DIY火星毅力漫游者的Arduino复制品

在本教程中，我将向你展示我如何建立一个火星毅力漫游者的复制品。当然，受到目前正在探索火星的真正的漫游者的启发，我设计了这个漫游者，让每个热爱这项技术的人，学生，制造商，机电电子学或机器人爱好者等等，都能很容易地按照这个视频中的说明，建造他们自己的火星漫游者。

概述

让我们来看看这款漫游车的主要功能。它采用了摇杆转向架悬架，允许漫游者在不平的地形上平稳运行，并可以攀爬障碍物，如岩石，这些障碍物的大小是车轮直径的两倍，同时保持所有六个车轮始终与地面接触。每个车轮都有独立的直流电机，可向前或向后驱动漫游者。

四个角轮具有单独的转向伺服电机。为了有效地控制漫游者的方向，避免在弯道上行驶时轮胎打滑，我们正在实施阿克曼转向几何图形．有了这个几何，我们可以计算速度和角度的每个车轮取决于转弯半径。

这意味着，当转向时，内转向轮将有一个更大的角度比外转向轮。同时，内轮的速度会比外轮慢。

为了控制漫游者，我使用了一个廉价的商用RC发射器，它向漫游者发送指令。在漫游者我有合适的RC接收器接收命令，并将它们发送到Arduino板。是的，这个火星探测器的大脑实际上是一个Arduino MEGA板，为了方便连接所有东西，我做了一个定制的PCB，可以简单地安装在Arduino MEGA板的顶部。

漫游者还具有一个位于摄像机单元的FPV摄像机。它由步进器和伺服电机控制，我用智能手机接收实时视频。

我想在这里指出的是，许多部件实际上是没有功能的，或者它们只是为了与真正的漫游者的外观相匹配。另外，机器人手臂也不见了，但我计划在未来的视频中做这个手臂，给这个探测器增加更多的功能。

尽管如此，现在让我带你走过建造它的过程，从设计漫游者开始，连接电子元件，并为Arduino板编程。必威lol

DIY火星探测器3D模型

我用3D体验设计了这个火星探测器Solidworks实际上是这个视频的赞助商。

3DEXPERICE SOLIDWORKS是一个具有云功能的SolidWorks，我们通过3DEXPERICE平台。在这里，一切都通过云，所以你或团队中的任何人都可以随时从世界任何地方访问数据或模型。3DEXPERICE平台还包括许多有用的生产力和数据管理应用程序。

例如，项目规划应用程序是一个很好的方式来组织你的任务，设置截止日期和跟踪你的进展。有了3D Markup应用程序，你可以在任何设备上查看、探索和记录模型，比如笔记本、平板电脑甚至智能手机。

还有一个单独的、基于云的三维建模器，名为SOLIDWORKS xDesign，在浏览器中运行。它可以与Solidworks结合使用，也可以单独使用，无论何时何地，在任何设备上，它都非常适合建模。

然而，对于在座的各位来说，最激动人心的消息是，从今年下半年开始，将会有一个3DEXPERIECE Solidworks的maker版本每年只要99美元就能买到。非常感谢Solidworks赞助这样的教育内容。

如果您想知道SOLIDWORKS和3experience平台是否可以为您工作，请查看以下链接。

试用3experience免费与我的特殊链接:www.solidworks.com/HTMTryNow

了解更多关于3experience SOLIDWORKS的信息:www.solidworks.com/HTMLearnMore

SOLIDWORKS for Makers:www.solidworks.com/htm

好的，让我们回到模型上，解释一下我是如何设计路虎的。我的目标是让这辆火星车看起来尽可能接近真正的火星车。上美国宇航局官方网站有一个火星探测器的3D模型，所以我下载并在Blender中打开了它。

我拍了3张照片的前面，顶部和侧面的漫游者，并导入Solidworks。我想要轮子的尺寸是130mm直径，所以我按照这个尺寸缩放了图片。

然后从这里我取了所有的关键尺寸，比如宽度，长度，高度，车轮之间的距离，摇臂-转向架悬挂的尺寸等等。

现在，根据这些尺寸以及我计划使用的直流电机和伺服系统，我设计了一种能够轻松进行3D打印和组装的路虎零部件，同时尽量保持外观与原始外观接近。

对于摇臂-转向架悬挂，我使用20mm圆形铝型材，而对于基础框架，我使用20mm t槽铝型材。

当然，你可以在这里下载这个3D模型以及3D打印所需的STL文件:

3D打印火星漫游者复制品零件

对于3D打印部件，我使用了旧的Creality CR-10以及新的CR-10 V3 3D打印机。如果你想用柔性材料打印轮子，你肯定需要一台带有直接挤出机的打印机，就像CR-10 V3一样。

这两款3D打印机都提供了良好的打印质量，同时也相对便宜。如果你感兴趣，这里有链接，你可以看看:

• Creality CR-10……亚马逊/邦古德
• Creality CR-10 V3……亚马逊/邦古德/aliexpress.

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另见：最佳预算示波器初学者和制造商–2021年更新

3D打印零件时，在切片软件中使用水平扩展功能非常重要。我使用了–0.1mm的值。此功能补偿打印时灯丝的膨胀。

如果不使用，例如，如果零件有一个直径为20mm的孔，那么实际3D打印零件的孔将在19.8mm左右，我们将无法组装它。

尽管如此，这里是所有的3D打印部件。

老实说，打印的数量有点疯狂，但这是获得月球车独特外观的唯一方法。不过，如果你选择只打印探测器的功能部件，你可以将打印时间缩短一半。

DIY火星漫游者的零件清单

以下是组装这个DIY火星探测器所需的组件列表。电子元件的列表可以在本文的电路图部必威lol分找到。

• T形槽铝型材20x20mm………。。亚马逊/邦古德/aliexpress.
• t形槽剖面角括号 ....................亚马逊/邦古德/aliexpress.
• 铝圆管20mm ...................亚马逊/aliexpress.
• 杆端接头8mm…………………………………。。亚马逊/邦古德/aliexpress.
• 8x轴承608RS - 8x22x7mm ..............亚马逊/邦古德/aliexpress.
• 8 x轴承626rs - 6x19x6mm ............ ......亚马逊/邦古德/aliexpress.
• 5x轴承625RS - 5x16x5mm ...............亚马逊/邦古德/aliexpress.
• M3螺栓不同长度 ..............................亚马逊/邦古德/aliexpress.
• 4 x伺服角 .................................................亚马逊/邦古德/aliexpress.

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我们还需要各种长度的M4、M5和M6螺栓。您可以查看以下所需螺栓和螺母的完整列表。

你也可以从当地的五金店买到螺栓和螺母。

组装漫游者

好吧，现在我们可以开始组装流动站。首先，我们需要准备铝型材。我用金属手锯将它们切割成尺寸。

我们需要10个t型槽轮廓为基础和8个圆形轮廓为摇臂-转向架悬挂与以下尺寸。

为了装配t型槽型材框架，我们使用了合适的t型槽角托架和一些螺栓和螺母。一旦我们有顶部和底部框架准备好，我们可以通过插入摇杆接头3D打印部分的侧面，和一些3D打印支架在前面和后面的基础。为了将它们固定到位，我们需要M3螺栓和t型槽螺母。

对于摇杆接头，我使用了M5螺栓和螺母。前侧型到摇臂接头的距离需要为134mm。

安装摇臂-转向架悬架

接下来，我们可以插入摇臂-转向架悬挂的主轴承到位。然后，我们有摇臂联合轴将连接到基地使用一个M8螺栓。

轴有一个槽，我们可以插入一个M8螺母，这是用来固定它的基地。轴的孔为7.5mm，这样螺栓和轴之间就有了紧密的连接。通过这种方式，我们实际上加强了3D打印轴，因为螺栓本身将承担一些重量的漫游者。这是整个总成中应力最大的部分，因为整个重量的月球车是由摇杆轴支撑的。我们打印零件的方式对零件的强度非常重要。

