【Arduino 动手做】构思超级棒的 Stair Bear 爬楼梯机器人

Arduino是一个开放源码的电子原型平台，它可以让你用简单的硬件和软件来创建各种互动的项目。Arduino的核心是一个微控制器板，它可以通过一系列的引脚来连接各种传感器、执行器、显示器等外部设备。Arduino的编程是基于C/C++语言的，你可以使用Arduino IDE（集成开发环境）来编写、编译和上传代码到Arduino板上。Arduino还有一个丰富的库和社区，你可以利用它们来扩展Arduino的功能和学习Arduino的知识。

Arduino的特点是：
1、开放源码：Arduino的硬件和软件都是开放源码的，你可以自由地修改、复制和分享它们。
2、易用：Arduino的硬件和软件都是为初学者和非专业人士设计的，你可以轻松地上手和使用它们。
3、便宜：Arduino的硬件和软件都是非常经济的，你可以用很低的成本来实现你的想法。
4、多样：Arduino有多种型号和版本，你可以根据你的需要和喜好来选择合适的Arduino板。
5、创新：Arduino可以让你用电子的方式来表达你的创意和想象，你可以用Arduino来制作各种有趣和有用的项目，如机器人、智能家居、艺术装置等。

在本教程中，我将向你展示如何制作一个非常简单的爬楼梯机器人。这就是我们（我和我的孩子们……好吧，这主要是我）为 ServoCity + Actobotics 爬楼梯挑战赛制作的 Stair Bear。结果我们赢得了第一名！观看我们的视频，看看它的实际操作。

步骤 1：制作轮子模板

说实话……这个设计全靠轮子。如果能用3D打印机做的话，这绝对是个很棒的项目……可惜我们没有3D打印机，所以我们就用了老办法，用了Hobby Lobby买的1/2英寸厚的泡沫板。

第一步是制作模板：
1A) 下载PDF
1B）打印
1C）剪掉
1D) 用胶带粘在一起
1E) 打孔。

由于我使用了 Actobotics圆形底座 A，我抓取了 Servo City 的尺寸图并将其放入我的 Adob​​e Illustrator 文档中，以确保间距恰到好处。我选择在圆形底座上只使用 8 个孔……最内侧的 4 个用于轮毂，最外侧的 4 个用于车轮稳定性。

每条腿上的三个大圆圈是可选的。我的想法是，如果泡沫撑不住，我就试试木头，然后就需要减轻重量了。

## 第二步：切割和钻孔车轮

我用了一把美工刀和一块切割垫。然后我用 1/4 英寸钻头钻中心孔，用 5/32 英寸钻头钻其余孔。

## 步骤3：组装车轮

现在该组装轮子了。我会用图片和注释来说明。

我从 ebay 上买了橡胶垫圈：http://www.ebay.com/itm/301573276819

## 步骤 4：连接通道

主体仅由两个 18 英寸通道组成，这些通道通过一些 6-32（1.32 英寸长）铝制螺纹支架并联连接，前面两个，后面两个。

## 步骤5：安装电机

我使用了ServoCity 的313 RPM HD 精密行星齿轮电机。它的最大扭矩为 416.6 盎司英寸。

首先将行星齿轮电机支架 B固定到电机上，然后安装在右舷通道前端第 8 个大孔上。

您还需要将轴联轴器（1/4 英寸至 6 毫米）连接到电机轴上。

## 第六步：全部登上齿轮系

齿轮：
我用过：
三个 24 齿、32 节距、1/4 英寸孔径小齿轮
三个 72 齿、32 节距、1/2 英寸内径铝齿轮
这两个齿轮的传动比为3:1。它们被设计成在三个阶段中分别降低转速并增加扭矩，最终最大转速约为11.6 rpm。这是经过反复试验才得出的结论；您可能希望一开始就使用齿轮比更低的电机。

选择您的轴系：

我使用了 Servo City 的一些精密钢 1/4 英寸 D 轴，但也发现必要时可以使用 Mendards 的一些 1/4 英寸“PLAT STL - ROUND”——我尝试了 1/4 英寸铝棒和 1/4 英寸可焊钢棒，但它们都太粗了一点。使用 D 轴和五金店的钢棒各有利弊；主要是在使用固定螺钉轮毂时 D 形非常有用 - 然而我发现 Servo City 的精密钢 1/4 英寸 D 轴很难操作，因为配合太紧了......装卸任何东西都很费劲。五金店的钢棒稍微细一点，因此更容易操作——但由于没有平面，它们会被承受很大力的固定螺钉严重损坏。

您需要的轴：

14 英寸轴（x2）——一个暂时用于前部，稍后您将需要另一个用于后部。ServoCity 最大的 D 轴是 12 英寸，因此您可以使用 Menards 钢棒，或者使用 1/4 英寸 - 1/4 英寸的轴联轴器来连接两个 7 英寸的 D 轴。
6 英寸轴（x2）
4.5 英寸轴（这是连接到电机轴上的联轴器的轴）

轴系提示：

如果你用的是Menards的钢棒，切割好长度后，把边缘斜角处理一下（我用的是电磨），这样更容易安装零件。以后你会感谢我的。其实，你的Precision D-Shaft也一样！
无论您使用哪种轴，都要准备好一把小细锉刀来锉掉损坏的斑点……特别是当您使用固定螺钉轮毂时。
对于卡在轴上的物品：
最有效的拆卸方法是使用虎钳并将轴垂直向下敲击。
我还发现，用一把鲤鱼钳（配一根粗橡皮筋或一小段绳子以减少划伤）搭配一把平头螺丝刀通常也很有效。如果你无法或不想为了拆开一个卡住的齿轮而拆开整个组件……或者孩子正在睡觉，你必须安静地工作，这种方法尤其有用。
选择您的中心：

