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  • 【智能无线小车系列二】车体的组装

    由于采购的小车来自于奥松机器人的AS-4WD铝合金移动机器人平台,主要由于其具有较高的越野型、机动性。

    主要特点

    1.全铝合金车体,结实耐用。
    2.四个马达12V 电压独立驱动,动力强劲。
    3.结构合理,便于扩展。
    4.平台轮胎采用优质橡胶,具有减震、耐磨、抓地力强等特点,能同时适应光滑路面和崎岖路面环境。

     规格参数
    1.车轮直径:120mm
    2.车轮宽度:60mm
    3.平台长度:195mm(车身长度:270mm)
    4.平台宽度:142mm(车身宽度:280mm)
    5.平台高度:120mm
    6.平台重量:1280g
    7.底盘距地面距离:26mm
    8、电机额定电压:12VDC
    9、电机空载转速:100转/分
    10、电机额定转速:108转/分
    11、电机额定电流:0.37A
    12、电机额定转矩:26.8mN.m
    13、电机最大转矩:55.3mN.m

    整体外观如下:

    话不多说,抓紧时间开始动手安装:

    辅助工具:一款拥有各种型号的多功能螺丝刀组还是相当有必要入手一套的。此外,还需要剪刀、胶带、万用表以及电烙铁等小工具。

    1、首先安装直流电机,每个电机需要两颗螺丝固定。固定完成之后,每个电机上连接两根导线,并用焊锡加以固定,套上热塑管,使得绝缘处绝缘。用同样的方法完成另一侧的电机安装。

    2、安装侧板和下板:用如图所示的四颗螺丝将底板与侧板固定在一起。

    完成后的初步效果图:

    3、双H桥电机驱动板安装:驱动板的安装方向随意,观察发现电机上有两个标识点,其中红点标识此处应该接“+极”,白色标识此处应该接“+极”。

    注意:同侧电机的接线顺序,保证同侧电机的接线顺序是相同的(不过暂时还没有办法进行验证,只有等到车轮安装完成的时候才方便验证同侧电机的接线顺序是否安装正确)。 

     4、双H桥电机驱动板接线:

    首先我们要先看一下双H桥驱动板的原理图和实物图

     

    接下来根据下面的接线图完成四个电机与驱动板之间的连线(连线示意图可能存在一定的偏差,车轮的转向可能会比较混乱,需要根据具体的转向进行改接)。

     

    Arduino控制板需要连接双H桥,通过其获得供电,只要通过两个模拟端口的连线就可以轻松实现二者之间的连接。由于Arduino板的额定电压是5V,因而其模拟端口中的“5V”表示的是其电源正极,而“GND”接地端口自然表示的就是负极了。将Arduino上电源接口与H桥驱动板版上的跳线帽上的对应端口(分别是“+5V”和“GND”,含义与Arduino上的标注完全相同)用杜邦线连接起来当然,也可以通过Arduino版上自带的圆形插口的电源口用移动电源对其进行供电,但是为了减少小车的负重,我们让能够共用电源的部分尽量共用,因而采用小车电机驱动和Arduino版统一用一块锂电池进行供电。而后面即将谈到的树莓派将采用单独的锂电池进行供电,因而树莓派跟前两者所需供电电压差距较大,使用同一个电源进行供电的话存在两个缺陷:1、三个耗电模块,一个电池的供电压力过大,供电时间较短;2、需要额外通过一个电压保护装置将电流引向树莓派,比较繁琐。

    电源使用的是6800mAh的锂离子电池,其具有电容量大、体积小、价格便宜、易于改装等多项有点:

    5、安装车轮:

    1)首先需要安装联轴器,由于我们使用的电机是步进电机,其典型的特点是牺牲转速以提高扭矩,因而其转速较慢,而扭矩较高,也就收负荷能力比较强。这里的联轴器存在的目的是为了进一步提高电机的钮矩。安装联轴器时,将联轴器螺纹口对准直流电机轴的平面位置,用M3 螺栓固定。后面陆续完成剩余的三个电机联轴器的安装。

