机器谱 发表于 2023-9-6 09:26:46

机器人制作开源方案 | 桌面级全向底盘--本体说明

本帖最后由 机器谱 于 2023-9-6 09:26 编辑

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。
https://28846868.s21i.faiusr.com/4/ABUIABAEGAAgi8eWpwYop6bTzQIwoAk4uQY!400x400.png.webp       底盘本体为一个采用半独立刚性悬挂的四驱全向底盘。
https://28846868.s21i.faiusr.com/4/ABUIABAEGAAg2ceWpwYo2J2ORDCgCTjsBA!900x900.png.webp
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
https://28846868.s21i.faiusr.com/4/ABUIABAEGAAgksmWpwYogJvw7QMwiQk4hwU!600x600.png.webp
硬件配置及主要参数表


序号图例模块主要参数
1https://28846868.s21i.faiusr.com/4/ABUIABAEGAAghcuWpwYo-r_UsgIw1gI4jwI!200x200.png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
2https://28846868.s21i.faiusr.com/4/ABUIABAEGAAguMuWpwYo0NuwgQEwpQI4xAE!200x200.png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。


3https://28846868.s21i.faiusr.com/4/ABUIABAEGAAg3suWpwYozLiZ4gQw3QE4sAE!200x200.png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。


4https://28846868.s21i.faiusr.com/4/ABUIABAEGAAgnsyWpwYo-OD2hgYwnAI4iwI!200x200.png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

https://28846868.s21i.faiusr.com/4/ABUIABAEGAAgwsyWpwYo8pzcrQMwzAI4pAE!200x200.png
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


6https://28846868.s21i.faiusr.com/4/ABUIABAEGAAg5MyWpwYo2obF-gMwxAI48wE!200x200.png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:
https://28846868.s21i.faiusr.com/4/ABUIABAEGAAghM_WpwYovKC36AEw0gc4ugU!400x400.png.webp底盘尺寸示意图https://28846868.s21i.faiusr.com/4/ABUIABAEGAAgl96WpwYo0OiYjAEw_AQ4hwM!400x400.png.webp底盘常用电气接口   ② 扩展电气接口说明:
https://28846868.s21i.faiusr.com/4/ABUIABAEGAAg0d6WpwYo_NuY1QQw5gQ42gE!500x500.png.webp左侧扩展接口对应图https://28846868.s21i.faiusr.com/4/ABUIABAEGAAg7t6WpwYoxKGKnQIwsAY4rQI!500x500.png.webp车头扩展接口对应图https://28846868.s21i.faiusr.com/4/ABUIABAEGAAggt_WpwYolJ_MWzChBjihAg!500x500.png.webp车尾扩展接口对应图5. 底盘简化的系统框图
https://28846868.s21i.faiusr.com/4/ABUIABAEGAAg9uCWpwYoq5G6kgMwxAU40gI.png.webp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。
https://28846868.s21i.faiusr.com/4/ABUIABAEGAAg4IKbpwYon8qSgAMw4AI4vQI.png.webp底盘的头部、尾部https://28846868.s21i.faiusr.com/4/ABUIABAEGAAg84KbpwYooISLWjDiAji-Ag.png.webp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:
/*------------------------------------------------------------------------------------

版权说明:Copyright 2023 Robottime(Beijing) Technology Co., Ltd. All Rights Reserved.

         Distributed under MIT license.See file LICENSE for detail or copy at

         https://opensource.org/licenses/MIT

         by 机器谱 2023-08-16 https://www.robotway.com/

------------------------------*/

/*

*Control single bus steering grar

*

*

///////////////////////////

*      head

* ID:001       ID:000

*    ___________

*   |         |

*   |         |

*   |         |

*   |         |

*   |         |

*   |         |

*   |___________|

* ID:003       ID:002   

*      Rear end

*

* 2020.8.7 by boris

//////////////////////////

*/

#define mySerial Serial2         //Serial port used by bus steering gear

#define Serial_Baud_Rate 115200    //Serial Port baud rate

#define BusServoSerialBaud 115200   //Bus steering gear baud rate

#define wheel_speed_forward 0.08   //wheel forward speed

#define wheel_speed_back -0.08   //wheel back speed

#define wheel_speed_stop 0.0       //wheel stop speed

enum{FORWARD_LEFT=1,FORWARD_RIGHT,BACK_LEFT,BACK_RIGHT,STOP};//wheel named

void setup(){

delay(1100);Serial.begin(Serial_Baud_Rate);

mySerial.begin(BusServoSerialBaud);delay(1000);

