还在羡慕大疆 RoboMaster S1？技术宅教你自制全向麦克纳姆轮战车！

arduino 麦轮智能车

铁熊

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发布时间: 2020-06-09

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![](https://cf04.ickimg.com/bbsimages/202006/9efa4275a84c0a966e79fe6e105728c9.png)

先来看一下成品照片：

![成品图](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b4431f7777490.jpg)

再来看一下演示视频：

https://v.qq.com/x/page/g0766n9ses9.html

世界万物，皆有源起，一个事物没有外力的情况下，它会始终保持原状，但是当它和另一个事物相结合后，就会有一个全新的事物诞生。比如：

- 当奇点遇上大爆炸便诞生了宇宙

![1](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b3d83ac912374.jpg)

- 当大黄鸭遇上平底锅便诞生了烧鸭

![2](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b3da5cf167823.jpg)

- 当蝙蝠遇到土豪便诞生了蝙蝠侠

![3](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b3dc70c324549.jpg)

- 当小鲜肉遇到高卡路里快餐便诞生了肥宅

![4](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b3dcc9c768613.jpg)

- 当照片遇到 PS 便成了“照骗”

![5](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b3eeee8951507.jpg)

接下来我们来感受一个场景：当你深夜回家，在小区的转了一圈又一圈，好不容易找到一个车位，但是发现前面的车乱停，剩下的空档大小正好只能停放你的车，连一点空隙都不给你，你说怎么办？

![6](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b3d95b2b83168.jpg)

但是，眼睁睁的看着一个车位 就是停不进，是不是很不爽？是不是很火？是不是感到整个世界对你深深的恶意？甚至开始怀疑人生？

于是，新的组合开始了，你有没有想过，当横行霸道的螃蟹遇到了汽车 会发生什么？

![7](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b3db8f9088242.jpg)

这就是神奇的麦克纳姆轮，确认过眼神，遇见对的轮，感受一波神奇的操作：横向入库。

![8](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b3d70cee16862.jpg)

麦克纳姆轮（下文简称“麦轮”）的神奇全向行动能力，一直是众多机器人的首选方案，例如 RoboMaster 机甲大师比赛中，各种机器人车轮便采用的就是麦克纳姆轮。

![机甲大师：图片来自RoboMaster官网：https://www.robomaster.com/zh-CN/resource/image](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b580e94e50612.jpg)

但麦轮动戈几百的价格，让热爱它的小伙伴们望而却步。那是否麦轮就与我们普通创客爱好者没有关系、太遥远了呢？当然不是，本教程就教你自制麦轮，并用麦轮设计出一辆麦轮战车。只要你身边有 3D 打印机和激光切割机（可选），那么就跟我一起制作出一辆麦克纳姆轮全向小车吧！

是不是很心动了呢？别犹豫了，拿起你的工具，准备好你的 3D 打印机，准备开干吧！

# 自制麦轮

首先你要准备好如下材料和工具：

材料：

- 26mm 长标准大头针，每个轮子需要 9 枚，共 36 枚
- 3D 打印麦轮零件（包含大轮和从动轮）
- 9mm 热缩管

工具：

- 热风枪
- 502 胶水
- 美工刀
- 镊子

1、将麦轮模型用 3D 打印机打印出来，每个轮子由 1 个大轮与 9 个从动轮组成。左旋与右旋模型各打印两个，从动轮左右通用打印 4×9=36 个，如下图所示。

![10](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b3e619a168357.jpg)

2、① 将热缩管裁剪至适当长度套在小从动轮上，② 用镊子夹住使用热风枪加热热缩管，使热缩管受热缩紧，③ 最后使用美工刀将边缘多余部分热缩管割掉。如下图所示。

![11](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b3f21ecb13723.png)

3、用大头针穿过从动轮并固定在大轮上，确保足够顺滑即可，如下图所示。

![12](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b5ad39d483291.png)

5、重复上述步骤，如下图所示，麦克纳姆轮就制作完成啦！

![13](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b57a0ab125610.jpg)

6、接下来是制作麦轮战车底盘。用塑料销钉和电机固定座将 4 个 N20 减速电机分别固定在激光切割的木板底盘上，将麦轮安装在电机轴上，如下图所示，底盘就完成啦。

![14](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b5802f5e31207.png)

# 制作车体

接下来就要开始制作麦轮战车了。你要准备好如下材料和工具，如下图所示：

材料：

- Arduino 核心控制板 Athena×1
- 电机驱动 ×2
- 超声波模块 ×1
- 3.7V 锂电池 ×1
- 麦轮战车底盘
- 激光切割木板结构件
- 杜邦线导线若干
- 铜柱螺丝若干
- 塑料销钉若干

