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[项目] 掌控板+麦轮，Mixly + Blynk，让你的麦轮战甲嗨炸全场！
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 话不多说，上来就是一个演示视频： 随着大疆 RoboMaster S1 麦克纳姆轮（下文简称"麦轮"）战车的推出，在创客教育圈掀起了一股麦克纳姆轮战车 DIY 飙车的浪潮。在这之前我也 DIY 设计过的一辆萌宠版的麦轮小车麦熊战车，也得到了比较高的阅读量，可以点击下方图片，查看制作教程。  麦熊虽萌，可惜没有战斗力，对于麦轮战车来说好像缺了点什么。幸好这次有创客朋友的公司推出了一辆火力全开的"狄仁杰"麦轮战车，而且价格也很公道，相比大疆 S1 动辄快 3500 元的价格，简直良心多了。于是趁着手痒劲，赶紧入手一辆来试玩。为避免广告嫌疑，就不放购买链接和价格了，感兴趣的可以私戳或者留言。 跟大疆 S1 一样，"狄仁杰"战车也是需要你自己动手组装的，而且扩展性更高，可以说是相当硬核了！这篇文章主要记录我初次上手的组装和试玩的过程，并编写了一个简单的控制程序试玩一下。后面如果有时间，我会给大家分享更多的玩法。 这篇文章主要分为组装、电路、原理、控制四个部分，如果已经玩过的朋友，可以直接跳到自己感兴趣的章节，下面开始正式介绍。  # 组装篇 # 在玩麦轮战车之前，肯定要组装起来，因此首先是组装篇。 这里介绍的主要是我根据自己的摸索写的安装过程，与官方安装视频上介绍的教程稍有差异，大家以官方教程为准，然后可以适当参考我这边的图文教程。主要差异体现在电池的安装位置，其他结构的安装，虽然顺序不一样（为了写文章有一个关系逻辑），但是最终装完后结果是一样的。 这里放上官方安装视频供大家查阅。 https://mp.weixin.qq.com/mp/readtemplate?t=pages/video_player_tmpl&action=mpvideo&auto=0&vid=wxv_978099775776145408 ## 组装车架 先来组装机身。包装里材料很多，基本已经给大家分好类了，不要搞混。首先取出包装里的如下材料，这些材料主要是用来制作车身的。注意车架分上下两片，这两片车架外形结构上是完全一样并且对称的。如下图所示，由于车架是亚克力激光切割制作的，所以外面的保护膜还没有撕掉。黑色那个车架我已经撕掉了保护膜，另一片车架上的保护膜也需要撕掉，图中只撕了一片是为了方便各位对照。当然你也可以不撕，但是黑色的亚克力镜面车架会不会更帅呢？撕了膜是帅气的 Tony，不撕可能就是土根了~  首先将 4 个 L 形电机支架用 **M3×10mm** 的螺丝和螺母固定到下层车架上，每个 L 形支架至少需要 2 颗螺丝固定在对角线上，如下图所示。当然为了更加牢固，也可以固定 4 颗螺丝。  然后在 L 形支架上安装电机，我们使用 **M3×25mm** 的螺丝与螺母将电机拧紧在 L 形支架上即可，注意电机安装的方向，有转轴的一边朝外，如下图所示。  然后在下层车架上安装支撑铜柱，我们使用 **M3×27mm** 规格双通铜柱配合 **M3×10mm** 螺丝安装，安装位置如下图所示，注意找好孔位，前后对称的位置共 4 根铜柱。  接着在上层板上安装盘古斧（掌控板扩展板）支撑铜柱，我们使用 **M3×24mm** 规格双通铜柱配合 **M3×10mm** 螺丝安装，安装位置如下图所示，共 4 根铜柱。同样需要注意找好孔位，不然跟盘古斧安装孔位会不匹配。  最后将上下两层车架对接安装到一起，使用 **M3×10mm** 螺丝在铜柱上拧紧即可，如下图所示。  ## 安装麦轮 安装完车架之后，开始安装麦轮。这里需要注意的是，麦轮是不能随意安装的，它们的位置是有对应关系的的。最常见的安装方式为 **X 形** 或者 **O 形**，本文以 **O 形** 为例（X 型在 yaw 方向不具有主动移动的能力）。我们只需按照下图所示位置，将车架与麦轮摆放好，然后分别用联轴器和自攻螺钉将麦轮固定到 4 个电机上即可。  这里稍微介绍一下麦轮安装的位置关系。