這篇文章來源于DevicePlus.com英語網(wǎng)站的翻譯稿。

目錄

• ? 背景簡介與設(shè)計(jì)方案
• ? 制造底盤
• ? 第一步：控制臂
• ? 第二步：框架模塊
• ? 第三步：懸架模塊和電機(jī)模塊
• ? 第四步：減震組件
• ? 第五步：組裝底盤
• ? 結(jié)論

背景簡介

很長一段時間以來，我一直在尋找一種能夠行走于崎嶇地形，并且使我不需要從舒服的椅子上站起來就可以對真實(shí)世界進(jìn)行探索的機(jī)器人。有很多種機(jī)器人可以作為組裝的配件，但是當(dāng)我在尋找一款好用的六輪機(jī)器人時，一個問題不斷出現(xiàn)：這些機(jī)器人尺寸都不夠大。當(dāng)然，有些已經(jīng)比較接近理想尺寸了，比如Dagu Wild Thumper，但至今沒有找到我所心儀的。因此，我決定自己來設(shè)計(jì)產(chǎn)品，在CAD上花費(fèi)了大量時間，然后又在我的車庫里花費(fèi)了更長的時間，現(xiàn)在，我終于可以在這里向您展示ArduRover：一個全金屬材料，帶有獨(dú)立車輪懸架的六輪越野機(jī)器人！

硬件

• ? 48x KFL-08 球形軸承
• ? 6x 1:8 RC 越野車輪和輪胎
• ? 6x 1:8 RC 車吸振器
• ? 6x Pololu 37D 30:1 電機(jī)
• ? 6x Pololu 12 mm 六角適配器，適用于6mm軸
• ? 1x Pololu 37D 電機(jī)支架（用作?？颍?/span>
• ? 6x 12 mm ～ 17 mm 的六角適配器
• ? 10mm 螺紋桿（1米）
• ? 8mm 螺紋桿（3米）
• ? 多種鋁型材，M型螺栓和螺母（詳情請見“制造底盤”章節(jié)）

工具

• ? 電動工具： 鉆床（必需），帶鋸（可選）
• ? 鉆頭[mm]： 2.50, 3.00, 4.00, 5.00, 6.00, 7.00, 8.00, 9.00, 10.00, 12.00
• ? 手動工具： 鋼鋸，錘子，螺絲刀，扳手，砂紙，銼刀等。

這個“巨獸”的尺寸為60 x 50 x 25 cm (23.6 x 19.7 x 9.8 in)，不負(fù)載任何電子設(shè)備或電池時重量為9.5 kg（20.9 lb）。它具有六個大型1:8 RC車輪，以及六個帶有30:1變速箱的高檔Pololu電機(jī)。可為我們提供（理論上）最高10Kph（6mp）的時速。每個車輪都有獨(dú)立的懸架，因此機(jī)器人可以在非常崎嶇的地形上移動。此外，如果您想自己來完成制作，唯一需要的電動工具就是鉆床—該項(xiàng)目不需要焊機(jī)或角磨機(jī)！但首先我們還是先來快速了解一下該設(shè)計(jì)的主要功能特點(diǎn)。

設(shè)計(jì)方案

在每個項(xiàng)目的開始，您應(yīng)該盡可能簡潔的寫下您的最終目標(biāo)。這樣，您就可以有一個客觀的參照，來告訴您所做的工作是否可以真正的幫助您完成起步。所以我們首先就來用一句話簡單地總結(jié)這個項(xiàng)目的目標(biāo)：

制造一個可以自由探索自然環(huán)境的大型、敏捷的六輪機(jī)器人。

很好，現(xiàn)在我們就知道確切的目標(biāo)了。接下來，我們需要對機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)。幸運(yùn)的是，如今有許多種類的CAD程序可供使用，可以極大的加速這一部分的進(jìn)程。我使用SolidWorks 2016完成了機(jī)器人設(shè)計(jì)，但如果您沒有這個軟件的許可證，不要擔(dān)心，您可以在我的GitHub里獲取所有部件的設(shè)計(jì)圖。

