全地形车|基于摇臂-转向架结构的全地形车 - 嘉立创EDA开源硬件平台

### 前言 小车的设计灵感来源于火星车，火星车的结构特殊，为了确保能在火星复杂的地面行驶中不翻车和被障碍阻拦，其底盘采用了一种名为Rocker Bogie（摇臂-转向架）的结构，能够活动的摇臂良好的适应了非结构化地面，保证其在不平坦的地面上总有轮子能够得着地面，不会像传统四轮汽车底盘可能会面临动力轮悬空的窘境。最重要的是，这种结构可以爬楼梯，这正好满足我需要一辆能够在楼里畅通无阻的小车。巧的是嘉立创又开了小车训练营，所以就有了这个项目。 - - - ### 一、结构设计 > *建模软件为 solidworks 2021* >  - - - >  > **零件清单**： > > > * GB/T 276-2013 61801 12 * 21 * 5深沟球轴承 *6 //置于前架和从动轮轴 > * M3x15（至少）螺丝 *16 //固定电机与后架 > * M3x5螺丝 *10 //连接轴与轮子及PCB与主体 > * M3螺母 *4 //连接主体与后架 > * M3.5x8螺丝 *2 //连接前架与后架 > * GB37520 减速电机 12V 110RPM *4 （理论上来说Rocker Bogie结构最好每个轮子都有动力才能最好发挥作用，但是因为经费以及后续升级原因，目前只采用四个，前后各两个。） > * 非标件若干 > > > 所有非标件包括轮胎均为3D打印机制造，轮胎使用TPU，其余为PLA，由于尺寸较大，对打印机尺寸会有要求，制作慎重，我的打印机为ender3 s1，尺寸220 * 220 * 270。无需分件，可通过合适的摆放打印。 > **以下为几个装配细节**： >  > M3.5螺丝需穿过垫片将前架固定在后架上 >  > 从动轮轴上用了两个轴承 > **装配成品图** >  > - - - ### 二、 电路设计 > 这一部分倒没啥好多说的，大体上和官方示例没啥区别，为了保证供电电流足够，第一次设计了四层板，说一下和官方不同的点： > > **电源及板级保护** >  > 由于我使用的是12V聚合物锂电池供电，要分一路降压给梁山派供电，12V -> 5V,如果用LDO，那发热太大且效率低，于是找了一块TI的DC-DC，主要用于给主控及几个模块供电，3A的最大电流应该绰绰有余。板级保护做了过流（自恢复保险）、尖峰电压（TVS）、防反接保护（N-mos）。 > **遥控部分** > ! >  > 接了个ESP32-CAM，可作为协处理器，主要负责图传及蓝牙、WIFI，以及一个2.4G模块接口，可选择多种遥控方式。 >**蜂鸣器** >官方示例中的蜂鸣器使用的蜂鸣器是有源蜂鸣器，优点是给电就会叫，缺点是只能叫出固定频率。而我使用的是之前买的无源蜂鸣器，需要给PWM波才能发生，但是好处是可以发出不同频率的声音，于是就可以 车 载 音 乐！，我在beep库里写了简单的音阶，可以自由发挥。 > > >**照明** >照明采用ESP32-CAM上自带的一颗灯珠和两个高亮LED，esp的灯是4号脚，LED的样式如下 > > >**电机** > >增加了两个下拉电阻来抗干扰，并且每个RZ7899都有一个100uF的电容储能，以及一个0.1uF的电容滤波。 >预留了六个舵机接口，增加拓展性。 > > > **其他拓展及注意事项** > 接了一个MPU6050，以及预留六个舵机接口，电机接口是带霍尔编码器的减速电机接口，六线，线序为 >  > 选用的电池为 >  > 由于实测单个电机启动时电流可达3A，空载电流为200~400mA，因此如果替换电源，尽量保证瞬时电流大于14A。 - - - ### 三、程序设计 > 梁山派与esp32通过串口通讯，梁山派负责控制小车运动，esp32负责建立与上位机通讯和传递指令、提供图传。上位机由 *Android Studio 2021* 编写。这里参考了大佬的demo： > Gitee：https://gitee.com/JDS110/embedded-related-learning > 哔哩哔哩：https://www\.bilibili\.com/video/BV1kL41137kH/?spm\_id\_from=333\.999\.0\.0&vd\_source=9828299e0853b62c5c08df197c6ba921 > > 这里要注意，在移植安卓工程时，可能出现AS版本导致的编译失败问题，我的解决方法是新建一个空工程，然后只复制main文件夹中的java和res文件夹，然后编译，报错你就让编译器自己补全文件，然后就能通过了。 > > ESP32通过AP模式建立与手机的连接，通过UDP协议与上位机通讯，ESP32接收指令后再通过串口转达给梁山派，从而操控小车。由于我第一次接触AS，熟练度太低，对demo的改动有限，只能说能用，布局暂时如下： >  - - - ### 四、目前的问题 > ##### 结构问题 > > 1. TPU打印的蜂窝轮最初设计是为了减震，让车从楼梯下来的时候不要硬着陆，但目前看来还是不够软弹，接下来会对车身设计进一步做减震优化，如增大蜂窝面积，改变蜂窝结构，更换材料等 > 2. 对不同阶高高度的楼梯，固定的轮距就无法全适应，因此也会对车架的自适应性做一些尝试。 > 3. 摄像头未做任何固定，稳定性极差，接下来会为它设计一个二自由度的固定座，增大可视范围。 > > ##### 电路问题 > > 1. 直流减速电机体积大，控制性不如无刷，下一步计划上BLDC，并会升级成六驱。 > 2. mpu6050和2.4G还没用上。 > 3. 由于不熟悉编码器，接到了没有定时器功能的端口上，下一版本会纠正。 > > ##### 软件问题 > > 1. 控制手感太差，不丝滑。 > 2. app UI太丑，忍不了。 > 3. app显示信息少，会尝试增加电量、速度信息 * * * ### 五、在列升级计划 >由于本人已经处于大三, 时间精力都不再充裕，这次训练营也是仓促中匆匆收尾，还是有些遗憾，碍于时间设备和经费，很多想法还来不及完成，而后面几个月也许鲜有能抽空出来完善的时间，因此先在这里列出一些想做的点，日后会视情况慢慢完成，也欢迎对这个项目感兴趣的朋友能参与进来。 >* [ ] 优化减震结构 >* [ ] 设计二自由度摄像头座 >* [ ] 替换电机为无刷电机 >* [ ] 大改APP UI，增加显示内容，操作替换成遥杆，优化运动控制 >* [ ] 通过蓝牙适配xbox手柄 ### 六、演示视频