一起来开发一个磁条机器人（二）_专栏

描述

上一篇文章对磁条机器人应该具有的功能进行了分析
这一篇我们按照上一篇总述的顺序，对磁导航机器人进行一个整体的设计。

我们按照三个方向：机械、嵌入式、算法，来进行分析。这一篇文章主要介绍机械部分的内容，剩下的留给以后的篇章。

机械设计

机械设计将是我介绍最简单的部分。对于这个机器人的机械设计，我本身是有以下几个基本需求的：

负载能力达到要求：我设计的机器人负载大概在50kg可以正常行走
外观：好外观就像贵皮肤一样，是要付费的，但我至少要选一个性价比高的皮肤
安装方便：涉及到机器人器材选型，小到螺丝的尺寸，大到外壳如何方便安装
一个昂贵的AMR机器人的结构设计，是要花费大量的时间进行修修改改的。好在我们设计的是一个磁条机器人。

机械设计——负载

1. 决定机器人负载能力的最重要的部分——电机

由于磁条机器人的行走特点是沿磁条轨道进行移动，因此不需要里程计、IMU这一类信息。因此我们选择的是直流减速电机。直流，通电就能转动，减速，通过电机内部的齿轮结构，实现不同的转速。

根据我的负载需求，我选择的电机属于行星齿轮减速电机，性能是80转/min。简单说一下，电机每分钟转数越低，它的转矩就会越大，转矩代表着这个电机究竟能带动多重的负载。选型也很简单，首先确定你要做的机器人产品的实际负载需求，根据这个负载需求你可以去淘宝或者其他的渠道，进行选型。向商家提供你需要的负载，电机的输入电压，商家会帮你进行选择的。如果想自己了解清楚，可以去学习一下电机的相关参数计算，我简单看过并没有深入研究，这里就不展开了。

我选的行星齿轮减速电机长这样。

2. 影响机器人负载能力的关键部分——车轮

显然，车轮是影响机器人负载的关键因素。一个不结实的车轮，电机再能带动大负载，车轮也会在重物的垂直压力下被破坏。唯一需要考虑的，就是车轮的类型。

相较于电机选型，车轮的选型更为简单。以我目前见到的、便宜一些的、定义为基础底盘的机器人来说，他们的移动方式基本上是双轮差速驱动。也就是说，该机器人是靠左右两个主动轮作为驱动力，两个主动轮产生不同速不同方向的转动，来实现机器人的移动。当然还有其他的移动模式，比如说依靠舵轮的移动。

既然选择了双轮差速驱动，同时我们设计的是一个较小的机器人，我们对于形状的选择是有限的：圆形、正方形和矩形（别和我说什么椭圆和五角星啊…）。针对不同形状的机器人，我们需要对主动轮和辅助轮的排列进行设计。我简单画了一张图，说明一下轮子的布局，也是我推荐的方式。

下面说一下各自的特点和事项

圆形：可以按照1号部署，同时也可以采用2号部署。采用1号部署时：一定要注意的是，万向轮需要设计一个悬挂，不然机器人即使面对非常薄的磁条时，依然会出现两个驱动轮不同时着地的情况（会非常糟糕，机器人不能掉头甚至不能过弯，教训非常深刻，因为我曾经设计的时候没有考虑到）。采用2号部署的话：由于是圆形的特点，机器人的驱动轮和万向轮又不能距离边缘太近，会造成机器人面对负载不平衡时发生侧翻。总之一句话，圆形真不是一个工业机器人的好选择（扫地机器人肯定更适合圆形）。
正方形：一般也就是2号部署了，我反正没想出来其他的方式。特点：这种布局的话，万向轮不用考虑悬挂。比较丑的是，这样的机器人做不到原地180调转姿态不变，因为它的旋转中心在两个驱动轮的中心。
矩形：可以使用2号部署，也可以使用3号部署。矩形是工业里AMR和AGV的绝大多数形状，拥有独一无二的优势，稳定、旋转中心在机器人中心、美观等。
下面我们要对万向轮和驱动轮进行选型了。这个比较简单，两点：结实耐磨和负载能力，再考虑一下价格就OK了。商家会对每种轮子的负载能力进行标识，比如同样四个轮子的负载能力是多少啊等等，我们可以根据这些参数进行选择。由于我们设计的还是一个比较简单便宜的磁条机器人，因此无论是驱动轮还是万向轮，可以不用设计带悬挂的结构，有过坎需求的话另当别论了。

下面是我选择的轮子，发在这看一下，我特别考虑的一点就是静音

3. 承载机器人负载能力的主体部分——机器人核心结构

显而易见的，机器人需要骨架、上壳、下壳和内部一系列为了保证机器人顺利运行的结构。我们需要一个机械工程师对此进行一番好好的设计。

需要设计的部分有很多

基础内容包括：
万向轮和从动轮具体在哪个位置安装，以什么样的方式安装是更结实的；传感器的安装位置在哪里，安装在什么位置会更好，例如磁传感器需要安装在机器人最前方的最中间；机器人的开关安装在哪里，急停按钮安装在哪里，机器人充电孔又安装在哪里；超声传感器安装在哪里避障效果更好；碰撞开关以什么样的方式为机器人做最后的护航。

进阶内容包括：
机器人整体采用几号螺钉和螺纹；机器人材质的选择，厚度又是多少；机器人的状态灯安装在什么位置；机器人内部各个模块的布局怎么样最合理，内部的走线怎么样不会乱；内部各模块的固定方式又是什么。

高阶及额外内容包括：
每一个模块是否安装方便，机器人是否经过你的设计能够最快生产出来；机器人的外观怎么样设计是更加好看的。

以上仅仅是抛出问题，而在实际的机器人结构设计过程中，这些问题将一一摆在开发者的面前。好在，我们有非常出色的机械工程师，并且我知道我的产品应该变成何种模样。机器人在思维的碰撞后，得到了实现。但是很遗憾，因为一些原因我不能将机器人的样子展现出来。但作为结果我可以说，它的样子值得了它的价值，我个人还是比较满意的，尽管它仍然需要很大程度的进一步迭代。还是放一个初期的稿图吧，很简单的示意。

总结
这一篇文章主要介绍了磁条机器人有关机械结构的一些知识及总结，下面两篇文章将依次介绍嵌入式及算法。