【花雕动手做】数载收集：我的机器人移动底座 DIY 手记

DIY 机器人的核心，莫过于作为 “移动基座” 的底盘，它是机器人实现移动、承载与稳定的根本。数年来我陆续收集各类电机与轮子，只为打造专属的机器人移动底座，在实践中梳理出一套完整的基础知识体系。本文将从核心组成、驱动转向方案、动力电源搭配、底盘结构搭建、传感器与控制实现，再到实操中的选型避坑，全方位记录并拆解机器人移动底座的 DIY 全流程。

一、机器人底盘的核心组成部分
一个完整的 DIY 机器人底盘，通常包含 6 大模块，缺一不可：
底盘框架：机器人的 “骨架”，承载所有部件，决定尺寸、承重与结构强度。
驱动系统：电机 + 减速机构 + 轮子，提供前进、后退、调速的动力。
转向系统：决定机器人的运动方式（差速、舵机转向、全向等）。
电源系统：电池 + 稳压模块，为电机、主控、传感器供电，是续航与稳定性关键。
行走机构：轮子、履带、麦克纳姆轮等，决定地面适应性与运动特性。
控制与驱动电路：电机驱动板、主控（如 Arduino、STM32、树莓派）、传感器接口，实现运动控制。
二、主流驱动与转向方案（DIY 最常用）
不同转向方案直接决定机器人的运动能力、控制复杂度和成本，是底盘设计的第一步选择。
1. 差速驱动（最推荐入门）
原理：左右两侧各 1~2 个驱动轮，通过左右轮转速差实现转向：左轮快右轮慢→右转，右轮快左轮慢→左转，两轮同速→直行，反向旋转→原地自旋。
优点：结构简单、无额外转向舵机、控制算法成熟、成本低、可原地转向。
缺点：高速转向稳定性一般，不适合超高速机器人。
适用：巡线小车、避障机器人、DIY 竞赛车、室内移动平台（90% 入门底盘首选）。
2. 舵机转向（前轮转向，仿汽车）
原理：后轮驱动（电机 + 轮子），前轮由舵机控制转向角度，运动逻辑和汽车一致。
优点：运动符合直觉、高速稳定性好、适合长距离直线行驶。
缺点：无法原地转向、结构稍复杂、需要同时控制驱动电机与舵机角度。
适用：遥控小车、仿汽车机器人、室外慢速巡航机器人。
3. 全向轮驱动（麦克纳姆轮 / 全向轮）
原理：
麦克纳姆轮：轮子带倾斜小辊子，4 个轮子配合不同转速，可实现前后、左右、斜向、原地自旋全向运动；
全向轮（omni-wheel）：多组垂直辊子，3~4 轮布局即可全向移动。
优点：运动自由度最高、灵活度拉满，适合狭窄空间作业。
缺点：成本高、控制算法复杂、轮子承重与地面适应性一般、震动略大。
适用：竞赛机器人、仓储搬运机器人、高精度移动平台。
4. 履带驱动（越野 / 复杂地形）
原理：左右履带驱动，差速转向，履带增大接地面积、提升抓地力。
优点：越障能力强、地形适应性好（沙地、台阶、泥泞地）、稳定性高。
缺点：重量大、效率低、速度慢、结构复杂、维护成本高。
适用：越野机器人、搜救机器人、室外复杂地形平台。
三、动力系统：电机、减速与轮子选型基础
1. 电机选型（DIY 底盘最常用 3 类）
（1）直流减速电机（首选入门）
特点：自带减速箱（降低转速、提升扭矩），转速低、扭矩大、适合直接驱动轮子，控制简单（PWM 调速、正反转）。
关键参数：
额定电压：3.7V、6V、12V（12V 最常用，动力与续航平衡）；
减速比：1:30~1:120（底盘常用 1:48/1:60，转速 100~300rpm 合适）；
扭矩：越大越能承重、越障，底盘至少 0.5kg・cm 以上，越野需 2kg・cm 以上；
空载电流 / 堵转电流：决定电源与驱动板选型（堵转电流不能超驱动板上限）。
适用：差速底盘、舵机转向底盘，90% 入门 DIY 场景。
（2）步进电机
特点：位置控制精准、转速可控、无累计误差，但扭矩小、驱动复杂、成本高。
适用：高精度定位底盘（如绘图机器人、巡检机器人），不推荐纯移动底盘入门。
（3）BLDC 无刷电机
特点：效率高、寿命长、转速高、动力强，需配套电调（ESC）驱动，控制复杂。
适用：高速竞赛机器人、大功率越野底盘，入门不推荐。
2. 轮子选型
普通橡胶轮：抓地力好、静音、适合平坦地面（室内地板、瓷砖），差速底盘首选；
发泡轮 / PU 轮：减震好、承重强，适合室外水泥地、轻微颠簸路面；
麦克纳姆轮 / 全向轮：全向运动专用，需匹配对应驱动方案；
履带：越野专用，搭配履带底盘框架。
关键要点：轮子直径决定通过性（直径越大越易越障），宽度决定抓地力与稳定性。
3. 电机驱动板（电机与主控的 “桥梁”）
作用：主控（如 Arduino）IO 口电流小，无法直接驱动电机，需驱动板放大电流、控制正反转与调速。
