机器人制作开源方案 | 桌面级全向底盘--本体说明

机器谱

一、本体说明
1. 底盘概述
       该底盘是一款模块化的桌面级应用型底盘，基于应用级软件架构设计、应用级硬件系统设计、典型应用型底盘机械系统设计。

       底盘本体为一个采用半独立刚性悬挂的四驱全向底盘。

1. 软件环境介绍
       操作系统：Ubuntu18.04系统。基于Debian GNU/Linux，支持x86、amd64（即x64）、ARM和ppc架构。
       仿真系统：基于开源机器人操作系统ROS melodic和开源软件平台Arduino开发。上位机采用ROS melodic，基于Rviz完成全向移动底盘slam导航运动规划，采用gazebo完成全向移动底盘物理运动仿真；下位机采用Arduino实现对全向移动底盘运动的控制。
       注意：准备一个外接显示器。

2. 硬件配置及主要参数

硬件配置及主要参数表

序号	图例	模块	主要参数
1		主机×1	尺寸：216mmx200mmx62mm。 主控板：上位机采用ROS系统设计，下位机采用Arduino硬件系统设计；两个主控制器，包括一款基于Cortex A53芯片的嵌入式控制器，预装ROS系统，集成电机驱动、传感器扩展电路。 主机接口：电源接口×1 、USB2.0接口×2、USB3.0接口×2、HDMI接口×1、网口×1、TTL串口×1、2510插头GPIO接口×32、航空头GPIO接口×14、航空头TTL串口x1、总线接口x4、步进电机接口x4。 支持USB/Wifi/ Bluetooth通信。 工作电压：12V
2		悬架模块×1	尺寸：（长×宽×高）380x290x120mm。 半独立悬挂。 支持四轮安装。 安装8个超声测距传感器。
3		轮模块×4	尺寸：（长×宽×高）105mm×60mm×85mm。 内部安装高精度电机，可扩展为摆动模块。 结构：支持扩展步进电机、编码器直流电机、伺服电机。
4		激光雷达×1	激光雷达测距范围0.15-12m，360°无死角扫描，测距分辨率<0.5mm，角度分辨率<1°，测量频率最小值不小于1500hz，测量频率最大值8000hz，扫描频率最小值1hz，扫描频率最大值10hz。 含支架。
5		高清摄像头×1	RGB像素：1080P 静态拍照分辨率：1280*720/640*480 接口：USB2.0 输入电压：5v 麦克风：双立体麦克风 音频采样率：16KHz
6		其他配件包×1	各类线材、工具、电池、电源、显示屏等。

4. 认识底盘的电器接口
     ① 常用接口说明：

底盘尺寸示意图

底盘常用电气接口

     ② 扩展电气接口说明：

左侧扩展接口对应图

车头扩展接口对应图

车尾扩展接口对应图

5. 底盘简化的系统框图

底盘的系统框图

6. 资料下载
资料内容：
①样机三维文件
②Ros基础入门学习资料
资料下载地址：桌面级全向底盘-本体说明


二、驱动及控制
1. 控制底盘单个轮子
实现思路
       控制底盘的四个轮子分别转动。
       下面我们先来了解一下底盘的总线舵机ID号。

底盘的头部、尾部

底盘上总线舵机ID号

操作步骤
① 下载文末资料中的参考程序Base_Experiment\Chassis_Drive\Control_single_bus_steering_gear\Control_single_bus_steering_gear.ino：

1. /*------------------------------------------------------------------------------------
   
2. 
   
3.   版权说明：Copyright 2023 Robottime(Beijing) Technology Co., Ltd. All Rights Reserved.
   
4. 
   
5.            Distributed under MIT license.See file LICENSE for detail or copy at
   
6. 
   
7.            https://opensource.org/licenses/MIT
   
8. 
   
9.            by 机器谱 2023-08-16 https://www.robotway.com/
   
10. 
    
11.   ------------------------------*/
    
12. 
    
13. /*
    
14. 
    
15. *Control single bus steering grar
    
16. 
    
17. *
    
18. 
    
19. *
    
20. 
    
21. ///////////////////////////
    
22. 
    
23. *        head
    
24. 
    
25. * ID:001       ID:000
    
26. 
    
