iForm造物课程麦克纳姆轮小车（iForm造物课程麦克纳姆轮小车）
无线遥控技术在人们日常生活中的使用范围非常广泛。相较于传统的有线控制，无线遥控十分便捷，尤其是在远距离控制场景中，例如拆弹机器人进行拆弹作业、卫星变轨、好奇号火星探索器等。作为一名创客老师，本着“自己动手，丰衣足食”的创客精神，使用无线遥控技术，就开始构思设计一个遥控车。
项目分析在设计之初，我希望设计的是一款能够多向运动的遥控车，同时可以使用常见的手柄来控制。
考虑到遥控车的移动需要比较灵活来应对复杂的地形，选择使用麦克纳姆轮，遥控车可以实现竖直运动、水平运动、斜向运动、角旋转、中心旋转、边旋转等。
遥控车使用Arduino作为主控板，使用PCA9685模块来作为电机驱动，HC-05模块来进行蓝牙通讯。使用4路直流电机作为动力输出。遥控手柄使用PS2手柄来控制小车的运动。
为了保证电机运动的稳定性，需要设计稳压电路，采用5V 2A的稳压输出。
Arduino中常用的马达驱动无法精确控制电机运动，而PCA9685模块，主要起到精确控制电机运动的作用，采用I2C通讯，只需要几根I2C线就可以控制16路PWM，周期和占空比都可控。
电机这里使用的是TT马达。
使用HC-05蓝牙模块进行通讯。
使用PS2手柄来发送运动指令。
Arduino与PCA9685模块通过I2C进行通讯。
Arduino主控板*1
PCA9685集成电路板*1
PS2手柄蓝牙接收器*1
PS2手柄*1
TT马达*4
麦克纳姆轮*4和车架*1
18650电池盒*1
18650电池*2
Step 1、先将TT马达安装在底座上。
Step 2、安装麦克纳姆轮
Step 3、安装Arduino底座
Step 4、安装Arduino
Step 5、安装PCA9685集成电路板
Step 6、安装蓝牙接收器，并接线
Step 7、将电池盒中安上电池，底部贴上双面胶，粘在底板上
全向麦轮控制原理
编程软件使用Mixly，项目使用的是1.2.5版本，加载MotorShield拓展库。拓展库地址：
链接：
https:///s/1ZpXFBouasjTgFojlXRJqPA
提取码：mld4
先编写各个方向的运动程序。需要编写的运动程序有：
1. 前进（moveForward）
2. 后退（moveBackward）
3. 左转（moveLeft）
4. 右转（moveRight）
5. 45°方向移动（move45）
6. 135°方向移动（move135）
7. 顺时针旋转（turnAroundCW）
8. 逆时针旋转（turnAroundCCW）
9. 停止（moveStop）
手柄按键与运动方向的对应关系，如下图所示。
参考程序如下：
参考C 代码：
#include <Wire.h>
#include <PS2X_lib.h>
#include <Adafruit_MS_PWMServoDriver.h>
#include "QGPMaker_MotorShield.h"
#include "QGPMaker_Encoder.h"
QGPMaker_MotorShield AFMS = QGPMaker_MotorShield();
PS2X ps2x;
QGPMaker_DCMotor *DCMotor_1 = AFMS.getMotor(1);
QGPMaker_DCMotor *DCMotor_2 = AFMS.getMotor(2);
QGPMaker_DCMotor *DCMotor_3 = AFMS.getMotor(3);
QGPMaker_DCMotor *DCMotor_4 = AFMS.getMotor(4);
void moveForward() {
DCMotor_1->setSpeed(200);
DCMotor_1->run(FORWARD);
DCMotor_2->setSpeed(200);
DCMotor_2->run(FORWARD);
DCMotor_3->setSpeed(200);
DCMotor_3->run(FORWARD);
DCMotor_4->setSpeed(200);
DCMotor_4->run(FORWARD);
}
void move45() {
DCMotor_1->setSpeed(200);
DCMotor_1->run(FORWARD);
DCMotor_3->setSpeed(200);
DCMotor_3->run(FORWARD);
DCMotor_2->setSpeed(0);
DCMotor_2->run(RELEASE);
DCMotor_4->setSpeed(0);
DCMotor_4->run(RELEASE);
}
void move135() {
DCMotor_2->setSpeed(200);
DCMotor_2->run(FORWARD);
DCMotor_4->setSpeed(200);
DCMotor_4->run(FORWARD);
DCMotor_1->setSpeed(0);
DCMotor_1->run(RELEASE);
DCMotor_3->setSpeed(0);
DCMotor_3->run(RELEASE);
}
void moveBackward() {
DCMotor_1->setSpeed(200);
DCMotor_1->run(BACKWARD);
DCMotor_2->setSpeed(200);
DCMotor_2->run(BACKWARD);
DCMotor_3->setSpeed(200);
DCMotor_3->run(BACKWARD);
DCMotor_4->setSpeed(200);
DCMotor_4->run(BACKWARD);
}
void turnAroundCW() {
DCMotor_1->setSpeed(200);
DCMotor_1->run(FORWARD);
DCMotor_2->setSpeed(200);
DCMotor_2->run(BACKWARD);
DCMotor_3->setSpeed(200);