我最初打印这个轴更简单的方式，没有支持材料是需要的，但打印失败了。

这样，主要的应力作用在不那么强的图层上，但如果我们把部分打印到侧面，应力作用在墙壁轮廓上，那部分就会更强，不会损坏。

然而，现在我们将继续组装摇臂-转向架悬挂与车轮接头和电机安装，然后我们将这些子组件连接到摇臂轴。

孔的部分，20mm圆形型材去尺寸有一个紧密的配合，所以在某些情况下，我们需要使用锉刀或砂纸使他们适合。

现在，为了正确地组装这些部件，我们需要在精确的位置在圆形配置文件中挖洞。为此，首先我们将在配置文件上标记一条直线。

接下来，我们可以将轮廓线插入到3D打印的零件中，标记线穿过零件的孔。然后我们就可以在那部分的两边标出我们需要钻孔的位置。

在剖面的另一侧，我们需要重复相同的过程。

我用2.5mm的钻头钻孔，然后用M3螺栓在型材上做了一个螺纹，我们将用它来拧紧零件。

铝型材比螺栓软，所以很容易使螺纹与螺栓本身。按照这种方法钻孔是非常重要的，以便在最后所有的部分都定位为他们应该相对于彼此。

对于转向架接头，我们也使用两个轴承和一个M8螺栓。

一旦我们完成了摇臂-转向架悬挂安排，我们可以继续组装方向盘接头。方向盘连接部分由两部分螺栓连接而成。

对于伺服安装部分和直流电机安装部分的实际连接或连接，我们使用两个轴承和一个M6螺栓。

在顶部或螺栓的头部，我们需要附加一个伺服喇叭，我们做的帮助这个3D打印耦合器和一些M3螺栓。

联轴器有一个六角形槽，伺服运动将通过该槽传递到螺栓上。在底部，我们可以拧紧接头的另一部分。

我们用M6螺母固定这个连接。这就完成了方向盘的连接，尽管稍后我将意识到我们实际上需要在底部添加另一个M6螺母，并将其紧固到其他螺母。

我们需要这样做，因为使用螺母本身，从伺服的运动转移到直流电机安装部分，如果不拧紧另一个螺母，整个接头将拧松。

相同的程序适用于另一个角接头。我们知道我们已经正确连接了一切，如果我们将这个装配放在平坦的表面上，并且所有三个电机安装架均匀或所有它们都彼此平行。

当然，我们用同样的方法组装另一边。然而，我们可以注意到，虽然有些部分看起来是相同的，但它们不是相同的部分，但它们实际上是镜像的。

接下来，我们需要将这些组件插入到基础框架或底盘上的摇臂联合轴上。在我们这样做之前，我们需要插入一些螺纹黄铜插入轴。

使用烙铁，我们可以很容易地插入到位，因此我们得到一个良好和可靠的螺纹孔，以确保悬挂组件。为此我们需要四个M4螺栓。

一旦我们在两侧安装它们，我们可以注意到机箱会自由下落或旋转。所以，为了使摇臂转向架悬架正常工作，我们实际上缺少了一些东西，那就是差速器。

通过差速器，两个摇杆相互连接，并与路虎底盘相连。使用此配置，当一侧旋转时，另一侧以相反方向旋转，从而提供大致相等的车轮接触。

底盘将有一个平均俯仰角度的两个摇杆。

这里是组装这个差速器所需的所有零件。

由于差异条相当长，我将其用三块螺栓固定在一起制成，这样我们就可以在更小的3D打印机上进行3D打印。差动杆将在底盘中部枢转，该接头由两个轴承和M8螺栓构成。

为了连接差速器和摇杆，我们需要一个杆端球接头。我正在使用M8杆端球接头，我们还需要一个M8螺纹杆50mm长度。螺纹杆进入3D打印的部分，其中有一个M8螺母在一边，另一边它进入杆端球接头。

在这里，我们需要调整3D打印差速连杆和杆端之间的距离，该距离需要在20毫米左右，以便底盘保持水平。为了将差速器连杆与摇臂杆连接起来，我们使用了两个轴承和一个M5螺栓。