麦克纳姆轮由轮毂和辊子组成，轮毂是整个轮子的主体支架，辊子则是安装在轮毂上的鼓状物。麦轮的轮毂轴与辊子转轴呈 45° 角。理论上，这个夹角可以是任意值，但最常用的还是 45° 角。  麦轮一般是四个一组使用，两个左旋轮，两个右旋轮。左旋轮和右旋轮呈手性对称（意思是说像手一样，左右对称）。安装方式有多种，主要分为：X-正方形（X-square）、X-长方形（X-rectangle）、O-正方形（O-square）、O-长方形（O-rectangle）。正方形与长方形指的是四个轮子与地面接触点所围成的形状。这里要注意的是： X 和 O 表示的是与 4 个轮子与地面接触的辊子所形成的图形，并不是从正上方看到的棍子形成的图形的形状！ X 和 O 表示的是与 4 个轮子与地面接触的辊子所形成的图形，并不是从正上方看到的棍子形成的图形的形状！ X 和 O 表示的是与 4 个轮子与地面接触的辊子所形成的图形，并不是从正上方看到的棍子形成的图形的形状！
不管是 **O-square** 还是 **O-rectangle**，都属于 **O 形**，如下图所示即为 **O 形**，对这里没有写错，下图是 **O 形**。虽然从正上方来看，可以看到 4 个麦轮辊子的转轴朝向呈一个 X 形状，但是由于对称关系，实际上与地面接触的棍子所形成的的图形是 **O 形**。  组装完车架和麦轮之后，就可以装上主控掌控板和扩展板盘古斧了，完成后效果如下图所示。  ## 安装水弹枪 组装完车架与麦轮之后，我们就可以开始安装它的武器系统（水弹枪）了。 首先将舵机固定在舵机支架上，使用舵机包装袋内含的自攻螺丝拧紧在支架上即可完成安装，接着将舵机舵盘与齿轮安装到如下位置，使用舵机包装袋内 **M2×5mm** 螺丝拧紧，如下图所示。  然后在弹夹上安装固定器和齿臂，两个侧面均需要安装齿臂，安装位置如图所示。  固定支架与齿臂安装时，需要加入 2 片垫圈以减少摩擦力，使用 **M3×14mm** 螺丝安装，安装后以固定支架可以旋转活动为标准。两个侧面均需要安装固定支架，但只需要安装一个舵机即可，如下图所示。  然后在车架上安装水弹枪连接底座，注意调整好位置，避免水弹枪与后面的盘古斧碰到一起。  将水弹枪用 **M3×8mm** 螺丝与水弹枪底座连接，固定到车架上，如下图所示。  在水弹枪上安装储弹箱，注意安装的方向，使储弹箱下方的出弹口与水弹枪上的进弹口位置对准，如下图所示。  ## 安装电池盒 在电池盒背面贴上魔术贴。  然后将电池盒推入盘古斧扩展板与上层车架支架的空间。有了魔术贴之后，就可以依靠摩擦力将电池盒固定紧了。  ## 成品欣赏 最后我们来欣赏一下狄仁杰战车组装完成的霸气帅照！    # 电路篇 # 狄仁杰麦轮战车的主控采用了大家所熟知的掌控板，以及特别为掌控板和狄仁杰战车设计的盘古斧扩展板。盘古斧扩展板分 A、B 两板。A 板含内置锂电池、掌控板插槽。掌控板可直接插在盘古斧 A 板上，可以采用主板的 USB 电源口或者内置的锂电池进行供电。盘古斧 B 板含外接电源接口、电机接口。B 板需与 A 板结合才能使用，使用外接 6-18V 电压供电，此时最大电流可达 3A，最大电机驱动电流达 800mA，可同时接入 6 个 9g 舵机或 4 个直流电机。  由于盘古斧上专门设计了 4 个电机和水弹枪的接口，而且还用了 PH2.0 防呆接口，所以接线特别简单，只要按照安装位置关系进行对应接线即可，这里不再赘述。  # 原理篇 # 麦轮车的运动方式千变万化，以 **O 形**结构为例，最常见的运动方式就至少包括以下 18 种。而以下 18 种运动方式中，又以第一排的 6 种方式最为常见。  （图片修改自文章"麦轮走法初探"：https://makelog.dfrobot.com.cn/m_article-1705.html） 既然运动方式有那么多种，难道每种方式我们都要单独编写一个控制程序么？这样当然可以，我们需要对每一种运动方式都编写相应的程序，然后每种运动方式都要对应一个按键去控制，那么就至少需要 18 个按键。或者简化一些，我们只编写最常见的 6 种运动方式，那么至少也需要 6 个按键。但是这种编程方式在麦轮战车不同运动形式之间进行切换时，我们都要先松开之前的按键，在去按下后面运动方式对应的按键，在操作上就会有卡顿感，变化不够流畅，而且很容易记混按键的位置。 