27. *    ___________
    
28. 
    
29. *   |           |
    
30. 
    
31. *   |           |
    
32. 
    
33. *   |           |
    
34. 
    
35. *   |           |
    
36. 
    
37. *   |           |
    
38. 
    
39. *   |           |
    
40. 
    
41. *   |___________|
    
42. 
    
43. * ID:003       ID:002   
    
44. 
    
45. *      Rear end
    
46. 
    
47. *
    
48. 
    
49. * 2020.8.7 by boris
    
50. 
    
51. //////////////////////////
    
52. 
    
53. */
    
54. 
    
55. #define mySerial Serial2           //Serial port used by bus steering gear
    
56. 
    
57. #define Serial_Baud_Rate 115200    //Serial Port baud rate
    
58. 
    
59. #define BusServoSerialBaud 115200   //Bus steering gear baud rate
    
60. 
    
61. #define wheel_speed_forward 0.08   //wheel forward speed
    
62. 
    
63. #define wheel_speed_back -0.08     //wheel back speed
    
64. 
    
65. #define wheel_speed_stop 0.0       //wheel stop speed
    
66. 
    
67. enum{FORWARD_LEFT=1,FORWARD_RIGHT,BACK_LEFT,BACK_RIGHT,STOP};//wheel named
    
68. 
    
69. void setup(){
    
70. 
    
71.   delay(1100);Serial.begin(Serial_Baud_Rate);
    
72. 
    
73.   mySerial.begin(BusServoSerialBaud);delay(1000);
    
74. 
    
75. }
    
76. 
    
77. void loop(){
    
78. 
    
79.   control_bus_steering_gear_test();// control single bus steering gear
    
80. 
    
81. }
    
82. 
    
83. void control_bus_steering_gear_test()
    
84. 
    
85. {
    
86. 
    
87.   Car_Move(FORWARD_LEFT,wheel_speed_forward);delay(1000);Stop_car();   //left front wheel forward
    
88. 
    
89.   Car_Move(FORWARD_LEFT,wheel_speed_back);delay(1000);Stop_car();      //left front wheel backword
    
90. 
    
91. 
    
92. 
    
93.   Car_Move(FORWARD_RIGHT,wheel_speed_forward);delay(1000);Stop_car();   //right front wheel forward
    
94. 
    
95.   Car_Move(FORWARD_RIGHT,wheel_speed_back);delay(1000);Stop_car();     //right front wheel backword
    
96. 
    
97. 
    
98. 
    
99.   Car_Move(BACK_LEFT,wheel_speed_forward);delay(1000);Stop_car();      //left rear wheel forward
    
100. 
     
101.   Car_Move(BACK_LEFT,wheel_speed_back);delay(1000);Stop_car();         //left rear wheel backword
     
102. 
     
103. 
     
104. 
     
105.   Car_Move(BACK_RIGHT,wheel_speed_forward);delay(1000);Stop_car();     //right rear wheel backword
     
106. 
     
107.   Car_Move(BACK_RIGHT,wheel_speed_back);delay(1000);Stop_car();        //right rear wheel backword
     
108. 
     
109. }

复制代码

② 将底盘轮子朝上，观察每个轮子的转动效果

2. 底盘的基本运动
实现思路
       实现底盘前进、后退、左平移、右平移、左转、右转的功能。
操作步骤
① 下载文末资料中的参考程序Base_Experiment\Chassis_Drive\Control_Car_Movement\Control_Car_Movement.ino：

1. /*------------------------------------------------------------------------------------
   
2. 
   
3.   版权说明：Copyright 2023 Robottime(Beijing) Technology Co., Ltd. All Rights Reserved.
   
4. 
   
5.            Distributed under MIT license.See file LICENSE for detail or copy at
   
6. 
   
7.            https://opensource.org/licenses/MIT
   
8. 
   
9.            by 机器谱 2023-08-16 https://www.robotway.com/
   
10. 
    
11.   ------------------------------*/
    
12. 
    
13. /*
    
14. 
    
15. * car action test (include:forward, back, turnleft,turnright, left translation, right translation)
    
16. 
    
17. *                        
    
18. 
    
19. *
    
20. 
    
21. * IP address of bus steering gear
    
22. 
    
