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树莓派视觉跟踪小车_RoverPi小车 第二篇:硬件选型和组装

树莓派视觉跟踪小车_RoverPi小车 第二篇:硬件选型和组装

这一篇主要解决几个问题:

1.计算单元 2.运动单元驱动 3.供电 4.机械固定

也就是说,除了小车车身,Lidar和Web Camera全部是来自新的组件.其实,仅就这几样而言也说不上很满意,只是为了尽可能得把现有组件利用起来.

  • 车身就是普通的铝合金底盘和四个轮子,在某宝或者亚马逊逊上可以找到很多替代;
  • Lidar看起来是个仿品,山寨的一代RPLidar,建议大家直接使用原版,毕竟有充分的官方软件支持。我后面会介绍到的SLAM程序也是参考自RPLidar ;
  • Web Camera也可以用Raspberry Pi Camera替代.

题外话,原本的众筹项目简直就是诈骗项目在 Kickstarter 上被当成诈骗项目了。骗钱是实打实了,可以长达7个月没有更新。

概述

下表是我所使用的机械和硬件单元:

  • 四轮小车底盘带电机,履带车轮 $20(估计)
  • 2D Lidar $99(估计)
  • Web Camera $14(估计)
  • 树莓派3 B+ $38.10
  • SanDisk Extreme 32GB microSDHC UHS-I Card with Adapter & $14.49
  • L298N电机驱动板 $6.99
  • 电池盒 $4.99
  • 树莓派供电模块Li电池 $17.89
  • eBoot 180 Pieces Male Female Hex Brass Spacer Standoff Screw Nut Assortment Kit (M3) $10.99
  • 树莓派扩展板 $6.19
  • JST PH 2.0MM连接线 $7.69
  • 电路连接跳线 $6.78

买这些配件,事前并没有计划得很好。有点像一个大型工程,实际的建设往往都是状况不断和不停预算超支的。有些配件不适合,又得重新买。另外像有些小零件,如连接线和螺柱等,只能按套装买,其实用量只有几个。之前做过几个网上的开源项目,有社区维护,像DonkeyCar,就不大会遇到这些问题。

计算单元

其实这一部分没有什么悬念,小车底盘的尺寸以及功能,用Raspberry Pi非常适合,这里选用最新的版本,Raspberry Pi 3 B+.如果还会做下一代的话,我想我会有兴趣尝试Nvidia Jetson Nano,并且尝试AI级别的运算.

树莓派视觉跟踪小车_RoverPi小车 第二篇:硬件选型和组装

L298N电机驱动板

树莓派视觉跟踪小车_RoverPi小车 第二篇:硬件选型和组装

L298N驱动板算是一个比较常规的用于驱动两路直流电机的板子,与树莓派的配合使用也很常见.网上用很多教程,这里参考了这一篇博文:

https://www.electronicshub.org/raspberry-pi-l298n-interface-tutorial-control-dc-motor-l298n-raspberry-pi/​www.electronicshub.org

供电方案

自己设计的项目,坑很多,很多问题是一边想一边解决一边又遇到新的问题.

L298N本身需要6-12V的供电,我一开始就想到用一个装4个5号电池的电池盒为其供电.那么,从L298N还可以引出5V的电压,似乎正好可以解决树莓派的供电.但实验发现不可行,电机的供电是可以满足,但无法同时驱动树莓派甚至Lidar.

所以,特意搜寻了可以给树莓派供电又容易叠加安装固定的电池,最后选择了这款带扩展板的Li电池,令人满意.

树莓派视觉跟踪小车_RoverPi小车 第二篇:硬件选型和组装

机械固定

原本CrazyPi的设计中,负责固定电路板的金属柱加入了磁性,为的是方便随时安装和拆卸,但对我现在的搭配,这个磁吸设计就是败笔.单单电池盒的重量,就使得磁力无法负荷基本的稳定要求,还经常连同连接的线一起车下来,非常恼人.

既然原来的CrazyPi电路板已经被我放弃,我就把它放到车身下面,用于固定金属柱.L298N也同样固定在车身下方,便于连接电机.

树莓派视觉跟踪小车_RoverPi小车 第二篇:硬件选型和组装

最后小车完成图如下:

树莓派视觉跟踪小车_RoverPi小车 第二篇:硬件选型和组装

后记

上图的设计应当说还是有一些待改进的地方甚至缺陷,有些坑还没有踩透。

  • RoverPi小车电机驱动的测试一开始只做了悬空的测试,基本的向前向后和转向远动是听从指令的。一旦放到地面上,转向是死活也转不动。一方面是来自于车体重量大幅加重了,尤其是干电池组。另一方面,L298N是一个比较老的电机驱动板了,看起来需要更高电压和更大电池容量的组合。不同于两轮的差分运动(Differential Steer),四轮的差分运动(英文叫Skid Steer)需要克服更大的滑动阻力。
  • 另一个设计上的缺陷是,树莓派和电池组的叠加,完全挡住了2D Lidar的部分扫描范围。这个Lidar我没有官方的参数表,如果是比照RPLidar A1的话,它的扫描范围应该是360度和12米。现在生生被挡掉了大约45度角。
  • 摄像头的摆放比起原来的设计是降级了,而且摆放位置也很尴尬。原本有两个舵机可以实现2个自由度的角度变换。现在直接固定在树莓派上,如果把Lidar的位置作为车头,摄像头放在后面就好比把眼睛放在后脑勺了。暂时没有找到合适的方案来解决机械上的限制。也许也可以考虑针对不同任务,改变小车前后的定义。