自制爬楼小车diy全过程

近日心血来潮用Makeblock的零件搭了个自动爬楼梯的小车

下面给大家介绍一下如何搭建这个案例。由于是自动爬行，那么自然有各种传感器。什么巡线（当接触开关用），超声波，限位开关，陀螺仪~~

首先先简单介绍一下实现原理

额。。理想状态下一共有8个阶段，其中1号轮子和4号轮子都是带电机的主动轮，其他都是从动轮，而且升降装置装在2号和4号轮子上

阶段1

前进

阶段2

超声波检测到前方有障碍（这里指的是楼梯）

车体上升，1号和2号升降装置把1号和3号轮子升起来直到超声波传感器检测不到楼梯

阶段3

1号和4号轮子推动小车前进

阶段4

2号轮子的巡线传感器检测碰到楼梯了，1号升降装置把2号轮子收回去

阶段5

1号和4号轮子推动小车前进

阶段6

4号轮子上的限位开关检测到4号轮子已经碰到楼梯，主动轮停止转动，2号升降装置把4号轮子收回去

阶段7

1号轮子推动小车前进 也就是阶段1

阶段8

也就是阶段2，小车继续前进直到超声波检测到楼梯然后开始循环

额。。攀爬原理差不多就是这样了，接下来给大家介绍一下搭建方法以及调试过程中碰到的一些问题

这个案例在机械结构方面的一个特色就是这个升降的装置，既要可靠，又要比较迅速地升降。所以我选择了齿条齿轮的配合方式，并且使用单孔梁作为滑轨，用3*3的同步带固定片配合双孔梁做了个简易滑块。

下面是搭建使用的材料和方法。

升降装置1

双孔梁032*4

双孔梁160*2

M4*22螺丝*8

M4螺母*8

然后使用下面的材料把上面搭好的结构连接起来

3*3同步带固定片*4

M4*8螺丝*16

额。。这样滑块就搭好了

拿两根0808*312的单孔梁刚好能穿过滑块

接下来我们来搭齿条

由于我们这个自动爬楼梯小车比较智能，能够适应不同高度的楼梯，所以我们的滑轨和齿条都要准备的长一点，既然滑轨都有312mm那么长了，齿条肯定不能短

所以我使用了4段齿条拼接起来，至于为什么上面的材料图片中有一根312的单孔梁呢，这是有原因的。光靠齿条拼接的话在升降过程中齿条与齿条之间的连接处会弯，这一弯齿轮和齿条的啮合就出问题了，哒哒哒滑齿了。至于为什么我会发现这个问题呢，这个就不解释了，说多了都是泪。所以我们要把齿条固定在这根单孔梁上。如下