23. *        head
    
24. 
    
25. * ID:001       ID:000
    
26. 
    
27. *    ___________
    
28. 
    
29. *   |           |
    
30. 
    
31. *   |           |
    
32. 
    
33. *   |           |
    
34. 
    
35. *   |           |
    
36. 
    
37. *   |           |
    
38. 
    
39. *   |           |
    
40. 
    
41. *   |___________|
    
42. 
    
43. * ID:003       ID:002   
    
44. 
    
45. *      Rear end
    
46. 
    
47. *
    
48. 
    
49. * 2020.8.7 by boris
    
50. 
    
51. ////////////////////////////////
    
52. 
    
53. */
    
54. 
    
55. #define ActionDelayTimes 1000
    
56. 
    
57. #define mySerial Serial2
    
58. 
    
59. #define BusServoSerialBaud 115200
    
60. 
    
61. #define wheel_speed_forward 0.08    //car forward speed
    
62. 
    
63. #define wheel_speed_back -0.08      //car back speed
    
64. 
    
65. #define wheel_speed_stop 0.0        //car stop speed
    
66. 
    
67. #define wheel_speed_left 0.08       //car turnleft speed
    
68. 
    
69. #define wheel_speed_right -0.08     //car turnright speed
    
70. 
    
71. #define wheel_speed_left_translation 0.08   //speed of car left translation
    
72. 
    
73. #define wheel_speed_right_translation -0.08 //speed of car right translation
    
74. 
    
75. enum{FORWARD=1,BACK,LEFT,RIGHT,LEFT_TRANSLATION,RIGHT_TRANSLATION,STOP}; //the movement state of the car
    
76. 
    
77. float wheel_Speed[4]={0,0,0,0};
    
78. 
    
79. char cmd_return[200];
    
80. 
    
81. void setup()
    
82. 
    
83. {
    
84. 
    
85.   delay(1000);
    
86. 
    
87.   Serial.begin(57600);delay(1000);//open serial
    
88. 
    
89.   mySerial.begin(BusServoSerialBaud);delay(1000);//open serial2
    
90. 
    
91.   car_move_test();
    
92. 
    
93. }
    
94. 
    
95. void loop()
    
96. 
    
97. {
    
98. 
    
99.    //car_move_test();//car action test
    
100. 
     
101.    //car_stop();
     
102. 
     
103. }
     
104. 
     
105. void car_move_test()//car action test
     
106. 
     
107. {
     
108. 
     
109.   Car_Move(FORWARD);delay(ActionDelayTimes);          // forward
     
110. 
     
111.   car_stop();
     
112. 
     
113.   Car_Move(BACK);delay(ActionDelayTimes);             // back
     
114. 
     
115.   car_stop();
     
116. 
     
117.   Car_Move(LEFT_TRANSLATION);delay(ActionDelayTimes); //left translation
     
118. 
     
119.   car_stop();
     
120. 
     
121.   Car_Move(RIGHT_TRANSLATION);delay(ActionDelayTimes);//right translation
     
122. 
     
123.   car_stop();
     
124. 
     
125.   Car_Move(LEFT);delay(ActionDelayTimes);             //turnleft
     
126. 
     
127.   car_stop();
     
128. 
     
129.   Car_Move(RIGHT);delay(ActionDelayTimes);            //turn right
     
130. 
     
131.   car_stop();  
     
132. 
     
133. }

复制代码

② 观察底盘的运动情况。

3.资料下载
资料内容：程序源代码
资料下载地址：桌面级全向底盘-驱动及控制

三、传感器使用
1. 底盘循迹-灰度传感器
实现思路
       实现全向底盘可以按指定路线进行行走的功能（实验场景如下图所示）。

操作步骤
① 连接电路。如下图所示是全向底盘上的4个灰度接线，但本实验中我们只需要用到头部的两个灰度传感器即可。

底盘的头部、尾部

头部的灰度传感器：接42、44号引脚

② 下载文末资料中的参考程序Base_Experiment\Tracking_Car\Tracking_Car.ino：

1. /*------------------------------------------------------------------------------------
   
2. 
   
3.   版权说明：Copyright 2023 Robottime(Beijing) Technology Co., Ltd. All Rights Reserved.
   
