ROS系统与自主移动机器人一起玩（3）-开源机器人的结构介绍

此开源机器人项目的主要目的是让有兴趣的朋友玩简单的机器人，了解机器人的构建过程并学习ROS系统（例如SLAM机器人），因此结构设计的目标和原理很明显: 设计一种轮式机器人，使其尽可能满足功能要求，总之，事半功倍.

与该机器人的机械结构设计有关的所有设计文件的下载地址为: 门户网站

包含: 3D建模设计文件（所有零件+装配效果）（提示: 基于Solidworks 2015的工程图）

非标准加工的零件图（PDF格式+ Dwg格式）

此开源机器人项目的主要目的是让有兴趣的朋友玩简单的机器人，了解机器人的构建过程并学习ROS系统（例如SLAM机器人），因此结构设计的目标和原理很明显: 设计一种轮式机器人，使其尽可能满足功能要求，总之，事半功倍.

例如，最后，作者在非标准金属加工件上的总投资为115元（含邮费，价格非常低^ _ ^，当然移动机器人系统，这不包括购买的标准件） ，稍后将对此进行详细说明）. 这是因为在设计之初就考虑了组件处理技术和成本. 其次，现在机械加工行业的竞争非常激烈. . . （对于物理处理公司来说很难...）

I. 开源机器人的结构设计

首先，让我们看一下这个开源机器人的机械结构，它分为13个部分. 它们的分布和位置关系如图1所示.

图1机械结构

基本上每个组件的功能都可以在图1中看到. 为了更详细地说明，列出了下表以详细说明它们的详细功能.

序列号

是否机械化

激光雷达平台

固定激光雷达

支撑并链接车身4和上部车身3

机器人的上层平台用于放置激光雷达平台1和计算机（或ARM开发板）

机器人的下部平台用于链接主从轮，并放置嵌入式硬件，电池等.

万向从动轮

购买一些宝物

螺栓M6x30和M6螺母

将从动轮5固定在车身4上

内六角螺栓

驱动机器人

购买一些宝物

螺栓M3x10和M3螺母

将驱动轮7固定在车身4上

内六角螺栓

将支柱2连接至车身4，上部车身3和激光雷达平台1

铝合金材料

驱动马达

驱动主动轮7

购买一些宝物

平垫圈M6

修整从动轮5，使驱动轮7和由从动轮5支撑的车身4保持水平

电机支架

将驱动马达10固定在车身4上

购买了电机套件

从上表可以看出，6、8、9和11是标准零件，您可以根据规格直接购买. 我在这里不再重复. 我将分析一些需要处理的非标准零件.

1. 激光雷达平台（如图2所示）

此处的激光雷达平台专用于放置和固定激光雷达. 四个孔的设计与相应的激光地雷固定孔的位置一致，也很简单. 材料我们选择可加工性良好且价格低廉的铝合金（6061级）. 这个开源机器人使用的激光雷达是Silar Technology的LIDAR RPLIDAR-A1，其原因之一是: 性能几乎不及室内SLAM，而且价格低廉（宝尚某官网的价格为582元）.

图2平台和激光雷达（LIDAR RPLIDAR-A1）

2. 支柱（如图3所示）

此处的支柱用于连接上下两层车身和激光雷达平台（左图3）. 铝棒本可以用于设计和加工. 但是，为了降低成本，应减少加工零件的数量. 解决的方法是直接在宝上购买螺丝（如图3所示），然后根据我们的需要截取相应的长度，并直接使用购买的M10螺母（铝合金材料移动机器人系统，即可连接是固定的，并且连接和固定方法在图2的右侧示出. 3.

