Rpibot – 关于学习机器人

这是一个简单便宜的移动机器人平台，专为学习和扩展而设计。我解释了我的概念以及我解决的问题。

我是一家德国汽车公司的嵌入式软件工程师。我开始这个项目是作为嵌入式系统的学习平台。该项目被提前取消，但我非常喜欢它，所以我在空闲时间继续。这就是结果……

我有以下要求：

• 简单的硬件（重点是软件）
• 便宜的硬件（约 100 欧元）
• 可扩展（某些选项已包含在说明中）
• 来自单个 5V 电源（移动电源）的所有组件的供电电压

除了学习之外，并没有真正的目标。该平台可用于学习、监视、机器人竞赛等……

这不是初学者教程。您需要一些关于以下方面的基本知识：

• 编程（Python）
• 基本电子设备（通过正确的电压将模块连接在一起）
• 基本控制理论 (PID)

最后你可能会像我一样面临问题。带着一些好奇心和耐力，你将完成项目并解决挑战。我的代码尽量简单，关键的代码行都加了注释以提供提示。

完整的源代码和文件可在此处获得：https://github.com/makerobotics/RPIbot

用品：

力学

• 1x 胶合板（A4 尺寸，4 毫米厚）
• 3x M4 x 80 螺丝和螺母
• 2x 齿轮电机，带有用于编码器的辅助输出轴。轮子。
• 1 个自由轮
• 1 个平移和倾斜摄像头安装（可选）

电子产品

• 1x Raspberry Pi Zero，带接头和摄像头
• 1x PCA 9685 伺服控制
• 2x 光学编码轮和电路
• 1x 母跳线
• 1 个 USB 移动电源
• 1 个 DRV8833 双电机驱动器
• 2x 微型舵机 SG90 用于摄像机平移和倾斜（可选）
• 1x MPU9250 IMU（可选）
• 1x HC-SR04 超声波距离传感器（可选）
• 1x 穿孔板和焊锡线、接头，......

第 1 步：构建机箱

我不是一个好的机械设计师。此外，项目的目标是不要在底盘上花费太多时间。无论如何，我定义了以下要求：

• 便宜的材料
• 快速组装和拆卸
• 可扩展（例如用于添加传感器的空间）
• 轻质材料可为电子设备节省能源

一个简单又便宜的底盘可以用胶合板制成。使用线锯和手钻可以轻松加工。您可以粘合小的木制部件来制作传感器和电机的支架。

考虑更换有缺陷的元件或电气调试。主要部件采用螺钉固定，可更换。热胶枪可能很简单，但可能不是构建底盘的最佳方式……我需要很多时间来考虑一个简单的概念来轻松拆卸零件。 3D 打印是一个不错的选择，但可能非常昂贵或耗时。

自由轮最终非常轻且易于安装。替代品都很重或充满摩擦（我在找到最后一个之前尝试了其中的几个）。我只需要在安装主轮后切割一个木制垫片来调平尾部自由轮。

车轮属性（用于软件计算）

周长：21.5 厘米
脉冲：20 脉冲/转。
分辨率：1,075 厘米（最后 1 脉冲约为 1 厘米，便于软件计算）

第 2 步：电子和布线

该项目使用不同的模块，如图所示。

Raspberry Pi 零 是主控制器。它正在读取传感器并通过 PWM 信号控制电机。它通过wifi连接到远程PC。

DRV8833 是双电机 H 桥。它为电机提供足够的电流（Raspberry Pi 无法做到，因为输出只能提供一些 mA）。

光学编码器 每次光通过编码器轮时都会提供方形信号。我们将使用树莓派的硬件中断来获取每次信号切换时的信息。

pca9695 是伺服控制板。它通过 I2C 串行总线进行通信。该板提供PWM信号和电源电压，用于控制凸轮的平移和倾斜伺服。

MPU9265 是三轴加速度、三轴角转速、三轴磁通传感器。我们将主要使用它来获取罗盘航向。

不同的模块都通过跳线连接在一起。 面包板 充当调度员并提供电源电压（5V 和 3.3V）和接地。所有连接都在连接表中进行了描述（见附件）。将 5V 连接到 3.3V 输入可能会损坏您的芯片。在供应之前小心并检查所有接线两次（这里特别要考虑编码器）。在连接所有板之前，您应该用万用表测量调度板上的主电源电压。模块通过尼龙螺钉固定到机箱中。同样在这里，我很高兴将它们固定好，但在出现故障时也可以拆卸。

最后唯一的焊接是电机、面包板和接头。老实说，我喜欢跳线，但它们会导致连接松动。在某些情况下，某些软件监控可能会支持您分析连接。

来源：Rpibot – 关于学习机器人