4. 
   
5.            Distributed under MIT license.See file LICENSE for detail or copy at
   
6. 
   
7.            https://opensource.org/licenses/MIT
   
8. 
   
9.            by 机器谱 2023-08-16 https://www.robotway.com/
   
10. 
    
11.   ------------------------------*/
    
12. 
    
13. /*
    
14. 
    
15. *Tracking Car
    
16. 
    
17. *
    
18. 
    
19. *        head
    
20. 
    
21. * pin:42      pin:44
    
22. 
    
23. *    ___________
    
24. 
    
25. *   |           |
    
26. 
    
27. *   |           |
    
28. 
    
29. *   |           |
    
30. 
    
31. *   |           |
    
32. 
    
33. *   |___________|
    
34. 
    
35. * pin:36      pin:34   
    
36. 
    
37. *      Rear end
    
38. 
    
39. * 2020.8.7 by boris
    
40. 
    
41. */
    
42. 
    
43. #define mySerial Serial2         //statement serial2
    
44. 
    
45. #define Sensor_Numbers 4         //numbers of sensor
    
46. 
    
47. #define Serial_Baud_Rate 115200   //serial port baud rate
    
48. 
    
49. #define BusServoSerialBaud 115200//bus steering gear baud rate
    
50. 
    
51. #define wheel_speed_forward 0.06 //car forward speed
    
52. 
    
53. #define wheel_speed_back -0.06   //car back speed
    
54. 
    
55. #define wheel_speed_stop 0.0     //car stop speed
    
56. 
    
57. #define wheel_speed_left 0.1    //car turnleft speed
    
58. 
    
59. #define wheel_speed_right -0.1   //car turnright speed
    
60. 
    
61. enum{FORWARD=1,BACK,LEFT,RIGHT,STOP};//the movement state of the car
    
62. 
    
63. const int Gray_Sensor_Pin[Sensor_Numbers] = {44,42,36,34};//define gray sensor pin
    
64. 
    
65. const int GraySensorNumbers = sizeof(Gray_Sensor_Pin)/sizeof(Gray_Sensor_Pin[0]);
    
66. 
    
67. char cmd_return[200];
    
68. 
    
69. void setup(){
    
70. 
    
71.   delay(1100);Serial.begin(Serial_Baud_Rate);
    
72. 
    
73.   Gray_Sensor_Init();
    
74. 
    
75.   mySerial.begin(BusServoSerialBaud);delay(1000);
    
76. 
    
77. }
    
78. 
    
79. void loop(){
    
80. 
    
81.   tracking_car();//car tracking
    
82. 
    
83.   //Car_Move(STOP);
    
84. 
    
85. }
    
86. 
    
87. void Gray_Sensor_Init()//sensor init
    
88. 
    
89. {
    
90. 
    
91.   for(int i=0;i<Sensor_Numbers;i++)
    
92. 
    
93.   {
    
94. 
    
95.      pinMode(Gray_Sensor_Pin[i],INPUT);delay(2);
    
96. 
    
97.   } delay(200);
    
98. 
    
99. }
    
100. 
     
101. void tracking_car() //car tracking
     
102. 
     
103. {
     
104. 
     
105.   int sensor_data[Sensor_Numbers] = {0,0,0,0};
     
106. 
     
107.   int sum = 0;
     
108. 
     
109.   for(int i=0;i<Sensor_Numbers-2;i++)
     
110. 
     
111.   {
     
112. 
     
113.      sensor_data[i] = digitalRead(Gray_Sensor_Pin[i]);
     
114. 
     
115.      sum |= sensor_data[i] << i;
     
116. 
     
117.   }  
     
118. 
     
119.   switch(sum)
     
120. 
     
121.   {
     
122. 
     
123.     case 0: Car_Move(FORWARD); break;
     
124. 
     
125.     case 1: Car_Move(LEFT); break;
     
126. 
     
127.     case 2: Car_Move(RIGHT); break;
     
128. 
     
129.     case 3: Car_Move(FORWARD); break;
     
130. 
     
131.     default: break;
     
132. 
     
133.   }
     
134. 
     