接下来把导轨和齿条固定在一起

材料如下

144双孔梁*1

M4*22螺丝*3

M4螺母*2

176双孔梁*2

M4*22螺丝*6

M4螺母*6

装上2号轮子（从动轮）

使用以下材料

轮胎*2

90T同步带轮*2

螺丝轴*2

法兰轴承*4

M4螺母*2

M3*5无头螺丝*2

4*2塑料垫片*4

把轮子固定在双控梁的端面

2号轮子和1号升降装置搭建完毕

接下来搭建4号轮子和2号升降装置

2号升降装置结构和1号一样

所需材料也一样

只不过把032双孔梁固定在下图的位置

导轨和齿条的搭建与1号升降装置一样

上端的连接使用080双孔梁替代144双孔梁

128双孔梁*1

M4*22螺丝*6

M4螺母*6

装上L形支架，用

M4*14螺丝*2

M4螺母*2

固定在梁上

完成2号升降装置的搭建后就可以开始搭建4号轮子（主动轮）

所需材料如下

25mm电机*1

90T同步带轮

25mm电机支架

传动固定盘

M3*5螺丝

M4*14螺丝

套上轮胎，用

M4*14螺丝*2

螺母*2

固定在L形支架上

完成1、2号升降装置和2、4号轮子搭建，整车结构就完成一半了

接下来开始搭建主车架、1号和3号轮子

首先，把1号轮子（主动轮）搭建好

轮胎*2

90T同步带轮*2

传动固定盘*2

M4*14螺丝*8

M4螺母*4

M3*5螺丝*4

M3*5无头螺丝*2

25mm电机*2

25mm电机支架*2

064双孔梁*2

搭建前防撞杠

160双孔梁*1

L形支架*2

M4*14螺丝*4

M4螺母*4

搭建主车架

192双孔梁*2

防撞杠*1

前轮*2

M4*30螺丝*6

M4螺母*6

搭建3号轮子（从动轮）

轮胎*2

90T同步带轮*2

088单孔梁*2

法兰轴承*4

螺纹轴*2

4*2塑料垫片*4

螺母*2

M3*5无头螺丝*2

使用

M4*22螺丝*4

M4螺母*4

把3号轮子固定在车架上

装上2号升降装置

使用M4*14螺丝*8

装上1号升降装置

使用M4*14螺丝*6

由于楼梯宽度有限，轮子又比较大所以只能把轮子错开安装，为了节约搭建时间和材料，4号轮组之用了一个电机和一个轮子

再安装升级装置的电机

37电机（装好电机支架）*2

18T齿轮*2

M3*5无头螺丝*2

M4*8螺丝*4

调整好齿轮和齿条的距离分别固定在1号、2号升降装置双孔梁的螺纹槽上

完成机械搭建

接下来开始安装传感器

限位开关*1

装在2号升降装置侧面

限位开关*2

分别装在1号2号升降装置的梁上。（作用：限制抬升高度）

安装电机驱动

安装巡线传感器

M4*22螺丝

4*10塑料圆柱

4*2塑料垫片*4

巡线传感器*1

安装陀螺仪

安装超声波传感器

由于超声波模块没办法检测0-30mm的距离，所以放里面去了 让防撞杆去撞楼梯，小车撞上障碍后刚好是30mm多点，顺利检测到（这都是调试后才发现的~_~！！）

安装主控板

安装适配器（限位开关用）

额。。基本上传感器安装好了，现在介绍一下各个整车结构和传感器

整车从左到右可以按轮子分成4个部分，其中1号轮子和4号轮子是主动轮（驱动轮），2号和3号轮子是从动轮

其中1号和2号升降装置控制2号和4号轮子的位置

这里加装陀螺仪是因为我们升降装置用的是直流电机，没办法保证车体平衡，所以加入陀螺仪调整电机抬升速度

整车图

接线图

代码如下：#include “MeOrion.h”

#include

MeGyro gyro;

MeDCMotor lifer1（PORT_1）; //升降1

MeDCMotor lifer2（PORT_2）; //升降2

MeDCMotor rw（M2）; //1号驱动轮

MeDCMotor fw（M1）; //4号驱动轮

MeLineFollower lineFinder1（PORT_7）; // 巡线

MeLimitSwitch upWard1（PORT_3， SLOT2）; // 1号升降限位开关

MeLimitSwitch forWard2（PORT_4， SLOT1）; // 4号轮子限位开关

MeLimitSwitch upWard2（PORT_4， SLOT2）; // 2号升降限位开关

MeUltrasonicSensor ultraSensor（PORT_8）; // 1号轮子超声波

void setup（） // 初始化，前后升降装置回收

{

Serial.begin（9600）;

gyro.begin（）;

lifer1.run（-250）;

while （！upWard1.touched（））;

lifer1.stop（）;

lifer2.run（-250）;

while （！upWard2.touched（））;

lifer2.stop（）;

}

void Step2（）

{

float p = 15;

float i = 0.01;

float angle = 0;

float targetAngle = 0;

float integration = 0;

float err = 0;

while （NotStop（））

{

gyro.update（）;

float angle = gyro.getAngleX（）;

err = angle - targetAngle;

integration += err;

int speed1 = 200;

int speed2 = 200;

speed2 = speed1 + err * p;// + integration * i;

lifer1.run（speed1）;

lifer2.run（speed2）;

//delay（10）;

}

lifer1.stop（）;

lifer2.stop（）;

}

int startTiming = 0;

unsigned long startTime = 0;

int NotStop（）

{

int16_t distance;

distance = ultraSensor.distanceCm（）;

delay（10）;

if （0 == startTiming）

{

if （（distance 《 10） && （distance 》 1））

{

return 1;

}

else

{

startTiming = 1;

startTime = millis（）;

return 1;

}

}

else

{

unsigned long currentTime = millis（）;

if （currentTime - startTime 《 2500） //超声波检测不到楼梯后延时2.5秒

{

return 1;

}

else

{

return 0;

}

}

}

void loop（）

{

startTiming = 0;

startTime = 0;

//阶段1 小车前进

fw.run（60）;

rw.run（60）; //1号 4号轮子推动小车前进

int16_t distance;

do

{

distance = ultraSensor.distanceCm（）;

delay（10）;

}

//阶段2 碰到楼梯 主动轮停止 整体车架上升

while （！（（distance 《 4） && （distance 》 1）））; //如果碰到楼梯

fw.stop（）;

rw.stop（）;

Step2（）;

//阶段3 1号 4号轮子推动小车前进

fw.run（60）;

rw.run（60）;

//阶段4 2号轮子巡线传感器检测到楼梯 主动轮停止 升降装置1把2号轮子收回去

while （！（lineFinder1.readSensors（） ！= S1_IN_S2_IN））;

lifer1.run（-250）;

fw.stop（）;

rw.stop（）;

while （！upWard1.touched（））; //1号升降限位开关检测升降结束

lifer1.stop（）;

Adjust（）;

//阶段5 1号 4号轮子推动小车前进

fw.run（60）;

rw.run（60）;

//阶段6 4号轮子限位开关检测到4号轮子碰到楼梯 主动轮停止 2号升降装置回收4号轮子

while （！forWard2.touched（））;

lifer2.run（-250）;

fw.stop（）;

rw.stop（）;

while （！upWard2.touched（））; //1号升降限位开关检测升降结束

lifer2.stop（）;

//阶段7 循环阶段1

//阶段8 循环阶段2

}

void Adjust（） //陀螺仪控制1、2号升降电机控制平衡

{

int p = 40;

//float i = 0.05;

float angle = 0;

float targetAngle = 4;

//float integration = 0;

//float err = 0;

do

{

gyro.update（）;

angle = gyro.getAngleX（）;

//err = （angle - targetAngle）;

//integration += err;

lifer2.run（（angle - targetAngle） * p）;// + i * integration）;

//delay（10）;

}

while（fabs（angle - targetAngle） 》 1）;

lifer2.stop（）;

}