那么有没有其他方式进行控制呢？ 当然有！我们只要理解麦轮运动之间的关系，推导出相应的计算公式，就可以将这些运动统统搞定了！ 等等，还要推导公式？还能不能愉快的玩耍了！由于麦轮具体的运动计算公式推导稍微有点复杂，限于篇幅，所以这里就不展开了，这里只放结论。 以 **O 形**结构为例的，首先我们规定一下运动方向的坐标定义，我们规定麦轮战车运动时的坐标原点 `O` 为 4 个轮子围成图案的轴心，正前方方向为 `y` 轴正方向，向左为 `x` 轴正方向，转动方向规定逆时针方向转动为正方向，如下图所示。  根据这个坐标规定，可以分别将 4 个麦轮的运动进行分解，分解成沿辊子轴向的速度分量和垂直辊子轴向的速度分量，其中垂直辊子轴向的速度分量是可以忽略的，如下图所示。下图中的 `a` 和 `b` 分别代表每个轮子到车架轴心的 `x` 轴方向和 `y` 轴方向的长度。  根据这些规定，当麦轮战车想要沿任一方向运动和转动时，我们可以得出 4 个麦轮控制速度的计算公式如下：  上面的计算公式，分别对应狄仁杰麦轮战车 M1、M2、M3、M4 这 4 个轮子的速度。这个公式中，既包含了平行移动，也包含了转动，只要设置参数合理，理论上可以实现麦轮战车所有的运动方式。 公式中每个参数的意义如下图所示：  有了这个公式以后，我们就可以控制麦轮战车沿着任意方向移动了。 具体公式推导可以参考知乎上的这篇文章：麦克纳姆轮浅谈：https://zhuanlan.zhihu.com/p/20282234 麦轮的原理也可以看一下 RoboMaster 机甲大师官方推出的这个视频：https://www.bilibili.com/video/av17229132/  # 控制篇 # 有了运动公式以后，就可以进行控制了。控制主要分为两个部分，一个是麦轮战车底层的运动控制，一个是遥控端的程序编写。 根据上面的公式，我们可以知道，每辆战车组装好造型之后，`a` 和 `b` 都是固定不变的，因此要想控制一辆麦轮战车疯狂漂移，我们需要知道 3 个参数，分别是**控制移动**的 x 轴方向的速度分量 `vx`、y 轴方向的速度分量 `vy` 和**控制转动**的速度 `w`，所以我们只需要**两个摇杆**就够了，一个摇杆用来控制移动，一个摇杆用来控制转动。是不是比一堆按钮要简化多了？ 等等，还要加两个摇杆？好像狄仁杰战车也没配遥控器啊？ 还记得狄仁杰战车的主控板是什么？对，掌控板！掌控板是不是具备蓝牙和 Wi-Fi 连接功能？那是不是可以用手机蓝牙连接控制了呢？那难道还要做个手机遥控的 App？也不是不可以啦，但是这里呢，我们用更简单的方法，我们可以用 Blynk 快速设计一个 App，来实现对狄仁杰战甲的控制。 ## Blynk 遥控器设计 首先来看看下图，这是我用 Blynk 设计的狄仁杰战甲的控制器。你没有看错，图片没有反，我是故意设计成横屏的，这样可以用**一只手来控制移动（右边的遥控），用另一只手控制转动（左边的遥控）和武器（按钮）**。手机与狄仁杰战甲之间通过 BLE 蓝牙连接。  接下来就讲一下如何设计这个 Blynk 控制器。首先在手机上打开 Blynk 软件 ，选择新建项目，项目名字随你喜欢，设备选择 `ESP32 Dev Board`，连接方式选择 `BLE` 蓝牙，如下图所示。  然后分别拖出一个 `BLE` 模块、一个 `Button` 模块和两个 `Joystick` 模块，摆放位置如下图所示，当然你也可以根据自己的喜欢随意摆放。  然后分别对这几个模块进行设置，如下图所示，具体的数值范围，实际上也是需要计算的，但是呢这里也不展开了，你可以自己随意调试，我这边也是随意设了几个参数作为示例，如下图所示。  设置完以后，当你想要控制狄仁杰战甲的时候，只需要点击蓝牙标志，连接蓝牙后，就可以运行遥控程序了。注意这里的蓝牙名称，是下文中程序自定义的，我这边设置的蓝牙名称为 `Blynk`。  ## 底层运动控制 设计完 Blynk 控制器之后，开始编写底层运动控制程序。 底层控制程序我采用 Mixly 进行编写，原因是目前支持掌控板的软件中，只有 Mixly 支持掌控板的蓝牙，而且 Mixly 中 Blynk 功能更丰富。