    2)接下来安装轮胎:我们选用了较大的轮胎,目的是为了获得也野外环境下小车具有较高的机动性和越野型能。安装轮胎时,首先需要将轮胎中间的六角圆孔与联轴器外侧的六角头对齐,缓缓推进,直至轮胎的塑料外壳全部包围住联轴器的六角头。接下来使用六角钢丝将从外侧穿过车轮的螺丝拧紧,这里只要稍微有点紧致就可以了,万不可过于用力,否则,容易导致车轮塑料破裂。后面陆续完成剩余的三个轮胎的安装。

     3)最后,我们需要借助车轮测试一下电机的安装是否符合要求:同侧电机的转向必须要保持一致。那么,究竟应该如何检测呢?这里介绍一个小方法,并告知其原理。

    我们只需要举起车身,拨动任意一侧的一只车轮,然后观察同侧车轮的转动情况,如果其转向与所拨动的车轮转向保持一致的话,说明该侧的电机安装符合要求,否则,需要将该电机与双H桥上的连线的两个插口的位置交换一下即可;使用同样的方法完成另外一侧的检查。

    这里的原理也非常简单,我们在学习初中物理的时候都知道,电机在供电的时候可以将电能转化为机械能实现转动,而人为使其转动的时候,其又能够将机械能转化为电能,因而我们在拨动一侧车轮的时候会产生一定的电流通过同侧的另外一个电机,使其获得供电从而转动起来。感兴趣的话,可以进一步减缓拨动车轮的转速,此时我们会发现同侧车轮的转速逐渐减慢以至于停止转动了。原因有很简单,产生的电流太小,不足以驱动如此马力的电机了。

    6、开关安装:这里我们主要需要安装一个单刀三置开关,方便控制小车驱动电源的开关。电源开关旁边的电源接口有需要的话也可以使用,看个人的需要,我们这里没有使用。

    7、 安装Arduino控制器:选择安装Arduino UNO R3下位机控制板,将其通过三根尼龙柱与小车上侧面板固定起来,避免电路板下方的焊点接触到车体造成短路等意外情况。

    8、接下来完成双H桥与Arduino控制板之间的连线,以便可以通过同一个电源同时和电机驱动以及给Arduino控制板供电。 

    连线的时候主要参考的是如下的电机转向真值表:

    说明

      在板子的左、右下角分别有两个直流电机控制信号输入接口,我们将两个Mini直流减速电机连接到左侧绿色端子和右侧红色端子。左下角的信号输入接口三个插针分别是EA、I1、I2,右下角的信号输入接口三个插针分别是EB、I3、I4,EA、EB是用来接入PWM接口给电机调速,I1和I2 、I3和I4分别接入数字接口。逻辑供电部分,直接接入Arduino板子上的5V输出接口。

                   

      Arduino上使用两个模拟位用于供电,六个数字位用来控制电机(这里使用的分别是8:定义I1接口,9:定义I2接口,11:定义EA(PWM调速)接口,6:定义I3接口,7:定义I4接口,10:定义EB(PWM调速)接口)。

    9、连接电源:这里购买的是锂离子电池,电压为12V,电池容量为6800mah,尺寸为102*37*20,相对小巧玲珑,可以轻易的放进车体内部,不影响整体的美观,性价比相对较高,值得推荐。使用的时候需要将圆形的充电头减掉,理出红黑线头,剥出铜丝,并拧成一股(注意红黑线的正负极: 红线为正,黑线为负),下面要调整其连线,使其同时与双H桥连接和电位开关连接。(注意:锂电池身上的电源需要一直处于打开状态)

    (连线图待补充)

    10、前后挡板以及上位板安装,把螺丝响应位置的螺丝拧好,此时只需要拧上一部分螺丝,而且只要能稍微固定一下就好,因为后面如果测试有问题还需要重新打开前后以及上侧挡板,调整连线。

    到此为止,小车的组装也就基本完成了,效果图如下,看起来还是挺高端大气上档次的(图中标识的扩展板主要用于外接各种传感器,诸如声音传感器、光纤传感器等等,此处我们主要是希望小车能够成为一个移动的网络设备,因而传感器的接入对于我们的需求来说也就没有必要啦)。下面我们需要测试小车是否是够按照我们的预想顺利地跑起来呢?~且看下回分解!

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