工具：

- 电烙铁

![15](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b95e53fd26091.png)

1、首先将电机与电机驱动之间焊接好导线，并将各电机信号线以及电源线用杜邦线母头引出待用，如下图所示。

![16](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b917bf9571547.jpg)

2、准备好前挡板与电池仓挡板以及固定件，如下图所示。

![图：前挡板与固定件](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b933068221189.jpg)

![图：电池仓挡板与固定件](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b876a7b538698.jpg)

3、安装好电池仓与前挡板，如下图所示。

![19](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b91c65ea24840.jpg)

![20](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b920010c15609.jpg)

![21](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b88029f113886.jpg)

4、将 Arduino 核心板固定好后，将底板引出信号线与电源线接好。共 8 根信号线控制 4 个电机的正反转，如下图所示。

![22](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b875940b40659.jpg)

5、将超声波模块和固定座固定好后装在小车上。适当移动电池与零件位置，将小车重心保持在小车中间位置，至此，麦克纳姆轮小车就完成啦！完成后的麦轮战车如下图，是不是还有点萌呢？

![23](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b86f1da561688.jpg)

其实他还能换头像呢，分分钟换个酷炫的麦熊头像，如下图所示。

![24](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b883ad0f26964.jpg)

# 电路设计

此小车采用的是 Athena 核心控制板，此主控板兼容 Arduino Uno 主控板，如下图所示，自带传感器接口与蓝牙接口，可以满足大部分项目需求。

![图25 Athena核心控制板](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b88763b060787.png)

我们知道 Arduino 不管是 UNO 还是 Nano，都只有 6 个 PWM 口（3、5、6、9、10、11），没法实现 8 个电机的调速，MEGA2560 有 8 个以上的 PWM 口，但是体积过大，不适合该项目，我在引脚分配上做出了调整，使用 4 个 PWM 与 4 个数字口就可以实现 4 个电机的调速，我们知道 PWM 简而言之就是数字口的占空比，当一个引脚为低电平，一个输出 PWM 信号时，可以调节速度为 0-255，255 为最快。经过试验，一个引脚为高电平时，一个输出 PWM 信号时，调节速度也是 0-255，区别就是 255 是停止，PWM 输出 0 时为最快。这样，只需要在程序中调节 PWM 的参数与数字口的输出，就可以控制电机的速度与旋转方向了。调速说明如表 1 所示。

![表：调速说明](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b8657ec252347.png)

有了 Athena 核心控制板的介绍和 PWM 调速说明，整个麦轮战车的电路原理图就很简单啦，具体如下图所示。

![26](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b877db7d45087.png)

# 程序设计

麦克纳姆轮与普通轮子的区别在于麦克纳姆轮旋转时，由于存在斜向的从动轮，会同时产生一个斜向的力，当我们控制轮子旋转的速度与方向时，将斜向的力增强或抵消，从而实现小车的全向移动。可以完成横移、斜方向移动等普通小车无法完成的高难度动作，如下图所示。

![27-wheel-rotations](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b866c27514920.jpg)

图 27（来自网络：https://www.roboteq.com/index.php/component/easyblog/entry/driving-mecanum-wheels-omnidirectional-robots?Itemid=1208）

麦轮战车采用手机 App 遥控的方式来进行操作，手机端控制采用的是“可控 Ctrl”App（App 作者个人网站：http://www.pengzhihui.xyz/），可在腾讯应用宝下载。手机与战车之间通过蓝牙通信，手机端通过摇杆控制小车的全向移动。

麦轮战车下位机端的编程思路是：摇杆通过蓝牙返回 Joy_x 与 Joy_y 两个变量，最大为 1，最小为-1，两坐标遍历半径为 1 的圆内，程序中有 8 个方向移动的子程序，程序思路是摇杆半径大于 0.5 以后，开始判断属于哪个范围内，并执行相对应的子程序。最开始采用的是判断坐标范围，发现效果并不理想。最终采用通过 Y/X 计算 tan 值大小与 Joy_x 与 Joy_y 构成坐标的象限，计算出所在的区域，这样的方法在内圆内不作执行指令，方便操作。另外可以将整周的圆八等分，算法简洁可靠。摇杆部分算法如下图所示，完整程序详见附件。

![28](https://i.loli.net/2019/07/13/5d293b86454bf18271.png)

至此，完整的麦轮战车就完成啦！

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