我最终用了固定螺钉轮毂来固定齿轮，用夹紧轮毂来固定车轮。如果不使用D型轴，夹紧轮毂的拆卸和调整会容易得多。然而，由于它的设计方式会在拧紧时将4个螺钉中的两个拉在一起——我不想给齿轮系带来任何可能的变形或错位。

其他：

当然，您还需要一些 1/4 英寸法兰滚珠轴承 ( 535198 )、一些1/4 英寸紧定螺钉环和一些1/4 英寸轴垫片以及用于较大齿轮的紧定螺钉轮毂。

## 步骤7：链轮和链条

我没有轮毂适配器，但我有单扁平槽形支架，可以帮我把轮毂和4个48齿的大链轮连接起来。它们可能没那么结实，但更便宜。

我使用了ServoCity 的塑料链条，因为它操作起来更干净（不含油脂）。添加/拆卸链节非常简单，只需要一把小型平头螺丝刀。我用了两条链条，每条都不超过 43.5 英寸长。

## 步骤8：安装轮子

这可能是最有趣的一步了。安装链轮、链条和车轮。

确保将轮毂的固定螺钉和轮毂夹紧螺钉尽可能拧紧，确保轮子和齿轮都牢固！如果轮子开始偏离中心，机器人可能会变得不稳定并翻倒。

## 第 9 步：控制大脑！

Arduino

我使用了一个 Arduino Uno（通过Arduino 通道卡扣式安装座连接）和一个BLE 扩展板来添加蓝牙功能。Arduino Uno 由一个 9V 电池供电，电池盒里有一个带开关的电池，我用拉链固定住，以防止电池滑动。

BLE Shield

我使用了 Red Bear Labs 的 BLE Shield。您可以查看他们的入门文档。我将 BLEControllerSketch 从他们的库中加载到 arduino 上，然后在我的 iPhone 上安装了他们的免费应用程序（他们也有安卓应用程序）。

首次运行 iPhone 应用时，您需要进入菜单并选择“BLE 控制器”。我敢肯定，第一次运行它时，它直接进入了“简单聊天”应用，这有点让人摸不着头脑。然后，您需要确保您的 arduino 已打开电源，然后在应用中扫描它。之后，您只需选择“连接上次连接”。接下来，选择您的引脚（我使用了 3 号引脚，因为它支持脉冲宽度调制）。

PWM电路

我基本上用这个 Instructable上的电路来做脉冲宽度调制电路。没错，这些说明是关于如何打开和关闭螺线管的，但只需用电机代替螺线管，发送 PWM 信号而不是高/低电平，就能很好地控制电机转速。简单、便宜、有效。

## 第十步：大电池

接下来，我将一个旧的 12v 2.2 安培小时密封铅酸电池连接到爬楼机的前面......它很重（2 磅），但当放置在第一个轴前面时，额外的重量起到了平衡作用，它实际上有助于它更稳定，爬楼时不太可能向后倾斜。

我使用了一些90 度双侧安装 E作为电池架，并使用了拉链将其扣紧。

## 步骤11：电源线

我使用了两个 SPST（单刀单掷）开关来连接/断开 12V 电池和 PWM 电路（一个开关接通正极，一个开关接通负极）。这起到了安全开关的作用，可以在紧急情况下快速切断电源。您也可以使用一个 DPST（双刀单掷）开关。我使用了一些四路集线器 C型接口，安装在两个主通道之间，用来安装开关。

## 第 12 步：楼梯在那里，爬！

好了，这次的搭建就到这里。祝你玩得开心！当然，还有很多改进空间——比如，这个版本无法转向、没有传感器、速度可以更快等等。

附录
项目链接：https://www.instructables.com/Stair-Climbing-Robot-1/
项目作者：RobotZone（TeamJaeger）
项目视频：
https://www.youtube.com/watch?v=JD1Su34tI_Q
https://www.youtube.com/watch?v=cC5zpgA0tgE
项目参考：https://www.arduino.cc/
https://playground.arduino.cc/up ... solenoid_driver.pdf
模版文件：https://content.instructables.co ... F4RMPN3I81V1JSR.pdf

补充：

这是我们参加SparkFun+Actobotics爬楼挑战赛的作品。以下是所用材料：

• 0.5英寸厚的泡沫板
• 橡胶垫圈
• 0.25 英寸 D 轴
• 313 rpm HD 精密行星齿轮电机
• 行星齿轮电机支架
• 固定螺钉轴联轴器（用于将电机连接到 0.25 英寸直径轴）
• 32节距齿轮
• 24 齿 (x 3)
• 72齿（3个）
• 48 齿轮毂链轮（x 4）
• 扁平通道支架，用于将大链轮适配到轮毂上，因为我没有轮毂适配器 D
• 固定螺钉轮毂和夹紧轮毂
• 塑料垫片
• 支架（用于连接两个通道）
• 紧定螺钉套环
• 轴承
• 塑料链条
• 12V电池
• 90度双侧安装E（作为电池架）
• Arduino Uno
• arduino通道卡扣式安装座
• 蓝牙屏蔽
• SPST 开关 (x2)
• 电阻器、二极管、TIP120晶体管
• 小型原型板
• 18 英寸通道（x 2）
• 各种机器螺钉、螺母、垫圈、扎带、热缩管和电线、扎带、热缩管和电线