Arduino高级应用 | 高精度自动导航的越野平衡小车
2017-03-206.3万
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高精度自动导航的越野平衡小车是一款基于Arduino和APM自动驾驶仪的自平衡机器人。它通过3D打印、电机和车轮等组件，结合惯性测量单元（IMU）和车轮编码器，实现自平衡和自主导航。项目难度较难，适合有一定基础的用户。整个制作过程包括材料搜集、3D打印车体部件、组装电机、电路连接、车体组装和编程。完成后，可以使用无线遥控器控制，或者通过GPS给定一个自主任务。
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翻译、编辑：Sophie 资料来源：http://makezine.com 作品基本介绍 ======================================  项目名称：高精度自动导航平衡小车 制作时长：3-8小时 制作成本：$400-$500 难度等级：较难 ArduRoller 是一款自平衡、防摔倒、能够快速识别障碍并进行自主导航的机器人，它超越了以往的传统小车，在多方向识别、不平坦地形以及斜坡场景下均可使用。 自平衡小车的核心是惯性测量单元（IMU，inertial measurement unit），一个IMU包含了三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺，加速度计检测物体的加速度信号，而陀螺检测载体相对于导航坐标系的角速度信号，测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态。这9个传感器以每秒高于1000次的取样频率，再结合一种叫DCM的数学滤波器，水平相对较高的编码将能够通过DCM获取角度和旋转速率等数据以实现平衡。 为了让小车实现导航，必须精确地知道小车的位置以及它将要去的地方。但是GPS只能精确到几米，而小车需要更高的精确性，车轮编码器允许到厘米级的精度，是GPS很好的补充。 作者选用了3D Robotics的APM 2.5自动驾驶仪，因为它集成了所有需要的传感器，所有的软件都是免费和开源的，制作起来也很方便。基于DIY 无人机社区开发的ArduPilot系统，能够快速完成自动导航的小车机器人。 图文教程专区 ====================================== 1. 材料搜集：电机和车轮 选用带有编码器单元的有刷直流电机（ brushed DC motors），34-1齿轮减速机能够有效增加扭矩。另外，越野车轮能够帮助小车适应各种不平坦的地形。   2. 3D打印车体部件 车体部件的3D模型文件可在Thingiverse网站上下载。
3.组装电机 在3D打印基座中安装电机，为了防止电机松动可以使用热熔胶。  4.电路连接 如图所示，电子部件包括APM开源自动驾驶仪、电机、逻辑电平转换器、Arduino迷你板等；将GPS模块和遥控无线电模块连接以实现自动运行；为了实现对小车的手动控制，需要增加R/C接收器，再将APM模块的跳线与PPM模块相连。 （注：电路图中的部分元器件来源SparkFun，用户可根据情况自行选择类似的硬件替换。）   将电子部件固定在泡沫板上；将主板与电机相连；整块泡沫板放入车体中部；要确保自动驾驶仪的“正面”箭头直立放置。  5.车体组装 整个车体分为三个部分，将其各自组合起来；电池隐藏在最上面的圆拱形装饰底部；可以在小车的侧面增加一个开关；安装越野车轮；车体内部的LED亮的时候可以透过有机玻璃看到里面的电路；安装遥控无线电模块，可用于接收远程任务或者直接控制小车。   6.编程（点击阅读原文查看完整下载路径） 点此下载源文件(APM 2.5 or 2.6)并且上载到APM模块，使用修改过的Arduino IDE—点此下载ArduPilot-Arduino (Windows or Mac)； 点此下载车轮编码源文件(Arduino Pro Mini)，然后使用正常的Arduino IDE上载至Arduino Pro Mini板； 如果要实现自主任务，可以使用Mission Planner（ PC版，只适用于Windows ）或者DroidPlanner 2（安卓版）。 7.使用 整个小车制作完成后可以使用无线遥控器进行控制，或者通过GPS给定一个自主任务。 Mission Planner 软件能够帮助你使用谷歌地图追踪小车的路径、速度和方向，运行你自己的Python文件，下载和分析任务日记等等。 可以给小车增加一个视频发射模块，或者用GoPro录制高清视频，甚至增加声呐这样小车就能完全实现避障功能！   关于作者 Jason Short 是3D机器人公司（3D Robotics）的设计总监，他有着超过20年的产品设计经验，曾为HTC、三星、索尼、LG等公司从事消费级产品设计和用户体验研究的相关工作。2009年他协助开发了ArduPilot，一款适用于R/C飞行器的开源自动驾驶仪。随后2010年他又发明了无人驾驶直升机 ArduCopter并在全球受到广泛使用。  |