我们在另一侧也重复这个步骤，这样我们的摇臂-转向架悬挂就完成了。一边上升，另一边下降，反之亦然。

这使得所有的轮子都能一直与地面接触。底盘的运动只有腿的一半，或底盘有一个平均俯仰角度的两个摇杆。

另见：Arduino机械臂和Mecanum车轮平台自动操作

组装火星探测器的发动机

好了，接下来我们可以安装直流电动机了。我使用的电机直径为37mm，运行在12V，有一个变速箱输出50RPM。

尽管后来我意识到50RPM对这个漫球者来说有点太大了，所以我建议选择20或10 RPM版本。

为了把轮子连接到电动机上，我做了这些轴联轴器。

这里我们需要安装M3螺纹插入件，用于将耦合器固定到轴上，也用于将车轮固定到耦合器上的M4螺母。当插入螺母时，我们还应该添加一些胶水，以使它们牢固地固定在地方，或使用螺纹插入代替。

接下来，我们可以安装轮子。车轮由两部分组成。一个是轮子，我用柔韧丝打印的，但它不需要，另一个是用普通PLA打印的边缘。

轮辋具有装配到车轮中的槽，因此来自电动机的电力被转移到车轮上。我们可以在插槽中添加几滴胶水，以使它们更加安全。最后，我们可以使用4 m4螺栓将车轮连接到轴耦合器或直流电动机。

好了，接下来我们可以安装转向伺服电机。我使用的是高扭矩数字伺服系统，扭矩为25kgcm，操作电压从4.8到6.8V。为了确保伺服到位，我们使用了四个M3螺栓，这些螺栓进入伺服安装3D打印部分的M3螺纹插入件。

组装相机单元

接下来，我们可以组装摄像机。对于平移相机，我决定使用NEMA 17步进电机，但你可以改变这任何使用任何其他类型的电机这里。

使用M5螺纹杆将电动机运动转移到上部，该M5螺纹杆用3D印刷的轴联接器连接到电动机，另一侧我们使用轴承和两个螺母将螺纹杆固定到移动元件上。为了倾斜相机，我正在使用与我们用于方向盘的伺服器相同。

相机单元上的许多部件都不起作用，它们的出现只是为了与真正的漫游者的外观相匹配。为了装配这些零件，我们需要各种M3螺栓和一些螺纹嵌件。

不过，我也会在这里安装一个真正的FPV相机。我为它定制了一个支架，这样我就可以把它安装在相机单元的外壳上。相机很容易从顶部拿起，我们用一个贴合的盖子盖上。这是相机单元的最终外观。

我把整个相机组件安装在机箱的右前角。

在这一点上，我们可以继续组装剩余的3D打印部件，这些部件实际上没有功能，但只是为了与真正的漫游者的外观相匹配，或者连接电子部件，让漫游者工作。必威lol我决定先组装所有3D打印部件，然后再做电子部件。必威lol

组装剩余的探测器

就像我说的，下面的部分只是为了匹配探测器的外观，所以我不会详细介绍如何组装它们。你可以看到所有东西都需要从3D模型连接起来。

我花了很多精力设计这些部件，注意细节，让每件东西看起来都很好。

这些部分也相当大，需要一些时间来3D打印他们。

下面是我如何安装它们的快速视图。

在漫游车中间的最后两个顶部面板被设计成一个在漫游者中的卡扣。

他们实际上将作为一个引擎盖，可以很容易地拆除，因为电子元件将位于这个区域。

电子元件保持器由螺栓固定在一起的两个3D印刷部件，它进入底盘的底部框架。

必威lol

好了，现在我们可以继续研究电子设备了。必威lol首先，我们需要测量每个电机需要多少电线。我焊接电线直接对电机，因为我没有适当的电机连接器。我使用热收缩管隔离连接器。

在一些拉链的帮助下，我们可以引导和保持电线的清洁。

对于伺服电机，我们可以使用伺服延长线将电线延伸到电子隔间。必威lol电子安装必威lol部分有插槽，通过插槽我们可以通过电线到达探测器的中间。

总的来说，我认为电线出来相当干净的电线通过后面的可见部分。

另见：SCARA Robot |如何建造自己的基于Arduino的机器人

DIY火星漫游者电路图

让我们来看看现在这个流动站的电路图，看看需要如何连接。

你可以从下面的链接获得这个项目所需的组件:

• 直流电机12V 37mm .............................亚马逊/邦古德/aliexpress.
• 数字伺服25公斤 ..................................亚马逊/邦古德/aliexpress.
• DRV8871直流电机驱动器………………。亚马逊/邦古德/aliexpress.
• 步进电机- NEMA 17.....................亚马逊/邦古德/aliexpress.
• A4988步进电机驱动器………………。。…。。…亚马逊/邦古德/aliexpress.
• Arduino兆 .......................................亚马逊/邦古德/aliexpress.
• DC-DC Buck转换器.........................亚马逊/邦古德/aliexpress.
• 3 s脂肪电池 ........................................亚马逊/邦古德/aliexpress.
• XT60连接器 ....................................亚马逊/邦古德/aliexpress.
• FLYSKY RC发射机…………………。。亚马逊/邦古德/aliexpress.
• FPV摄像机和视频发射器....亚马逊/邦古德/aliexpress.
• FPV接收器由您选择

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为了驱动6个直流电机，我们使用了6个DRV8871直流电机驱动器，支持PWM控制和高达3.6A的峰值电流。直流电机工作电压12V，额定电流1A，失速电流3A。为火星车提供动力，我使用了一个提供大约12V电压的3S LiPo电池。

另一方面，伺服系统需要4.8到6.8V，因此我们需要一个dc - dc转换器，它将12V转换为6V。转换器需要能够处理大约8A的电流，因为我们使用的伺服系统非常强大，有大约2A的失速电流。对于驱动相机单元步进电机，我们可以使用A4988或DR8825步进驱动器。使用两个电阻，我们可以做一个简单的分压器，通过它，我们可以监测电池电压。

RC接收器是来自buck转换器的6伏电源，而FPV相机和它的视频发射器是由电池提供的12V电源。

定制印刷电路板

为了保持电子元件的组织，我为这个DIY火星必威lol探测器设计了一个定制的PCB。

这个PCB实际上将作为Arduino MEGA屏蔽，因为我们可以直接将它连接到Arduino MEGA板的顶部。除了电机驱动器，我还包括一个3.3V电压调节器和一个专用的NRF24L01连接，以防你想使用该模块控制探测器，以及一个DHT22传感器、指南针、I2C、串行通信、12V、5V、3.3V和GND连接。事实上，我对这个电路板进行了将来的验证以升级探测器的功能。

我点的是来自PCBWAY的PCB．在这里，我们只需上传Gerber文件，选择PCB的属性，并以合理的价格订购它。

我没有改变任何默认属性，除了PCB颜色，我选择了蓝色，以便与Arduino板匹配。您可以在下面下载Gerber文件，或者从PCBWay项bet188me目共享社区通过它你也可以直接订购PCB。

以下是您可以下载此DIY Mars Rover PCB的Gerber文件：

然而，几天后，联委会来了。PCB的质量是伟大的，一切都是完全一样的设计。

随着一切都标记，组装PCB非常直接。我开始用焊接PCB底部的销标题，用于Arduino Mega Connection，然后继续上侧。我实际上使用了所有连接的PIN标头，因为它可以灵活地进行更改，如果某些东西无法正常工作。我没有焊接3.3V电压调节器以及一些免费的Arduino引脚，因为无论如何我都不会使用它们。

完成PCB组装后，我用两个螺栓将Arduino板固定到电子安装部件上，并将PCB添加到其中。必威lol

然后，我将每个电机连接到它们的驱动器，并将它们放置在PCB中的适当位置。伺服进入其适当的伺服引脚，以及步进驱动器，我使用一个跳线选择1/8th步进分辨率。

为了无线电通讯，我使用Flysky RC发射器和接收器这真的很实惠，而且效果很好。

接收器连接到Arduino，我们可以使用伺服延长线，因为我们需要三根线，VCC, GND和Signal pin。接收器通过I-BUS和串口与Arduino通信。如果我们要将数据从接收器发回发射机，在我们监测电池电压的情况下，我们还需要将接收器的传感器I-BUS连接到另一个Arduino串口。

buck转换器是固定在地方使用两个螺栓，为确保LiPo电池，我使用了两个橡皮筋，这样我可以很容易地拆卸电池充电。

电源开关位于火星车的右后面板。我用了20号的电线连接，因为当探测器完全启动时，通过电线的电流可能会达到几安培。确保你再次检查你与这些电线的连接，因为如果你连接错误，你可能会点燃东西。