入门常用型号：
L298N：双路驱动，最大电流 2A，支持 6~12V 电机，成本低，适合小功率底盘；
L293D：电流更小（1A），适合微型小车；
TB6612：双路驱动，最大电流 1.2A（峰值 3.2A），效率高、发热低，比 L298N 更优，入门首选；
BTS7960：大电流驱动（43A 峰值），适合大功率、大扭矩底盘。
选型原则：驱动板最大电流 ≥ 电机堵转电流，否则会烧板。
四、电源系统：续航与稳定的核心
1. 电池选型
DIY 底盘主流用锂电池，兼顾容量、重量与放电能力：
18650 锂电池：单节 3.7V，多节串联 / 并联，常用 2S（7.4V）、3S（11.1V），适配 6V/12V 电机，成本低、易获取；
锂聚合物电池（LiPo）：放电倍率高（20C~50C），动力强，适合竞赛、大功率底盘，需配套平衡充；
关键参数：
电压：匹配电机额定电压（12V 电机用 3S LiPo/12V 铅酸电池）；
容量（mAh）：决定续航，底盘常用 1500~5000mAh；
放电倍率（C）：越大动力越强，普通底盘 5C~10C 足够，竞赛需 20C 以上。
2. 电源管理要点
双电源设计（重要）：电机工作时电流波动大，会干扰主控与传感器，建议：
电机电源：电池直接供电机驱动板；
主控 / 传感器电源：通过 5V 稳压模块（如 AMS1117、LM2596）从电池取电，隔离干扰；
防反接、过流保护：驱动板与电源回路加保险丝、二极管，避免接反烧板；
低电压保护：锂电池过放会损坏，需加低压报警 / 断电模块（如 3.7V 单节低于 3.2V 断电）。
五、底盘框架：结构与材料基础
1. 常用材料
亚克力板：轻便、易切割、成本低、颜值高，适合小型室内底盘（承重＜1kg），但强度低、易裂；
铝合金板 / 铝型材：强度高、承重强、散热好，适合中大型底盘、越野底盘，加工稍复杂；
3D 打印耗材（PLA/ABS）：定制化强、适合异形结构，强度一般，适合小型原型机；
木板 / 碳纤维：木板入门易加工，碳纤维强度高但成本高，小众使用。
2. 结构设计要点
分层设计：底层放电机、轮子、电池（降低重心，提升稳定性），上层放主控、传感器、驱动板；
重心控制：电池、电机等重物尽量靠近底盘中心、贴近地面，避免侧翻；
预留空间：留足传感器（超声波、红外、摄像头）、扩展模块的安装位，方便后期升级；
承重匹配：框架承重 ≥ 机器人总重的 1.5 倍，避免变形。
六、控制与基础传感器（底盘 “大脑” 与 “感知”）
1. 主控选型
入门首选：Arduino（Uno/Nano/Mega），编程简单、库丰富、驱动板兼容好，适合小型底盘；
进阶：STM32，算力更强、精度更高，适合高精度、多传感器底盘；
带视觉 / AI：树莓派、Jetson Nano，适合需要图像处理、SLAM 导航的底盘。
2. 底盘必备基础传感器
测速传感器（码盘 / 霍尔传感器）：装在电机轴上，检测转速 / 里程，实现闭环调速、精准移动（如走直线、定距离）；
避障传感器：超声波传感器（HC-SR04，测距 2~400cm）、红外避障传感器，实现自动避障；
巡线传感器：红外循迹模块，适合巡线小车；
姿态传感器（MPU6050）：检测倾角、加速度，实现平衡底盘（如自平衡小车）、越障姿态调整。
七、DIY 底盘入门避坑与关键注意事项
电机与电源不匹配：电机电压超电池电压，或驱动板电流小于电机堵转电流，导致动力不足、烧板，务必先核对参数；
重心过高：电池、主控放上层，易侧翻，重物尽量贴地；
电源干扰：电机与主控共电源，导致主控重启、传感器乱码，必须做电源隔离；
轮子打滑：地面光滑或轮子抓地力差，差速转向失效，选橡胶轮、适当增加电机扭矩；
减速比选错：减速比太小→转速快、扭矩小，推不动底盘；减速比太大→速度过慢，选 1:48~1:60 入门最稳妥；
结构强度不足：亚克力板底盘承重过大开裂，中大型底盘优先选铝合金。
八、入门级底盘搭建流程（极简步骤）
确定方案：选差速驱动 + 直流减速电机（入门最优）；
选核心部件：12V 直流减速电机（1:48）+ TB6612 驱动板 + 3S 锂电池（11.1V）+ 橡胶轮 + Arduino Uno + 亚克力底盘；
组装结构：固定电机、轮子、底盘框架，调整轮子同轴度；
接线：电池→驱动板，驱动板→电机，驱动板→Arduino，主控单独稳压供电；
基础调试：写简单程序实现电机正反转、调速、差速转向，测试运动稳定性；
扩展升级：加装测速、避障传感器，实现自动移动、闭环控制。