制作树莓派轮式机器人（一）

近几个月来，我非常专注于人形机器人和机器人交互等几个主题。最近我有一些额外的时间，决定采取下一步，真正的从头开始设计一个机器人。我觉得，既然是从头开始的第一个那么这个就应该是简单易行，并且比其他类型机器人更加简单的轮式机器人。

我将会写一系列的关于机器人以及我是如何一步一步的设计和完善机器人的博客。在本篇文章找那个，我将会讨论一些基本的概念和如何来给伺服和控制单元上电。

机器人相关概念

让我们来先定一下机器人的设计目标：

设计一个开源轮式机器人，具有能够探测障碍物以及识别遇到的物体的完整驱动解决方案。

鉴于这一目标，我们首先从机器人的一些基本需求开始，以及机器人需要的一些组件。我将根据以前在机器人修改中使用的原理来设计这个机器人，于是就产生了这些需求：

对于这个项目中的伺服电机，我将暂时重新使用我值得信赖的Dynamixel AX-12A，它具有连续旋转模式因此被用来作为轮子的驱动电机。然而考虑到这个开源项目的期望和这些电机的成本，将来可能会被替换。

这个机器人设计的重要原则之一是它需要由单个电源供电。在以前的机器人中，我总是采用将机器人的锂电源与独立的树莓派的电源的方案结合使用。这导致了多个项目问题，比如平衡问题或者无处不在的电池。

锂聚合物电池

在此机器人中，将采用单锂电池的方案，最终我选择了具有2200mA容量的Turnigy NanoTech 3S 这款。这应该足以给驱动电机和树莓派供电30~60分钟了，并且在将来也很容易增加容量。

电源转换

树莓派的输入电压是5V并且需要大约1~2A的电流。为了达到使用单锂电池的目的，我需要将3S的锂电池的最小输入11.1V到最大输入12.8V的电压做下转换。于是，我是用了HobbyKing上这款UBEC。这款UEBC可以将6V至23V稳点的转换成3A5.1V的输出，刚好适用于树莓派。

对于Dynamixel伺服电机，我将会使用官方的电源转换器SMPS2Dynamixel。此款转换器可以接收最大20V的输入，因此可以直接连到3S锂电池上。我们还需一个2.1/5.5 MM直流电源插孔，我设法找到了一个带有螺纹的接线端，当然你可以使用其他的来代替。

电源线

为了将UBEC和SMPS2Dynamixel连接到一个伺服上，我必须创建一个小型电源线束，将3S锂电池输出分到两个电源转换器上。于是，我手动使用了XT60电源插头和一些旱在一起的排线来组成一束线，并且在吗，模锻放置了螺旋帽来保护电源线末端。最后使用绝缘胶带来捆住它们，就像下图一样：

组装

接下来就是连接这些电子器件了。为了控制Dynamixel伺服电机，我将采用我信任的USB2AX，它支持通过Dynamixel串口协议来控制伺服。剩下的工作就是给电机和树莓派接通电源啦。说的再多不如来张图片：

为了连接整个解决方案，我不得不将UBEC直接挂接到了树莓派的5V/GND接头上。这样做需要极其小心，任何的正负极反接这样的错误将会直接烧毁你的树莓派。一定要确保红色是5V，黑色的接地，然后连接到树莓派上的接口上。

看一下这张稍微放大的图片，展示了树莓派和UBEC之间的连接极性，可以点击它看完整的放大图片（不用点了，翻译时放的图片就是最大的）：

在这篇文章中，我放大了大项目计划，特别是布置了电源设置。在下一篇文章中，我将从机器人的3D设计开始，并展示如何使用Fusion 360来创建机器人的设计。

本文由看雪翻译小组zplusplus翻译

2017-03-30

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