設(shè)計(jì)類似這樣的機(jī)器人時，您要做的第一件事就是制作類似“功能演示”的東西：一種僅僅演示最終組裝的產(chǎn)品如何工作的模型。在這一點(diǎn)上，您不必考慮那些之后會用到的精確的零部件，現(xiàn)在比較重要的是先得到機(jī)器人所有機(jī)械化工作的總體思路，然后創(chuàng)建出證明其可行的模型。

從上圖中，您可以看到整個模型。在該模型中，所有零件都沒有被指定是哪種材料制成，也沒有零部件的相關(guān)細(xì)節(jié)。也沒有類似于碰撞這種物理約束，所有零部件都只是安裝在相應(yīng)位置。也就是說，即使您按照這個模型來完成所有制作過程，也并不能保證制作出的機(jī)器人可以運(yùn)行。但是，我們可以測試出這種類型的懸架表現(xiàn)如何，這恰好是整個項(xiàng)目中最關(guān)鍵的部分。還記得我們上文中所定的目標(biāo)嗎？這臺機(jī)器人需要能夠在一個自然環(huán)境中移動，而不僅僅是在乏味的、平坦的、空無一人的街道上。在自然環(huán)境中，將會有巖石，成堆的塵土和樹枝，所以懸架必需足夠堅(jiān)固來應(yīng)對這些狀況。

我決定使用的懸架類型基本和當(dāng)今您所能找到的大多數(shù)汽車所用的一樣。它類似于被稱為雙橫臂懸架，可以確保每個車輪的位置相對于其他輪子高或低，車輪的軸線都始終平行于地面。這就可以使車輪保持與地面之間的最大接觸面積。此外，這種懸架看起來相當(dāng)?shù)目帷?/span>

既然我們已經(jīng)對機(jī)器人會如何表現(xiàn)有個大概的了解了，我們就將開始逐步用現(xiàn)實(shí)世界中可以獲取的實(shí)際零部件來替換演示模型中的所有虛擬部件了。首先，我們需要替換的是那些我們不能進(jìn)行修改的部件，比如電機(jī)、車輪和減震器。

接下來，我們需要找到制造底盤的材料。既然機(jī)器人將要在自然環(huán)境中移動，并且尺寸龐大，那么塑料以及木頭似乎都不是好的選擇。所以我們決定使用金屬來制造所有的部件。通常，我們有兩種選擇：

1. 1. 鋼或鐵。優(yōu)點(diǎn)是可以很容易的將其進(jìn)行焊接，所以不會有太多鉆孔。如果通過正確的方法進(jìn)行焊接，那么即使在惡劣的環(huán)境中，連接點(diǎn)也會十分穩(wěn)固。而主要的缺點(diǎn)就是材料過重。
2. 2. 鋁。在我們的實(shí)際應(yīng)用中，它的性質(zhì)幾乎完全與鋼相反：鋁很輕，但是很難進(jìn)行焊接，只有通過使用非常昂貴的設(shè)備才能完成焊接。如果我們選擇了鋁，所有零部件需要通過螺栓進(jìn)行連接。

這樣看來最終的選擇要取決于重量了—如果所有的鋼部件都太重，那么也許我們就必須使用鋁了。幸運(yùn)的是， CAD軟件在這里也給我們提供了很大的便利：只需要簡單的設(shè)置所有零部件的材料，我們就可以獲取重量的估計(jì)值。太神奇了！所以，結(jié)果是什么呢？如果我們使用鋼的話，大約16 kg （或者 35 lbs）。我甚至不打算費(fèi)心對減震器在這種情況下的表現(xiàn)進(jìn)行模擬—它不可能承受這樣的負(fù)載運(yùn)行太久。所以我們決定使用鋁。這樣就可以將預(yù)估重量減至“僅僅”8kg（17.5 lbs），是鋼制部件的一半。這肯定比我見過的絕大多數(shù)DIY機(jī)器人都要重，但已經(jīng)在合理范圍內(nèi)了。在以下的模型迭代中，我們可以將懸架中的所有虛擬部件替換為我們可以實(shí)際制作的部件。

