STEM教育 · 乐高积木与麦克纳姆轮小车搭建教程

【视频演示】

【制作背景】

6 月 12 日，大疆发布首款教育机器人「机甲大师 RoboMaster S1」，它配备了4个麦克纳姆轮，从而使它支持任意方向原地转向，左右横向滑动等，移动它就变得非常的灵活，但由于它高达3千多的价格，让许多人望而却步，能不能自己做一台麦克纳姆轮小车呢？正好手头有许多乐高积木，还有兼容乐高积木的电机等，就缺少麦克纳姆轮，于是上网淘了4个麦克纳姆轮，动手搭建了一辆小车。

【硬件清单】

micro:bit 2

micro:bit 电机驱动扩展板 1

micro:bitgamepad 遥控手柄 1

电机 4

麦克纳姆轮 4

电池及电池盒 2

乐高积木若干

杜邦线若干

【制作步骤】

1、用黑色摩擦销把8个O型框架连接起来，做小车的底盘。

2、用蓝色3单位的摩擦销把4个兼容乐高的电机分别固定在底座的两边。

3、再用4个带轴销和原来的摩擦销把4根双拐角梁固定在底座的两头，这部分的作用主要是为了保护麦克纳姆轮，避免麦克纳姆轮与其它物体相撞击而损坏。

4、用蓝色3单位的摩擦销把6个15孔梁分别固定在底盘两侧上。

5、用2单位的摩擦销把一根9孔梁固定在底盘中间，这里固定时要把4个电机的线压在中间，避免由于电机电线没理好而影响小车的行驶。

6、利用扎带、摩擦销、孔梁等把micro:bit 电机驱动扩展板固定好，方便后面安装到车架上。

7、用8个黑色摩擦销和4个红色带轴套的销把4个O型框架连接起来，做micro:bit 电机驱动扩展板的底盘。

8、用4个黑色摩擦销把前面拼好的micro:bit电机驱动扩展板部分安装到上面的底板上。

9、利用8根公对公的杜邦线把四个电机分别与micro:bit 电机驱动扩展板上的电机接口相连接，把一节18650电池安装到电池盒里，并把电池盒的两根线分别接到扩展板相对应的电源输入口上。接着把4个5孔4销连接器插在小车底盘上，它的作用是阻挡电池盒及理好的长出来的线。最后把电机驱动扩展板及底板安装在车架上，并插上micro:bit控制板。

注意4个电机与扩展板连接的顺序，我们以白色双拐角梁为车头方向，前左电机接在M1电机接口上，前右、后左、后右电机分别接在M2、M3、M4电机接口上，我们可以先写一个让4个电机都正转的程序传到micro:bit板上测试一下，看看4个电机是不是都是往前转动的，如果哪个电机不是，就把这个电机的两根线位置对换一下。

10、最后把4个麦克纳姆轮安装上，安装的时候注意4个轮子的安装方向，正确安装方法如下图，如果方向或顺序弄错了，就会导致小车会不按要求行驶。

11、遥控手柄我们只要插上micro:bit控制板并安装上电池盒就可以了，这样一辆带遥控手柄的麦克纳姆轮小车就完成了。

【程序编写】

功能要求：用micro:bit gamepad遥控手柄来控制麦克纳姆轮小车的行驶。按遥控手柄上的UP按键，麦克纳姆轮小车就前进，按DOWN按键就后退，按LEFT按键就向左平移，按RIGHT按键就向右平移，按X按键就向左前方平移，按Y按键就向右前方平移，按A按键就向左转，按B按键就向右转，松开所有按键，麦克纳姆轮小车就会停止，并且在控制的过程中，小车上micro:bit的LED点阵和遥控器上micro:bit的LED点阵同时显示相应的指示图案。由于遥控器上的控制按键有限，我只设置了以上功能，当然，我们还可以让麦克纳姆轮小车按其它不同的方式运动，比如往左后方平移，绕左前轮旋转等。

麦克纳姆轮与普通轮子的区别在于麦克纳姆轮旋转时，由于存在斜向的从动轮，会同时产生一个斜向的力，当我们控制轮子旋转的速度与方向时，将斜向的力增强或抵消，从而实现小车的全向移动。可以完成横移、斜方向移动等普通小车无法完成的高难度动作，轮子的转动方向与小车的运动方向关系如下图：