自已做了一个爬楼梯车

Ykh · 发表于 2017-10-27 20:30:18

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近日心血来潮用Makeblock的零件搭了个自动爬楼梯的小车
废话少说先上视频

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 <Wire.h>

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();
}