高性能遥控扫雪机器人：Arduino 控制，履带行走，电动推铲
项目动机
冬季铲雪劳累且寒冷，我决定打造一款遥控扫雪机器人，让用户在室内温暖环境下通过 PlayStation 2 手柄完成除雪作业。成品为微型履带式扫雪车，具备电动升降/角度调节推铲、LED 探照灯、24V 大功率驱动系统。
核心规格
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 尺寸（不含推铲） | 600 × 375 × 240 mm |
| 重量 | 约 30 kg |
| 底盘 | 矩形钢管焊接框架 |
| 行走系统 | 2×24V 250W 直流减速电机 + 履带 |
| 推铲驱动 | 3×12V 线性执行器（行程 5 cm，动态负载 50 kg） |
| 控制核心 | Arduino Uno Rev3 |
| 遥控方式 | PS2 手柄 + 2.4GHz 接收模块 (RX-PS2) |
| 电源 | 6×12V 7.2Ah 胶体电池（串联 24V，中间抽头 12V） |
电子系统架构
扩展板堆叠
- Motor Shield：驱动 3 个线性执行器（外接 12V 供电，跳帽设为 EXT）
- PS2 Shield：接 RX-PS2 模块，解码手柄指令
- Relay Board (1 路)：控制 LED 探照灯电源
供电分配
- 24V 总线：直连双电机驱动板（双 H 桥，15A/路）、DC-DC 升压模块（驱动探照灯 LED）
- 12V 总线：Arduino Vin、Motor Shield 执行器供电、Relay Board 供电
- 5V/3.3V：Arduino 板载稳压输出供 Shields 逻辑电源
关键外设接线
| 外设 | Arduino 引脚 | 备注 |
|---|---|---|
| 电机驱动 DIR/PWM | 4 路数字口（2 PWM） | 厂家库控制速度/方向 |
| 3 线性执行器 | Motor Shield 接口 | 内置限位开关与二极管续流 |
| 光敏电阻 | A0（分压 10kΩ） | 暗光自动开启探照灯 |
| Relay 控制 | D13 | 驱动晶体管开关探照灯 |
| PS2 Shield | 硬件 SPI / 专用引脚 | 厂家库自动处理 |
机械结构亮点
- 推铲三自由度：升降、左右摆角、前后倾角（可选），由 3 个线性执行器独立控制
- 执行器自锁：蜗轮蜗杆结构，断电保持位置，IP63 防护等级
- 履带张紧：张紧轮可调，适应积雪阻力
- 探照灯改装：原 220V 投影灯拆除整流器，LED 直连 DC-DC（约 30V/340mA，10W）
固件要点
完整代码打包下载：Vittorio_Snowplow_Robot.zip
- PS2 手柄映射：左摇杆控制差速转向/前进后退，方向键控制推铲 3 轴，L1/R1 开关探照灯
- 电机驱动使用厂家提供库（PWM 占空比调速）
- Motor Shield 使用
AFMotor或同类库驱动执行器 - 光敏电阻 ADC 读值 > 阈值 → D13 高电平触发继电器
- 主循环 20ms 周期轮询手柄、更新电机、检测光敏
组装快速指南
- 焊接底盘钢管框架，预留电机/执行器安装孔
- 安装履带、电机、执行器支架（4 个角码）
- 堆叠 Shields 于 Arduino，按接线表连接所有外设
- 串联电池组，安装双刀开关分控 12V/24V 总线
- 安装光敏电阻于车身顶部，探照灯固定于推铲上方
- 配对 PS2 手柄与 RX-PS2，上传固件测试各功能
- 实地试运行，调整执行器限位、履带张紧、PWM 参数
安全与改进建议
- 24V 大电流线路必须使用 ≥1.5mm² 线径，接口压接可靠
- 电机驱动散热片需加装风扇或增大散热面积
- DC-DC 升压模块建议选带过流保护型号（原 2A 限流偏低）
- 可增加超声波避障、GPS 自主导航、ROS 控制栈升级
- 推铲刃口加装橡胶护条保护地面
制造工艺
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