DCMotor_3->run(BACKWARD);
DCMotor_4->setSpeed(200);
DCMotor_4->run(FORWARD);
}
void turnAroundCCW() {
DCMotor_1->setSpeed(200);
DCMotor_1->run(BACKWARD);
DCMotor_2->setSpeed(200);
DCMotor_2->run(FORWARD);
DCMotor_3->setSpeed(200);
DCMotor_3->run(FORWARD);
DCMotor_4->setSpeed(200);
DCMotor_4->run(BACKWARD);
}
void moveLeft() {
DCMotor_1->setSpeed(200);
DCMotor_1->run(BACKWARD);
DCMotor_2->setSpeed(200);
DCMotor_2->run(FORWARD);
DCMotor_3->setSpeed(200);
DCMotor_3->run(BACKWARD);
DCMotor_4->setSpeed(200);
DCMotor_4->run(FORWARD);
}
void moveRight() {
DCMotor_1->setSpeed(200);
DCMotor_1->run(FORWARD);
DCMotor_2->setSpeed(200);
DCMotor_2->run(BACKWARD);
DCMotor_3->setSpeed(200);
DCMotor_3->run(FORWARD);
DCMotor_4->setSpeed(200);
DCMotor_4->run(BACKWARD);
}
void moveStop() {
DCMotor_1->setSpeed(0);
DCMotor_1->run(RELEASE);
DCMotor_2->setSpeed(0);
DCMotor_2->run(RELEASE);
DCMotor_3->setSpeed(0);
DCMotor_3->run(RELEASE);
DCMotor_4->setSpeed(0);
DCMotor_4->run(RELEASE);
}
void setup() {
AFMS.begin(50);
int error = 0;
do {
error = ps2x.config_gamepad(13, 11, 10, 12, true, true);
if (error == 0) {
break;
} else {
delay(100);
}
} while (1);
for (size_t i = 0; i < 50; i ) {
ps2x.read_gamepad(false, 0);
delay(10);
}
}
void loop() {
ps2x.read_gamepad(false, 0);
delay(3);
if (ps2x.Button(PSB_PAD_UP)) {
moveForward();
}
if (ps2x.Button(PSB_PAD_DOWN)) {
moveBackward();
}
if (ps2x.Button(PSB_PAD_LEFT)) {
moveLeft();
}
if (ps2x.Button(PSB_PAD_RIGHT)) {
moveRight();
}
if (ps2x.Button(PSB_CROSS)) {
moveStop();
}
if (ps2x.Button(PSB_CIRCLE)) {
turnAroundCW();
}
if (ps2x.Button(PSB_TRIANGLE)) {
move45();
}
if (ps2x.Button(PSB_SQUARE)) {
turnAroundCCW();
}
}
参考程序链接：
链接：
https:///s/1JzGkEWGkdWmkXn1dES2s7g
提取码：aq8n
常见问题
问：遥控车，无法前进、后退。
答：遥控车接线错误，参考接线图如下，将旋转错误的引脚反接到另一端。
问：遥控车无法左移、右移。
答：在安装时，需要注意麦克纳姆轮的安装顺序，参考下图修改麦克纳姆轮的安装。
麦克纳姆轮小车的整体功能已经完毕，裸露的电线和主板，并不美观，对于一个作品来说，美的外观也是重要的。先对麦克纳姆轮小车的车壳进行3D建模。使用Rhino 7 来进行建模。Rhino是是美国Robert McNeel & Assoc.开发的PC上强大的专业3D造型软件，它可以广泛地应用于三维动画制作、工业制造、科学研究以及机械设计等领域。建模完成导出stl格式。
打开FlashPrint软件，使用的是闪铸的打印机，因此使用了FlashPrint软件，导入stl文件，进行切片。
放入到打印机中，进行打印。
3D打印之后，模型就已经具备了，接下来需要对模型进行吸塑，制作外壳，吸塑使用的是iForm桌面式智能真空成型机。
取一张1.0mm的HIPS，放入到吸塑机当中。旋转把手，将HIPS耗材放入到上下夹板 当中。
抬升把手到顶部，将模型放入到吸塑平台当中，并设置吸塑参数为HIPS、1.0mm、 175℃、吹气开，对耗材进行加热。
等待加热完毕，下压把手，进行吸塑，吸塑结束后，系统会自动进行冷却并吹塑。
取出模型，模型的细节也被很好地吸塑出来。
裁剪多余的耗材，将小车外壳裁剪下来。
对小车外壳进行彩绘。在HIPS耗材上进行彩绘，丙烯颜料无法良好地附着在耗材上，需要先使用油漆进行预处理，再使用丙烯颜料绘制，这里使用了黄色油漆，并在油漆上有黑色丙烯颜料绘制。
最后在外壳底部粘上双面胶，将外壳与车架粘在一起。别忘了打开电池开关，和手柄开关。就可以愉快地试验了。
整个作品通过Arduino、3D打印、iForm吸塑机来实现，将创客领域常用的工具结合在一起。Arduino造就了作品的灵魂，3D打印赋予作品更多外延的结构，而iForm吸塑机对模型更加便捷地翻模制作、二次加工。
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