好了，我們已經(jīng)有進(jìn)展了，現(xiàn)在開始看起來像一個真正的機(jī)器人了！設(shè)計(jì)過程的最后一步是完善所有的細(xì)節(jié)，比如減震器組件。另外，我們還需要弄清楚用什么來替代中間的連接條。最后，我決定使用一些10mm的螺紋桿來替代，這樣可以使我們能夠完全按照我們的要求來設(shè)置車輪之間的距離。除此之外，我們還需要一些空間來安裝電子設(shè)備。您可以在下圖中看到相關(guān)內(nèi)容。

所以，模型已經(jīng)建立完成了！接下來，我們將會把設(shè)計(jì)圖紙打印出來?，F(xiàn)在到了去車庫用我們的雙手進(jìn)行實(shí)踐的時候了！

制造底盤

正如我承諾的那樣，本文接下來的部分將會是分步指南，來幫助您實(shí)現(xiàn)自己制造機(jī)器人！如果您僅僅是對最后的制作結(jié)果感興趣，請忽略這些步驟，直接閱讀最后一頁，如果不是的話，那就讓我們一起開始吧！所有零部件的PDF格式圖紙都可以在我的GitHub上獲取。如果您想要打印這些文件，請不要留有頁邊距，這樣的話圖紙就可以保留1:1的比例。所有的尺寸都以毫米為單位。

在開始之前，我想要在這里澄清一些術(shù)語表達(dá)。我不是一名機(jī)械工程師，并不了解大部分零部件用英語（或者其他任何語言）應(yīng)當(dāng)怎樣表述，所以我就對那些部件自行起了名字。當(dāng)我說到“電機(jī)模塊”、“懸架模塊”或者“框架模塊”的時候，可以用下圖作為參考來明確我說的是哪一部分。

獲取材料

現(xiàn)在應(yīng)該是獲取所有材料的時候了。某些部分，比如電機(jī)和車輪，在剛開始已經(jīng)列在硬件要求里了，所以這里我將只說明鋁型材和螺栓。另外，所有下表中的尺寸單位為毫米，所有螺栓均為M型六角螺栓。

鋁型材

部件編號和名稱	類型	寬度	高度	厚度	長度	數(shù)量
[1] 控制臂	U 型材	30	15	2	180	24
[2] 懸架模塊	方形管	40	20	2	100	6
[3] 電機(jī)模塊	方形管	80	50	3	50	6
[4] 框架模塊	方形管	80	40	2	100	3
[5] 減震組件	U 型材	25	25	2	80	12

螺母和螺栓

零件編號和名稱	長度	數(shù)量
[1] M3 螺栓	8	36
[2] M3 螺栓	30	6
[3] M3 螺母	–	18
[4] M4 螺栓	22	6
[5] M5 螺栓	8	48
[6] M5 螺栓	12	96
[7] M5 螺母	–	144
[8] M7 螺栓	30	6
[9] M7 螺母	–	12
[10] M8 螺母	–	48
[11] M10 螺母	–	12

第一步：控制臂

我們首先制造的是控制臂。制造過程很簡單，只需要一個兩端各帶有三個孔的U型材即可，這些孔用于連接軸承。為了使所有孔對齊，我強(qiáng)烈建議將控制臂成對制作。還有一點(diǎn)需要注意的是—事實(shí)上，鋁型材很軟，實(shí)際上比很多木材都要軟。雖然這意味著對它很容易進(jìn)行鉆孔和切割，但同時也說明了這種材料在加工過程中很容易產(chǎn)生劃痕。

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1.1 俗話說“三思而后行”。第一個需要測量的是孔的位置。我建議使用一些鋒利的東西，比如開箱刀，在鋁板上畫線。因?yàn)殇摴P或記號筆永遠(yuǎn)都無法達(dá)到像鋒利的刀那樣的精準(zhǔn)度。

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1.2 接下來，您需要將孔所在位置的精確點(diǎn)標(biāo)記下來。一個尖銳的釘子和一個錘子就足以完成這個過程。在鋁板上打一個小凹痕，這樣的話當(dāng)您開始鉆孔時，鉆頭就會有一定的導(dǎo)向，孔也就會精確的打在我們期望的位置。

