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這篇文章來源于DevicePlus.com英語網站的翻譯稿。

背景簡介

很長一段時間以來，我一直在尋找一種能夠行走于崎嶇地形，并且使我不需要從舒服的椅子上站起來就可以對真實世界進行探索的機器人。有很多種機器人可以作為組裝的配件，但是當我在尋找一款好用的六輪機器人時，一個問題不斷出現：這些機器人尺寸都不夠大。當然，有些已經比較接近理想尺寸了，比如Dagu Wild Thumper，但至今沒有找到我所心儀的。因此，我決定自己來設計產品，在CAD上花費了大量時間，然后又在我的車庫里花費了更長的時間，現在，我終于可以在這里向您展示ArduRover：一個全金屬材料，帶有獨立車輪懸架的六輪越野機器人！

硬件

? 48x KFL-08 球形軸承
? 6x 1:8 RC 越野車輪和輪胎
? 6x 1:8 RC 車吸振器
? 6x Pololu 37D 30:1 電機
? 6x Pololu 12 mm 六角適配器，適用于6mm軸
? 1x Pololu 37D 電機支架（用作模框）
? 6x 12 mm ～ 17 mm 的六角適配器
? 10mm 螺紋桿（1米）
? 8mm 螺紋桿（3米）
? 多種鋁型材，M型螺栓和螺母（詳情請見“制造底盤”章節）

工具

? 電動工具： 鉆床（必需），帶鋸（可選）
? 鉆頭[mm]： 2.50, 3.00, 4.00, 5.00, 6.00, 7.00, 8.00, 9.00, 10.00, 12.00
? 手動工具： 鋼鋸，錘子，螺絲刀，扳手，砂紙，銼刀等。

這個“巨獸”的尺寸為60 x 50 x 25 cm (23.6 x 19.7 x 9.8 in)，不負載任何電子設備或電池時重量為9.5 kg（20.9 lb）。它具有六個大型1:8 RC車輪，以及六個帶有30:1變速箱的高檔Pololu電機?？蔀槲覀兲峁ɡ碚撋希┳罡?0Kph（6mp）的時速。每個車輪都有獨立的懸架，因此機器人可以在非常崎嶇的地形上移動。此外，如果您想自己來完成制作，唯一需要的電動工具就是鉆床—該項目不需要焊機或角磨機！但首先我們還是先來快速了解一下該設計的主要功能特點。

設計方案

在每個項目的開始，您應該盡可能簡潔的寫下您的最終目標。這樣，您就可以有一個客觀的參照，來告訴您所做的工作是否可以真正的幫助您完成起步。所以我們首先就來用一句話簡單地總結這個項目的目標：

制造一個可以自由探索自然環境的大型、敏捷的六輪機器人。

很好，現在我們就知道確切的目標了。接下來，我們需要對機器人進行設計。幸運的是，如今有許多種類的CAD程序可供使用，可以極大的加速這一部分的進程。我使用SolidWorks 2016完成了機器人設計，但如果您沒有這個軟件的許可證，不要擔心，您可以在我的GitHub里獲取所有部件的設計圖。

設計類似這樣的機器人時，您要做的第一件事就是制作類似“功能演示”的東西：一種僅僅演示最終組裝的產品如何工作的模型。在這一點上，您不必考慮那些之后會用到的精確的零部件，現在比較重要的是先得到機器人所有機械化工作的總體思路，然后創建出證明其可行的模型。

圖1：演示模型

從上圖中，您可以看到整個模型。在該模型中，所有零件都沒有被指定是哪種材料制成，也沒有零部件的相關細節。也沒有類似于碰撞這種物理約束，所有零部件都只是安裝在相應位置。也就是說，即使您按照這個模型來完成所有制作過程，也并不能保證制作出的機器人可以運行。但是，我們可以測試出這種類型的懸架表現如何，這恰好是整個項目中最關鍵的部分。還記得我們上文中所定的目標嗎？這臺機器人需要能夠在一個自然環境中移動，而不僅僅是在乏味的、平坦的、空無一人的街道上。在自然環境中，將會有巖石，成堆的塵土和樹枝，所以懸架必需足夠堅固來應對這些狀況。

圖2：懸架細節

我決定使用的懸架類型基本和當今您所能找到的大多數汽車所用的一樣。它類似于被稱為雙橫臂懸架，可以確保每個車輪的位置相對于其他輪子高或低，車輪的軸線都始終平行于地面。這就可以使車輪保持與地面之間的最大接觸面積。此外，這種懸架看起來相當的酷。

既然我們已經對機器人會如何表現有個大概的了解了，我們就將開始逐步用現實世界中可以獲取的實際零部件來替換演示模型中的所有虛擬部件了。首先，我們需要替換的是那些我們不能進行修改的部件，比如電機、車輪和減震器。

圖3：添加了車輪、軸承和減震器的模型

接下來，我們需要找到制造底盤的材料。既然機器人將要在自然環境中移動，并且尺寸龐大，那么塑料以及木頭似乎都不是好的選擇。所以我們決定使用金屬來制造所有的部件。通常，我們有兩種選擇：