{d: 1: e: 5: 3: e: 4: 5: 8: b: 3: f: 2: 8: 7: 2 : d: 6: a: 8: d: 7: 0: 0: d: b: 4: d: 1: 3: 2: e）（0: 4: 2: 3: e: 1: 0: 9: e: a: 0: e: a: d: 8: 0: e: b: d: 1: 7: 0: e: c: 8: 0 0: 6: d: 0: 2: 2: b: b}

图. 3立柱，铝合金螺钉物理图，立柱固定方法

3. 车身和4.车身（如图4所示）

上机身（左图4主要用于放置用于SLAM和其他相关实验的主机（笔记本电脑或开发板）. 车身（右图4）用于放置底层嵌入式硬件，电池，同时，底面用于固定电机和主从动轮，这两个零件均为非标准旋转零件，需要进行加工，因此，为降低加工成本，需要进行良好的加工使用高性能和低价铝合金（6061级），并且激光雷达平台的厚度也保持一致（3mm，一致的材料有助于降低加工成本），孔位置的设计应尽可能保持共线或均匀，这有利于简化处理过程（简单的处理技术也有助于降低处理成本）. 有关具体尺寸和图纸，请参阅本文开头给出的下载链接. 您可以看到详细的加工图纸.

图4上身和上身

5. 从动轮和7.驱动轮（如图5所示）

从动轮是万向轮，尺寸为: 2英寸（尺寸可以不同，高度可以用垫圈调节），驱动轮是实心橡胶轴承轮（实心橡胶不会固定）孔的内径为6mm，轮胎的外径为100mm，轮胎的宽度为29mm，载荷为100Kg. 购买时请注意轮胎固定孔内径的尺寸. 注意. 从动轮和从动轮都是从某个宝藏购买的，稍后我将获得一张表格，附上购买商店和价格，为避免广告的嫌疑，不会在此处发布.

图5从动轮的物理图片和主动轮的物理图片.

10. 电机选择和12.电机支架（如图6所示）

首先列出平台的基本参数:

一般笔记本电脑的重量为1Kg〜3Kg（将笔记本电脑用作SLAM主机），安全系数为2，因此负载计为5Kg

电池重3Kg，其余部分（大部分为铝）总计2〜3Kg，安全系数为2，因此人体记​​录为10Kg

在室内不要跑得太快.

在平坦的室内环境中使用. 它可以克服电线和地毯等障碍. 距离地面至少3cm的距离就足够了. 因此，选择了驱动轮直径D = 100 mm = 0.1 m.

尽可能多的运行时间以方便以后的调试并避免频繁充电.

电动机选择表

首先，我们选择的电动机是ASLONG（金顺莱特）JGB37-3530B系列电动机（宝中有一家专营店）. 选择参数表如上表所示. 以下是选择计算过程:

根据上面列出的平台参数表，平台的总质量M = M1 + M2 = 5Kg + 10Kg = 15Kg（其中M1: 最大负载； M2: 体重）

因此，平台W的总重力为: W = Mg = 15 x 9.8≈150 N

从理论上讲，四个车轮的每个车轮的共同重量为37.5N. 对于两个驱动车轮，考虑到重量分布不均，并留有一定的安全裕度，假设每个车轮单独承受N = 50N，则两个车轮之间的关系电机扭矩T和车轮运动为:

T =μN R（其中μ= 0.5是滚动摩擦系数； N = 50N是驱动轮承受的重量； R = 0.05m是驱动轮的半径；）

所以: T = 0.5 x 50 x 0.05 = 1.25 N·m = 1.25 / 9.8千克力·100厘米= 12.755千克·厘米

由于我们在重力负载和重量分配方面留有安全余量，因此可以直接参考该值选择电动机的扭矩.

已知平台的最大速度V = 0.5 m / s；电动机的最大速度设置为Rpm，然后:

Rpm = 60x V /（2πR）= 60 x 0.5 /（2x3.14x0.05）= 95.54 rpm

因此，我们选择的电动机是在上面的电动机选择表中标有红色刻度的型号. 一些参数是:

{f: 5: a: 9: 2: e: 6: 1: 8: d: 7: 9: a: 5: 2: a: 6: 2: 2: 5: 3: 9: 9: 3: e: d: 7: c: 9: 5: 1: e: d）

图. 6电机实物图和电机支架实物图

至此，我们已经介绍了该平台机械部分的后半部分. 可以看出，在可以实现基本功能的前提下，尽可能简化结构，基本使用现有的成品零件，有利于降低平台建设的价格. 实际上，由于方案太简单，因此这里的机械结构设计基本上不是技术上的，但是过程仍然必须存在.

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