自制爬楼梯机器人（多图多楼慎入）

小布

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

小布

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

小布

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：

1. #include "MeOrion.h"
   
2. #include
   
3. 
   
4. MeGyro gyro;
   
5. MeDCMotor lifer1(PORT_1);  //升降1
   
6. MeDCMotor lifer2(PORT_2);  //升降2
   
7. MeDCMotor rw(M2);  //1号驱动轮
   
8. MeDCMotor fw(M1);  //4号驱动轮
   
9. MeLineFollower lineFinder1(PORT_7);  // 巡线
   
10. MeLimitSwitch upWard1(PORT_3, SLOT2);  // 1号升降限位开关
    
11. MeLimitSwitch forWard2(PORT_4, SLOT1);   // 4号轮子限位开关
    
12. MeLimitSwitch upWard2(PORT_4, SLOT2);  // 2号升降限位开关
    
13. MeUltrasonicSensor ultraSensor(PORT_8);  // 1号轮子超声波
    
14. 
    
15. void setup()  // 初始化，前后升降装置回收
    
16. {
    
17.   Serial.begin(9600);  
    
18.   gyro.begin();
    
19.   lifer1.run(-250);
    
20.   while (!upWard1.touched());
    
21.   lifer1.stop();
    
22.   lifer2.run(-250);
    
23.   while (!upWard2.touched());
    
24.   lifer2.stop();
    
25. }
    
26. 
    
27. 
    
28. 
    
29. void Step2()
    
30. {
    
31.     float p = 15;
    
32.     float i = 0.01;
    
33.     float angle = 0;
    
34.     float targetAngle = 0;
    
35.     float integration = 0;
    
36.     float err = 0;
    
37. 
    
38.     while (NotStop())
    
39.     {
    
40.         gyro.update();
    
41.         float angle = gyro.getAngleX();
    
42.         err = angle - targetAngle;
    
43.         integration += err;
    
44. 
    
45.         int speed1 = 200;
    
46.         int speed2 = 200;
    
47. 
    
48.         speed2 = speed1 + err * p;// + integration * i;
    
49. 
    
50.         lifer1.run(speed1);
    
51.         lifer2.run(speed2);
    
52.         //delay(10);
    
53.     }
    
54.     lifer1.stop();
    
55.     lifer2.stop();
    
56. }
    
57. 
    
58. int startTiming = 0;
    
59. unsigned long startTime = 0;
    
60. 
    
61. int NotStop()
    
62. {
    
63.     int16_t distance;
    
64.     distance = ultraSensor.distanceCm();
    
65.     delay(10);
    
66.     if (0 == startTiming)
    
67.     {
    
68.         if ((distance < 10) && (distance > 1))
    
69.         {
    
70.             return 1;
    
71.         }
    
72.         else
    
73.         {
    
74.             startTiming = 1;
    
75.             startTime = millis();
    
76.             return 1;
    
77.         }
    
78.     }
    
79.     else
    
80.     {
    
81.         unsigned long currentTime = millis();
    
82.         if (currentTime - startTime < 2500)  //超声波检测不到楼梯后延时2.5秒
    
83.         {
    
84.             return 1;
    
85.         }
    
86.         else
    
87.         {
    
88.             return 0;
    
89.         }
    
90.     }
    
91. }
    
92. 
    
93. 
    
94. void loop()
    
95. {
    
96.   startTiming = 0;
    
97.   startTime = 0;
    
98. //阶段1 小车前进
    
99.   fw.run(60);  
    
100.   rw.run(60);  //1号 4号轮子推动小车前进
     
101. 
     
102.   int16_t distance;
     
103.   do
     
104.   {
     
105.       distance = ultraSensor.distanceCm();
     
106.       delay(10);
     
107.   }
     
108. //阶段2 碰到楼梯 主动轮停止 整体车架上升
     
109.   while (!((distance < 4) && (distance > 1)));  //如果碰到楼梯
     
110. 
     
111.   fw.stop();
     
112.   rw.stop();
     
113.   Step2();
     
114. //阶段3 1号 4号轮子推动小车前进
     
115.   fw.run(60);
     
116.   rw.run(60);
     
117. //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
     
118.   while (!(lineFinder1.readSensors() != S1_IN_S2_IN));
     
119.   lifer1.run(-250);
     
120.   fw.stop();
     
121.   rw.stop();
     
122. 
     
123.   while (!upWard1.touched());  //1号升降限位开关检测升降结束
     
124.   lifer1.stop();
     
125. 
     
126.   Adjust();
     
127. //阶段5 1号 4号轮子推动小车前进  
     
128.   fw.run(60);
     
129.   rw.run(60);
     
130. //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
     
131.   while (!forWard2.touched());
     
132.   lifer2.run(-250);
     
133.   fw.stop();
     
134.   rw.stop();
     
135. 
     
136.   while (!upWard2.touched()); //1号升降限位开关检测升降结束
     
137.   lifer2.stop();
     
138. //阶段7 循环阶段1  
     
139. //阶段8 循环阶段2  
     
140. }
     
141. 
     
142. void Adjust() //陀螺仪控制1、2号升降电机控制平衡
     
143. {
     
144.     int p = 40;
     
145.     //float i = 0.05;
     
146.     float angle = 0;
     
147.     float targetAngle = 4;
     
148.     //float integration = 0;
     
149.     //float err = 0;
     
150. 
     
151.     do
     
152.     {
     
153.         gyro.update();
     
154.         angle = gyro.getAngleX();
     
155.         //err = (angle - targetAngle);
     
156.         //integration += err;
     
157.         lifer2.run((angle - targetAngle) * p);// + i * integration);
     
158.         //delay(10);
     
159.     }
     
160.     while(fabs(angle - targetAngle) > 1);
     
161. 
     
162.     lifer2.stop();
     
163. }

复制代码

清枫城主

厉害！话说视频哪去了？

da007

看着这堆蓝色，价格不菲啊

阿明flying

爬升速度有多大

bobotufu

厉害

AIbluecapf

不错的东西顶一个，不便宜吧

Dk.

顶贴是一种美德！

qdog2012

牛逼啊

小冰

支持楼主改无刷！

21wMZSZzjg

神一般的人

雪雨风

厉害！！！！！！！！！！！！

川师鲤鱼

自己去设计的就牛掰了啊

金属风暴

厉害了我滴哥

期待你的出现

顶一个

期待你的出现

顶一个

majianjun

好羡慕群主这么有钱                                

zjy7870477

顶顶顶顶顶顶顶顶顶

少林小子

多图不骗人啊