1. 鋼或鐵。優點是可以很容易的將其進行焊接，所以不會有太多鉆孔。如果通過正確的方法進行焊接，那么即使在惡劣的環境中，連接點也會十分穩固。而主要的缺點就是材料過重。
2. 鋁。在我們的實際應用中，它的性質幾乎完全與鋼相反：鋁很輕，但是很難進行焊接，只有通過使用非常昂貴的設備才能完成焊接。如果我們選擇了鋁，所有零部件需要通過螺栓進行連接。

這樣看來最終的選擇要取決于重量了—如果所有的鋼部件都太重，那么也許我們就必須使用鋁了。幸運的是， CAD軟件在這里也給我們提供了很大的便利：只需要簡單的設置所有零部件的材料，我們就可以獲取重量的估計值。太神奇了！所以，結果是什么呢？如果我們使用鋼的話，大約16 kg （或者 35 lbs）。我甚至不打算費心對減震器在這種情況下的表現進行模擬—它不可能承受這樣的負載運行太久。所以我們決定使用鋁。這樣就可以將預估重量減至“僅僅”8kg（17.5 lbs），是鋼制部件的一半。這肯定比我見過的絕大多數DIY機器人都要重，但已經在合理范圍內了。在以下的模型迭代中，我們可以將懸架中的所有虛擬部件替換為我們可以實際制作的部件。

圖4：具有真實懸架部件的模型

好了，我們已經有進展了，現在開始看起來像一個真正的機器人了！設計過程的最后一步是完善所有的細節，比如減震器組件。另外，我們還需要弄清楚用什么來替代中間的連接條。最后，我決定使用一些10mm的螺紋桿來替代，這樣可以使我們能夠完全按照我們的要求來設置車輪之間的距離。除此之外，我們還需要一些空間來安裝電子設備。您可以在下圖中看到相關內容。

圖5：完成所有細節設計的最終模型

所以，模型已經建立完成了！接下來，我們將會把設計圖紙打印出來?，F在到了去車庫用我們的雙手進行實踐的時候了！

制造底盤

正如我承諾的那樣，本文接下來的部分將會是分步指南，來幫助您實現自己制造機器人！如果您僅僅是對最后的制作結果感興趣，請忽略這些步驟，直接閱讀最后一頁，如果不是的話，那就讓我們一起開始吧！所有零部件的PDF格式圖紙都可以在我的GitHub上獲取。如果您想要打印這些文件，請不要留有頁邊距，這樣的話圖紙就可以保留1:1的比例。所有的尺寸都以毫米為單位。

在開始之前，我想要在這里澄清一些術語表達。我不是一名機械工程師，并不了解大部分零部件用英語（或者其他任何語言）應當怎樣表述，所以我就對那些部件自行起了名字。當我說到“電機模塊”、“懸架模塊”或者“框架模塊”的時候，可以用下圖作為參考來明確我說的是哪一部分。

圖6：術語參考

獲取材料

現在應該是獲取所有材料的時候了。某些部分，比如電機和車輪，在剛開始已經列在硬件要求里了，所以這里我將只說明鋁型材和螺栓。另外，所有下表中的尺寸單位為毫米，所有螺栓均為M型六角螺栓。

鋁型材

部件編號和名稱	類型	寬度	高度	厚度	長度	數量
[1] 控制臂	U 型材	30	15	2	180	24
[2] 懸架模塊	方形管	40	20	2	100	6
[3] 電機模塊	方形管	80	50	3	50	6
[4] 框架模塊	方形管	80	40	2	100	3
[5] 減震組件	U 型材	25	25	2	80	12

圖7：所使用鋁型材的所有類型

螺母和螺栓

零件編號和名稱	長度	數量
[1] M3 螺栓	8	36
[2] M3 螺栓	30	6
[3] M3 螺母	–	18
[4] M4 螺栓	22	6
[5] M5 螺栓	8	48
[6] M5 螺栓	12	96
[7] M5 螺母	–	144
[8] M7 螺栓	30	6
[9] M7 螺母	–	12
[10] M8 螺母	–	48
[11] M10 螺母	–	12

圖8：螺母和螺栓的所有類型

第一步：控制臂

我們首先制造的是控制臂。制造過程很簡單，只需要一個兩端各帶有三個孔的U型材即可，這些孔用于連接軸承。為了使所有孔對齊，我強烈建議將控制臂成對制作。還有一點需要注意的是—事實上，鋁型材很軟，實際上比很多木材都要軟。雖然這意味著對它很容易進行鉆孔和切割，但同時也說明了這種材料在加工過程中很容易產生劃痕。

圖9：控制臂圖紙（比例1:1）

1.1 俗話說“三思而后行”。第一個需要測量的是孔的位置。我建議使用一些鋒利的東西，比如開箱刀，在鋁板上畫線。因為鋼筆或記號筆永遠都無法達到像鋒利的刀那樣的精準度。

