动器,RC接收器和DC电机

Sabertooth 2 x 25a电机驱动器,RC接收器和DC电机

驱动器以所需的电压为直流电机提供电流,但无法决定电机应该如何运行。

DC电动机由Sabertooth双25A 6V-30V再生电动机驱动器控制。该电机驱动器与像Arduino这样的微控制器兼容,使用像覆盆子PI等Linux电脑。如果您的机器人应用要求实时响应,则需要使用arduino等微控制器板。覆盆子PI板基于ARM-Cortex处理器,比Arduino更强大,能够运行ROS。

控制器接受模拟,RC和TTL串行输入。用于测试机箱,它使用遥控方法。

Sabertooth 2 x 25a电机驱动器有两个通道,可在每个管道上控制至少两个直流电机。底盘在四个直流电机上运行,​​因此我们必须将所有这些连接到两个通道。

对于该底盘,基于放置在机器人主体的两侧的四个单独从动车轮使用差动驱动运动。在这种情况下,我们必须将两个直流电动机从底盘的一侧连接到电动机驱动的一个通道,以及另一个两个直流电动机到第二通道。端子M1A-M1B和M2A-M2B用于将电动机连接到电动机驱动器。

电池端子连接到电动机驱动器的B +和B-端子。为了测试底盘,我们使用高容量10000mAh 4s 12c Lipo Pack电池。

2.5差动驱动器

底盘的四个轮子配有两对动力轮。差动驱动器使车轮在框架的一侧比另一侧的车轮更快地转动。底盘转向更快的轮子的另一侧。换句话说,每对在相同的方向上旋转以向前或向后移动,同时改变旋转方向,底盘将左转或右转。

差动驱动器的一个优点是,如果车轮沿相反方向驱动,则它可以围绕其Z轴旋转。

3.测试平台

测试的目的是评估技术特征并研究平台的性能。我们选择使用接收器和遥控器来测试平台,因为它很简单易于实现。

RC接收器和Sabertooth之间的连接很简单。电机驱动器具有四个螺钉端子:GND,5V,S1和S2。

所有这些终端都将连接到RC接收器:

  • GND到接收器的蝙蝠GND引脚
  • 5V到接收器的BAT 5V引脚
  • S1到接收器的通道1
  • S2到接收器的通道2

为了用RC接收器控制机箱的DC电动机,必须考虑驱动器的RC模式。 RC输入使用来自接收器的两个通道设置电机的速度和方向。设置司机’S RC模式,我们必须选择模式2的DIP开关2. DIP开关有引脚1和3 OFF,而其他用于直流电机的线性控制。

组装和测试底盘

4.下一步

项目的下一步是使其安全并将其转化为自主机器人。

1.紧急开关切断电源;
2.安装底盘接地以降低电路噪声;
3.添加传感器,Arduino板和覆盆子PI板以检测障碍物,并通过机器人通信无线;

资源:

下载STL文件:thingiverse.com.

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