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1.3 現(xiàn)在，取一個小口徑鉆頭，鉆出剛剛標(biāo)記過的6個孔。2.50mm的鉆頭應(yīng)該剛剛好。這不是孔的最終直徑，我們現(xiàn)在僅用來對齊。

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1.4 在這一步中，我們將使用一些C型夾將兩個U型材進(jìn)行固定。拿出剛剛鉆過孔的U型材，然后再拿出一個沒有孔的新的U型材，將它們緊緊的夾在一起。盡可能使U型材的邊緣精準(zhǔn)對齊。您可以使用另外一個U型材作為參考平面。

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1.5 現(xiàn)在，我們已經(jīng)有兩個盡可能對齊的U型材了（一個帶孔，一個不帶孔）。然后，在U型材的一端鉆兩個5mm的孔，就像圖片所示那樣。完成之后，將那些不可避免地會出現(xiàn)在另一側(cè)的毛刺敲掉。

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1.6 卸下臨時夾具，使用一些M5螺栓將U型材固定在一起。在我們鉆剩余的孔的時候，U型材要保持對齊。請盡可能的將螺母擰緊，并同時注意保持U型材對齊。如果邊緣開始出現(xiàn)錯位，您需要松開螺栓，然后再次將U型材對齊。

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1.7 現(xiàn)在，使用6mm鉆頭鉆開其余孔。

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1.8 用9mm鉆頭鉆出中間孔，然后敲掉另一側(cè)的毛刺。拆下螺栓，用6mm鉆頭對之前有螺栓的兩個5mm孔進(jìn)行擴(kuò)孔。瞧，兩個全新的（雖然可能有一定的劃痕）控制臂產(chǎn)生了！因?yàn)樗鼈兪且黄鹜瓿傻?，我建議您對它們以某種方式做一下標(biāo)記，這樣之后就不會和其它控制臂混淆了。

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1.9 最后一步是鋸掉所有的角。這時候帶鋸就派上用場了。如果您身邊沒有帶鋸的話，也可以徒手完成。但是由于您需要鋸掉96個角，然后用銼刀完成所有的切割，所以可能需要花費(fèi)一周的時間才能處理完。另外，處理之后這些表面看起來也不可能很完美。

整個過程重復(fù)12次，您就會有足夠的控制臂來制造一個ArduRover了！

第二步：框架模塊

接下來是框架模塊。這里沒有太多的內(nèi)容，只要鉆一些10、8和6mm的孔就可以了。

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2.1 測量位于框架模塊一側(cè)的所有孔。

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2.2 用釘子和錘子敲打出導(dǎo)向的凹痕，使鉆頭能鉆在準(zhǔn)確位置。

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2.3 鉆出6個2.50mm的孔。

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2.4 用5mm鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔，直到穿出對面一側(cè)。

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2.5 現(xiàn)在，使用8mm的鉆頭再次進(jìn)行擴(kuò)孔。

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2.6 在側(cè)面標(biāo)記并鉆出兩個孔，用于安裝減震組件。開始用2.50mm的鉆頭擴(kuò)孔至6mm，并在對面一側(cè)進(jìn)行同樣的操作。

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2.7 最后，將中間的兩個孔用10mm的鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔，并敲掉框架內(nèi)的所有毛刺。

您總共需要做三個框架模塊。

第三步：懸架模塊和電機(jī)模塊

類似于制作控制臂的方法，我們還需要制作懸架和電機(jī)模塊。我們要保證這兩部分的孔精準(zhǔn)對齊，所以會先夾緊之后再用螺栓進(jìn)行固定。這可能是最難制造的零部件了，所以在測量孔的位置的時候一定要格外謹(jǐn)慎。

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3.1 首先，您需要在懸架模塊上標(biāo)記出所有需要打孔點(diǎn)的位置。我們將在兩側(cè)鉆出通孔，所以只用在一側(cè)進(jìn)行標(biāo)記就可以了。就像我們之前做的那樣，測量出所有尺寸，用釘子和錘子敲出導(dǎo)向的凹痕，然后鉆出2.50mm的小孔。