最后，我们可以将FPV摄像机连接到12V电源，并将视频信号线连接到同样需要12V电源的视频发射机。这样，我们就完成了电子产品。必威lol

我们可以把面板放回原位，我们就完成了这个DIY火星漫游者。实际上，我们差不多完成了，因为我们现在需要给这台机器赋予生命，或者给Arduino编程。

DIY火星漫游者编程- Arduino代码

在这里，您可以下载这个DIY火星探测车项目的Arduino代码：

代码概述

因此，我们使用IBusBM库从RC发射机读取输入数据。

//从RC变送器IBus.loop（）读取数据输入；ch0=IBus.readChannel（0）；ch1=IBus.readChannel（1）；ch2=IBus.readChannel（2）；ch3=IBus.readChannel（3）；ch6=IBus.readChannel（6）；

然后我们将这些值转换为右转弯半径值，左转弯半径值和漫游者速度从0到100%。

//转向右if (ch0 > 1515) {r = map(ch0, 1515, 2000, 1400, 600);//转向半径从1400mm到600mm} //转向左边else if (ch0 < 1485) {r = map(ch0, 1485, 1000, 1400, 600);//从600mm到1400mm的转弯半径}// Rover speed in % from 0 to 100 s = map(ch2, 1000, 2000, 0,100);//漫游者的速度从0%到100%

我们使用转弯半径“r”值来计算方向盘角度以及车轮速度。

void calculatemotorsspeed（）{//如果没有转向，则所有轮子速度都是相同的 - 直动移动if（ch0> 1485 && ch0 <1515）{speed1 = speed2 = speed3 = s;} //在转向时，车轮速度取决于转弯半径值{//外轮子，从转弯点的最远轮子，具有由于流动廊几何形状而具有最大速度//，所有三个外轮子应几乎以相同的速度旋转。它们只有1％，所以我们烟不一致。speed1 = s;//内部前部和后轮与外速2 = S * SQRT（POW（R-D1），2））/（R +D4）;//内部中间轮最接近转弯点，具有最低速度3 = S *（R-D4）/（R + D4）;} //从0到100％到PWM值的速度值从0到255 speed1pwm = map（圆形（speed1），0,100,0,255）;speed2pwm = map（圆形（speed2），0,100,0,255）;speed3pwm = map（圆形（speed3），0,100,0,255）; } void calculateServoAngle() { // Calculate the angle for each servo for the input turning radius "r" thetaInnerFront = round((atan((d3 / (r + d1)))) * 180 / PI); thetaInnerBack = round((atan((d2 / (r + d1)))) * 180 / PI); thetaOuterFront = round((atan((d3 / (r - d1)))) * 180 / PI); thetaOuterBack = round((atan((d2 / (r - d1)))) * 180 / PI); }

正如我之前提到的，我们使用阿克曼转向几何来计算它们。这些值然后用于控制伺服使用ServoEasing库提供更平滑的伺服运动。

//伺服电机伺服W1.启动至（97-前端外侧）；servoW3.startEaseTo（97+上背部）；servoW4.startEaseTo（94-前线）；伺服6.startEaseTo（96+背靠背）；

使用analogWrite()函数控制直流电机，该函数实际发送PWM信号到直流电机驱动器。

// Motor Wheel 1 - Left Front analogWrite(motorW1_IN1, speed2PWM);// PWM值digitalWrite(motorW1_IN2, LOW);/ /前进

总的来说，代码并不复杂，因为探测器本身没有复杂的功能。但是，我确实计划在以后的视频中增加更多的功能，比如GPS导航，各种传感器，机械臂，土壤收集机构等等。

我希望你喜欢这个项目，并学到一些新的东西。请在下方的评论部分提出任何问题，并检查我的Arduino项bet188me目集合．