}

void loop(){

control_bus_steering_gear_test();// control single bus steering gear

}

void control_bus_steering_gear_test()

{

Car_Move(FORWARD_LEFT,wheel_speed_forward);delay(1000);Stop_car();   //left front wheel forward

Car_Move(FORWARD_LEFT,wheel_speed_back);delay(1000);Stop_car();      //left front wheel backword



Car_Move(FORWARD_RIGHT,wheel_speed_forward);delay(1000);Stop_car();   //right front wheel forward

Car_Move(FORWARD_RIGHT,wheel_speed_back);delay(1000);Stop_car();   //right front wheel backword



Car_Move(BACK_LEFT,wheel_speed_forward);delay(1000);Stop_car();      //left rear wheel forward

Car_Move(BACK_LEFT,wheel_speed_back);delay(1000);Stop_car();         //left rear wheel backword



Car_Move(BACK_RIGHT,wheel_speed_forward);delay(1000);Stop_car();   //right rear wheel backword

Car_Move(BACK_RIGHT,wheel_speed_back);delay(1000);Stop_car();      //right rear wheel backword

}
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:
/*------------------------------------------------------------------------------------

版权说明:Copyright 2023 Robottime(Beijing) Technology Co., Ltd. All Rights Reserved.

         Distributed under MIT license.See file LICENSE for detail or copy at

         https://opensource.org/licenses/MIT

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------------------------------*/

/*

* car action test (include:forward, back, turnleft,turnright, left translation, right translation)

*                        

*

* IP address of bus steering gear

*      head

* ID:001       ID:000

*    ___________

*   |         |

*   |         |

*   |         |

*   |         |

*   |         |

*   |         |

*   |___________|

* ID:003       ID:002   

*      Rear end

*

* 2020.8.7 by boris

////////////////////////////////

*/

#define ActionDelayTimes 1000

#define mySerial Serial2

#define BusServoSerialBaud 115200

#define wheel_speed_forward 0.08    //car forward speed

#define wheel_speed_back -0.08      //car back speed

#define wheel_speed_stop 0.0      //car stop speed

#define wheel_speed_left 0.08       //car turnleft speed

#define wheel_speed_right -0.08   //car turnright speed

#define wheel_speed_left_translation 0.08   //speed of car left translation

#define wheel_speed_right_translation -0.08 //speed of car right translation

enum{FORWARD=1,BACK,LEFT,RIGHT,LEFT_TRANSLATION,RIGHT_TRANSLATION,STOP}; //the movement state of the car

float wheel_Speed={0,0,0,0};

char cmd_return;

void setup()

{

delay(1000);

Serial.begin(57600);delay(1000);//open serial

mySerial.begin(BusServoSerialBaud);delay(1000);//open serial2

car_move_test();

}

void loop()

{

   //car_move_test();//car action test

   //car_stop();

}

void car_move_test()//car action test

{

Car_Move(FORWARD);delay(ActionDelayTimes);          // forward

car_stop();

Car_Move(BACK);delay(ActionDelayTimes);             // back

car_stop();

Car_Move(LEFT_TRANSLATION);delay(ActionDelayTimes); //left translation

car_stop();

Car_Move(RIGHT_TRANSLATION);delay(ActionDelayTimes);//right translation

car_stop();

Car_Move(LEFT);delay(ActionDelayTimes);             //turnleft

car_stop();

Car_Move(RIGHT);delay(ActionDelayTimes);            //turn right

car_stop();

}
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)。
https://28846868.s21i.faiusr.com/4/ABUIABAEGAAgqJSwpwYouLKImgEw3gY4gAM!600x600.png.webp
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。
https://28846868.s21i.faiusr.com/4/ABUIABAEGAAg8ZSwpwYo9K3r2QQw4AI4vQI.png.webp底盘的头部、尾部https://28846868.s21i.faiusr.com/4/ABUIABAEGAAghJWwpwYov6z8YzDcBDi5Bg!400x400.png.webp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:
/*------------------------------------------------------------------------------------

版权说明:Copyright 2023 Robottime(Beijing) Technology Co., Ltd. All Rights Reserved.