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3.2 接下來，我們要對插入軸承軸的孔進(jìn)行擴(kuò)孔。我建議這個過程分兩步來完成：首先，鉆出一個5mm的通孔—穿過對面一側(cè)—這樣最后所有的孔都會對齊。然后再擴(kuò)孔至8mm。

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3.3 現(xiàn)在，我們需要將懸架模塊和電機(jī)模塊夾在一起，這樣就可以把用于連接的螺栓孔對齊。確保兩種模塊的邊緣對齊，并且懸架模塊位于電機(jī)模塊的中間。

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3.4 現(xiàn)在，用5mm的鉆頭對其中兩個小孔進(jìn)行擴(kuò)孔。鉆頭一直穿過懸架模塊的對面一側(cè)以及電機(jī)模塊的頂部一側(cè)。

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3.5 卸下夾具，使用兩個M5螺栓將模塊固定在一起。再強(qiáng)調(diào)一下，保證兩個模塊的邊緣精準(zhǔn)對齊，這一點(diǎn)非常重要。然后，用5mm鉆頭對剩下的孔進(jìn)行擴(kuò)孔。完成之后，拆掉螺栓并敲掉電機(jī)模塊內(nèi)的毛刺?，F(xiàn)在，您就已經(jīng)有了可以進(jìn)行精準(zhǔn)裝配的電機(jī)模塊和懸架模塊了。就像制作控制臂那樣，我建議對它們進(jìn)行標(biāo)記，這樣您組裝機(jī)器人的時候就知道哪對是配套的了。

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3.6 懸架模塊遺漏的最后一個部分是那些用于安裝減震組件的孔。我們在較早的時候用2.50mm的鉆頭鉆出了這些孔，所以現(xiàn)在只需要用將其擴(kuò)孔至6mm即可。一定要注意，只需要對懸架模塊的一側(cè)鉆孔！這一步完成后，懸架模塊就已經(jīng)完成了，您可以暫時把它放置在一邊。

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3.7 取出電機(jī)模塊，在6個將用于安裝電機(jī)的前孔中標(biāo)記出2個，然后，用3mm的鉆頭鉆出這些標(biāo)記的孔。

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3.8 接下來，我們需要鉆出用于安裝電機(jī)的其他四個孔。保證它們對齊是非常困難的，但是我們有一個訣竅：使用Pololu 37D底座。這個底座已經(jīng)帶有鉆好的孔了！所以我們可以使用幾個M3螺栓來將其與電機(jī)模塊進(jìn)行固定，現(xiàn)在，我們就有了用于鉆孔的模板了。

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3.9 使用3mm鉆頭鉆出剩下的四個孔。

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3.10 卸下模板，用4mm鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔。有些孔可能并沒有精準(zhǔn)對齊，那我們可以把尺寸精準(zhǔn)度放寬一些，增加1mm的活動空間。

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3.11 測量并鉆出用于電機(jī)軸的孔。請?jiān)跍y量的時候格外小心，保證這些孔位置的精度！開始用3mm鉆頭然后逐漸擴(kuò)孔至我們需要的直徑12mm。像上文一樣，您可能需要使用圓銼對孔進(jìn)行一些校正，直到達(dá)到與電機(jī)的精準(zhǔn)裝配。

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3.12 最后一步是挫掉這些電機(jī)模塊的角，這樣的話當(dāng)車輪移動的時候就不會造成干擾。只需要挫掉幾毫米就可以了。您可以安裝電機(jī)并連接車輪來進(jìn)行測試。如果運(yùn)行順利，那您可以繼續(xù)進(jìn)行下去。

將整個過程重復(fù)6次，您就可以進(jìn)行下一部分內(nèi)容了。我保證所有最難的部分已經(jīng)完成了，從現(xiàn)在開始，將會是比較輕松的工作。

當(dāng)然我們還遠(yuǎn)沒有完成整個項(xiàng)目！我們還需要把減震器添加到我們剛剛制作的懸架模塊的框架上。然后，我們將用所有部件進(jìn)行底盤的組裝！

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