1.2 接下來，您需要將孔所在位置的精確點標記下來。一個尖銳的釘子和一個錘子就足以完成這個過程。在鋁板上打一個小凹痕，這樣的話當您開始鉆孔時，鉆頭就會有一定的導向，孔也就會精確的打在我們期望的位置。

1.3 現在，取一個小口徑鉆頭，鉆出剛剛標記過的6個孔。2.50mm的鉆頭應該剛剛好。這不是孔的最終直徑，我們現在僅用來對齊。

1.4 在這一步中，我們將使用一些C型夾將兩個U型材進行固定。拿出剛剛鉆過孔的U型材，然后再拿出一個沒有孔的新的U型材，將它們緊緊的夾在一起。盡可能使U型材的邊緣精準對齊。您可以使用另外一個U型材作為參考平面。

1.5 現在，我們已經有兩個盡可能對齊的U型材了（一個帶孔，一個不帶孔）。然后，在U型材的一端鉆兩個5mm的孔，就像圖片所示那樣。完成之后，將那些不可避免地會出現在另一側的毛刺敲掉。

1.6 卸下臨時夾具，使用一些M5螺栓將U型材固定在一起。在我們鉆剩余的孔的時候，U型材要保持對齊。請盡可能的將螺母擰緊，并同時注意保持U型材對齊。如果邊緣開始出現錯位，您需要松開螺栓，然后再次將U型材對齊。

1.7 現在，使用6mm鉆頭鉆開其余孔。

1.8 用9mm鉆頭鉆出中間孔，然后敲掉另一側的毛刺。拆下螺栓，用6mm鉆頭對之前有螺栓的兩個5mm孔進行擴孔。瞧，兩個全新的（雖然可能有一定的劃痕）控制臂產生了！因為它們是一起完成的，我建議您對它們以某種方式做一下標記，這樣之后就不會和其它控制臂混淆了。

1.9 最后一步是鋸掉所有的角。這時候帶鋸就派上用場了。如果您身邊沒有帶鋸的話，也可以徒手完成。但是由于您需要鋸掉96個角，然后用銼刀完成所有的切割，所以可能需要花費一周的時間才能處理完。另外，處理之后這些表面看起來也不可能很完美。

整個過程重復12次，您就會有足夠的控制臂來制造一個ArduRover了！

第二步：框架模塊

接下來是框架模塊。這里沒有太多的內容，只要鉆一些10、8和6mm的孔就可以了。

圖10：框架模塊圖紙（比例1：1）

2.1 測量位于框架模塊一側的所有孔。

2.2 用釘子和錘子敲打出導向的凹痕，使鉆頭能鉆在準確位置。

2.3 鉆出6個2.50mm的孔。

2.4 用5mm鉆頭進行擴孔，直到穿出對面一側。

2.5 現在，使用8mm的鉆頭再次進行擴孔。

2.6 在側面標記并鉆出兩個孔，用于安裝減震組件。開始用2.50mm的鉆頭擴孔至6mm，并在對面一側進行同樣的操作。

2.7 最后，將中間的兩個孔用10mm的鉆頭進行擴孔，并敲掉框架內的所有毛刺。

您總共需要做三個框架模塊。

第三步：懸架模塊和電機模塊

類似于制作控制臂的方法，我們還需要制作懸架和電機模塊。我們要保證這兩部分的孔精準對齊，所以會先夾緊之后再用螺栓進行固定。這可能是最難制造的零部件了，所以在測量孔的位置的時候一定要格外謹慎。

圖11：懸架模塊圖紙（比例1：1）

圖12：電機模塊圖紙（比例1：1）

3.1 首先，您需要在懸架模塊上標記出所有需要打孔點的位置。我們將在兩側鉆出通孔，所以只用在一側進行標記就可以了。就像我們之前做的那樣，測量出所有尺寸，用釘子和錘子敲出導向的凹痕，然后鉆出2.50mm的小孔。

3.2 接下來，我們要對插入軸承軸的孔進行擴孔。我建議這個過程分兩步來完成：首先，鉆出一個5mm的通孔—穿過對面一側—這樣最后所有的孔都會對齊。然后再擴孔至8mm。

3.3 現在，我們需要將懸架模塊和電機模塊夾在一起，這樣就可以把用于連接的螺栓孔對齊。確保兩種模塊的邊緣對齊，并且懸架模塊位于電機模塊的中間。

3.4 現在，用5mm的鉆頭對其中兩個小孔進行擴孔。鉆頭一直穿過懸架模塊的對面一側以及電機模塊的頂部一側。

3.5 卸下夾具，使用兩個M5螺栓將模塊固定在一起。再強調一下，保證兩個模塊的邊緣精準對齊，這一點非常重要。然后，用5mm鉆頭對剩下的孔進行擴孔。完成之后，拆掉螺栓并敲掉電機模塊內的毛刺。現在，您就已經有了可以進行精準裝配的電機模塊和懸架模塊了。就像制作控制臂那樣，我建議對它們進行標記，這樣您組裝機器人的時候就知道哪對是配套的了。