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         https://opensource.org/licenses/MIT

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------------------------------*/

/*

*Tracking Car

*

*      head

* pin:42      pin:44

*    ___________

*   |         |

*   |         |

*   |         |

*   |         |

*   |___________|

* pin:36      pin:34   

*      Rear end

* 2020.8.7 by boris

*/

#define mySerial Serial2         //statement serial2

#define Sensor_Numbers 4         //numbers of sensor

#define Serial_Baud_Rate 115200   //serial port baud rate

#define BusServoSerialBaud 115200//bus steering gear baud rate

#define wheel_speed_forward 0.06 //car forward speed

#define wheel_speed_back -0.06   //car back speed

#define wheel_speed_stop 0.0   //car stop speed

#define wheel_speed_left 0.1    //car turnleft speed

#define wheel_speed_right -0.1   //car turnright speed

enum{FORWARD=1,BACK,LEFT,RIGHT,STOP};//the movement state of the car

const int Gray_Sensor_Pin = {44,42,36,34};//define gray sensor pin

const int GraySensorNumbers = sizeof(Gray_Sensor_Pin)/sizeof(Gray_Sensor_Pin);

char cmd_return;

void setup(){

delay(1100);Serial.begin(Serial_Baud_Rate);

Gray_Sensor_Init();

mySerial.begin(BusServoSerialBaud);delay(1000);

}

void loop(){

tracking_car();//car tracking

//Car_Move(STOP);

}

void Gray_Sensor_Init()//sensor init

{

for(int i=0;i<Sensor_Numbers;i++)

{

   pinMode(Gray_Sensor_Pin,INPUT);delay(2);

} delay(200);

}

void tracking_car() //car tracking

{

int sensor_data = {0,0,0,0};

int sum = 0;

for(int i=0;i<Sensor_Numbers-2;i++)

{

   sensor_data = digitalRead(Gray_Sensor_Pin);

   sum |= sensor_data << i;

}

switch(sum)

{

    case 0: Car_Move(FORWARD); break;

    case 1: Car_Move(LEFT); break;

    case 2: Car_Move(RIGHT); break;

    case 3: Car_Move(FORWARD); break;

    default: break;

}

}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)。
https://28846868.s21i.faiusr.com/4/ABUIABAEGAAg-pewpwYokJH5bDC6BTi1Aw!600x600.png.webp
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。
https://28846868.s21i.faiusr.com/4/ABUIABAEGAAgrJiwpwYo0NLAmQMw4gc4nAc!600x600.png.webp
② 下载文末资料中的参考程序Base_Experiment\Avoiding_Obstacles_Car\Avoiding_Obstacles_Car.ino:
/*------------------------------------------------------------------------------------

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------------------------------*/

/*

* Avoid obstacles car

*

*

*   车身位置及传感器接线:

*

* // Y

* // |

* // |

* // |            t:53                   t:8

* // |   (ID:003) e:A15                  e:9   (ID:001)

* // |   t:37    A - - - - - - - - - - - - - - - - - -Y: t:39

* // |   e:38    |                                    |   e:40

* // |          |                                    |         车头

* // |   t:31    |                                    |   t:45

* // |   e:32    Z - - - - - - - - - - - - - - - - - -X: e:46

* // |   (ID:002) t:47                   t:A13   (ID:000)

* // |            e:48                   e:A14

* // 0-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- X

* ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

*

* 2020.8.7 by boris

*/

#define mySerial Serial2            //Serial port used by bus steering gear         

#define Serial_Baud_Rate 115200   //Serial Port baud rate

#define BusServoSerialBaud 115200   //Bus steering gear baud rate

#define wheel_speed_forward 0.04    //car forward speed

#define wheel_speed_forward_up 0.06 //forward speed up

#define wheel_speed_back -0.04      //car back speed

#define wheel_speed_stop 0.0      //car stop speed

#define wheel_speed_left 0.1      //car turnleft speed

#define wheel_speed_right -0.1    //car turnright speed

#define wheel_speed_left_translation 0.04   //speed of car left translation

#define wheel_speed_right_translation -0.04 //speed of car right translation

enum{FORWARD=1,BACK,LEFT,RIGHT,LEFT_TRANSLATION,RIGHT_TRANSLATION,STOP,FORWARD_UP}; //the movement state of the car

char cmd_return;

float wheel_Speed={0,0,0,0};

void setup(){

delay(1100);Serial.begin(Serial_Baud_Rate);

init_Ultrasonic();delay(200);

mySerial.begin(BusServoSerialBaud);delay(1000);

}

void loop(){

//Car_Move(STOP);delay(1000);

car_move();

//get_ultrasonic_sensor_data();

}
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
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