为什么用本地蓝牙而不用 Wi-Fi 呢？因为 Wi-Fi 控制会有延迟，而本地蓝牙几乎没有延迟。 打开 Mixly 软件，在主控板中选择 `Arduino HandBit`，即掌控板，就可以开始编程了。  首先在初始化里面定义几个参数，`maxNumber` 是用来存储 4 个电机中速度的最大值，后面会用到；`alength` 代表速度分析图中 `a` 的长度，`blength` 代表 `b` 的长度；`m1speed`、`m2speed`、`m3speed`、`m4speed` 分别代表 4 个麦轮（电机）的速度。注意，为了后面计算时不被取整影响，所以这里所有的变量参数都设置成了小数，后面其他函数中用到的参数也都是小数。  然后编写 4 个麦轮单独控制的函数，规定速度参数 `speed` 为正时，表示向前进方向运动；`speed` 为负时，表示向后退方向运动。4 个麦轮单独控制的函数如下图所示：  然后在定义一个取最大值函数 `maxNumberAbs()`，它是作用是获取 4 个值中的最大值，后面会用来比较 4 个速度值，并将最大的速度值存储在 `maxNumber` 变量中。  接着就可以根据上面的计算公式，编写整车运动控制函数了。定义这个函数的名称为 `move()`，这个函数里面有 3 个变量：`vx` 代表 x 轴方向的运动速度；`vy` 代表 y 轴方向的运动速度；`w` 代表转动速度。这几个速度值都可正可负。这个函数中还有两个常量：`alength` 和 `blength`，这两个数值的意义上文已经说明。另外由于每个电机转动速度最大为 255，而在 Blynk 中我是随意设置的数值（最好计算一下，其实我也是懒得计算想快点玩了），所以这里要将每个轮子计算后的速度值归一化，并约束到 -255~255 之间。这里就用到了上面定义 `maxNumberAbs()` 的函数。  有了这几个函数以后，我们只要在 Blynk 上给它传输 `vx`、`vy`、`w` 这 3 个变量就可以控制每个轮子的运动了。首先初始化 Blynk BLE 蓝牙连接，其中 Blynk 授权码填写你自己手机端产生的授权码，BLE 名称随意，取一个你自己喜欢的名字即可，这里我保持了默认的 `Blynk` 没改。  然后用`从App获取数据`模块分别从两个摇杆获取速度参数，其中控制移动的摇杆，连接在 Blynk 的` V0` 虚拟管脚，控制转动的摇杆，连接在 Blynk 的 `V1` 虚拟管脚 ，获取相应速度后，直接用 `move` 函数控制移动即可。  然后再编写水弹枪武器控制程序，如下图所示   至此，狄仁杰战甲的基本控制程序就编写好了，当然你也可以添加更多功能，比如武器角度控制，灯光控制系统等，由于这篇文章只是简单的试玩，就暂时不展开了。完整的程序如下图所示。  上传程序，连接蓝牙，开始战斗吧！  # 总结 # 体验篇就到这里啦，这篇文章只是简单分享了一种麦轮控制的玩法，实际上基于麦轮战车，我们还能拓展出更多玩法，比如漂移巡线、目标识别、图传跟踪、击打竞技等，后面有时间再慢慢跟大家分享。 最后来简单总结一下，麦轮战车的运动方式虽然比一般的小车要复杂一些，但是它的玩法也更多，硬核指数也更高，绝对是玩创客的朋友必玩的一个项目，而且 DIY 会更好玩哦。 这篇文章用到的狄仁杰麦轮战车不仅可以 DIY，还配备了掌控板做控制，加装了武器系统，后期更是可以加上图像识别、人工智能等更多酷炫狂拽的技能，不仅仅适合入门麦轮战车，更是后期玩进阶改装的绝佳选择！如果再配备 Blynk 控制系统，控制的灵活性就更高了，遥控端几乎可以不受硬件的限制，而且还不用增加任何材料成本，通过简单的拖拽，就能搞定一个复杂的 App，甚至还能加上类似大疆的图传系统，有空的朋友可以先去试试看哦。 最后再提醒一下：   （这两句话，上一句出自汝州一中朱现伟老师，下一句出自穷玩猫牛老师） 全文完！ # 广告时间 # 最后再打个小广告：欢迎关注我的个人公众号“铁熊玩创客”，不 kan 定 xin 期 qing 更新创客制作、技术教程以及一些胡言乱语。 # 往期作品 # - 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