135. }

复制代码

③ 观察全向底盘循迹的效果。

2. 底盘避障-超声测距
实现思路
       实现全向底盘可以在模拟的场景下进行避障然后行进的功能（实验场景如下图所示）。

操作步骤
① 连接电路，如下图所示是全向底盘的8个超声测距接线图。

② 下载文末资料中的参考程序Base_Experiment\Avoiding_Obstacles_Car\Avoiding_Obstacles_Car.ino：

1. /*------------------------------------------------------------------------------------
   
2. 
   
3.   版权说明：Copyright 2023 Robottime(Beijing) Technology Co., Ltd. All Rights Reserved.
   
4. 
   
5.            Distributed under MIT license.See file LICENSE for detail or copy at
   
6. 
   
7.            https://opensource.org/licenses/MIT
   
8. 
   
9.            by 机器谱 2023-08-16 https://www.robotway.com/
   
10. 
    
11.   ------------------------------*/
    
12. 
    
13. /*
    
14. 
    
15. * Avoid obstacles car
    
16. 
    
17. *
    
18. 
    
19. *
    
20. 
    
21. *   车身位置及传感器接线:
    
22. 
    
23. *
    
24. 
    
25. * // Y
    
26. 
    
27. * // |
    
28. 
    
29. * // |
    
30. 
    
31. * // |              t:53                   t:8  
    
32. 
    
33. * // |     (ID:003) e:A15                  e:9   (ID:001)
    
34. 
    
35. * // |   t:37    A - - - - - - - - - - - - - - - - - -Y: t:39
    
36. 
    
37. * // |   e:38    |                                    |   e:40
    
38. 
    
39. * // |          |                                    |         车头
    
40. 
    
41. * // |   t:31    |                                    |   t:45
    
42. 
    
43. * // |   e:32    Z - - - - - - - - - - - - - - - - - -X: e:46
    
44. 
    
45. * // |     (ID:002) t:47                   t:A13   (ID:000)
    
46. 
    
47. * // |              e:48                   e:A14
    
48. 
    
49. * // 0-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- X
    
50. 
    
51. * ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
    
52. 
    
53. *  
    
54. 
    
55. * 2020.8.7 by boris
    
56. 
    
57. */
    
58. 
    
59. #define mySerial Serial2            //Serial port used by bus steering gear           
    
60. 
    
61. #define Serial_Baud_Rate 115200     //Serial Port baud rate
    
62. 
    
63. #define BusServoSerialBaud 115200   //Bus steering gear baud rate
    
64. 
    
65. #define wheel_speed_forward 0.04    //car forward speed
    
66. 
    
67. #define wheel_speed_forward_up 0.06 //forward speed up
    
68. 
    
69. #define wheel_speed_back -0.04      //car back speed
    
70. 
    
71. #define wheel_speed_stop 0.0        //car stop speed
    
72. 
    
73. #define wheel_speed_left 0.1      //car turnleft speed
    
74. 
    
75. #define wheel_speed_right -0.1    //car turnright speed
    
76. 
    
77. #define wheel_speed_left_translation 0.04   //speed of car left translation
    
78. 
    
79. #define wheel_speed_right_translation -0.04 //speed of car right translation
    
80. 
    
81. enum{FORWARD=1,BACK,LEFT,RIGHT,LEFT_TRANSLATION,RIGHT_TRANSLATION,STOP,FORWARD_UP}; //the movement state of the car
    
82. 
    
83. char cmd_return[200];
    
84. 
    
85. float wheel_Speed[4]={0,0,0,0};
    
86. 
    
87. void setup(){
    
88. 
    
89.   delay(1100);Serial.begin(Serial_Baud_Rate);
    
90. 
    
91.   init_Ultrasonic();delay(200);
    
92. 
    
93.   mySerial.begin(BusServoSerialBaud);delay(1000);
    
94. 
    
95. }
    
96. 
    
97. void loop(){
    
98. 
    
99.   //Car_Move(STOP);delay(1000);
    
100. 
     
101.   car_move();
     
102. 
     
103.   //get_ultrasonic_sensor_data();
     
104. 
     
105. }

复制代码

③ 观察全向底盘避障的效果。

3. 资料下载
资料内容：程序源代码
资料下载地址：桌面级全向底盘-传感器使用 https://www.robotway.com/h-col-260.html