[提要] 前文大概介绍了“轮式驱动单元”的设计初衷和应用方式。本文主要介绍“轮式驱动单元”的细节和使用信息。

    在“轮式驱动单元诞生记”一文中，介绍了本设计的缘由、所期望达到的目标，并初步构想了一些应用方案。

    本文将着重介绍“轮式驱动单元”的原理、性能以及使用方法，为用户选择提供必要的信息。

一、构成

    “轮式驱动单元”是个新概念，但构思并非“发明创造”，它和一个成熟的产品十分相似，这就是模型中离不开的“舵机”。

    车模、船模、航模都需要转向，为了方便、可靠地实现这一功能，一种接口简单，驱动方便的部件应运而生，这就是“舵机”，一个由大量相近需求催生的产品。

“舵机”由以下部分构成：

    直流电机、减速机构、电机驱动电路、位置检测器件、闭环控制电路，以及方便的安装结构和灵活的力矩输出方式。

    这样实现的舵机控制接口简单、统一，用三根线即可，除电源线外，只需一根控制线。控制信号简化为不需要驱动能力的 PWM信号，极其容易产生。

    目前智能小车在学习上应用十分广泛，但作为小车主要部件的电机、车轮安装及相应驱动电路实现却较为麻烦，成为学生们制作的主要障碍。

    当然，如果从车模角度考虑，由于对性能的不同需求，可能难以统一。但作为控制对象的智能小车，需求相对一致：控制方便、操控灵活即可。

    因为智能小车在学习过程中，“车”只是一个载体，不是重点，控制部分才是主要的学习内容。所以，选择智能小车作为学习平台的学生通常不愿在车体上耗费过多精力。

    但按目前的实现方式，只有两种选择：

    一、考虑车的性能，选择没有个性的成品车体；
    二、考虑自身需求，耗时费力自制个性化的车体。

    第一种方式常常由于受车体限制，控制部分难以安装；为迁就车体做出的小车不伦不类。我开始也想过这样实现，买了很多模型，但做出的东西看相太差，只得放弃，下决心自己开模，这才有了圆梦小车。

    但学习的需求千变万化，圆梦小车同样满足不了所有的需求，只能说略有改善。

    第二种方式可以根据自己的需求和控制器设计车体，做出的东西会比较协调、美观。

    问题是此方式常常由于学生、学校的制作手段制约，性能得不到保证，导致控制意图无法实现，甚至根本完不成。

    “轮式驱动单元”正是为解决此问题而设计。与“舵机”类似，也是由以下部分构成：
    电机、减速机构、驱动电路、检测电路。
    车轮也是小车制作过程中一大头痛问题，所以设计中将车轮也集成了。

    因目的是学习，所以“轮式驱动单元”没有在内部构成闭环控制，而是将必要的检测信号调理后输出，控制系统（单片机）可直接使用，既顾及了使用的便利性，又不影响学习内涵。

    “轮式驱动单元”针对智能小车的需求，设计了灵活的安装方式，使得小车的驱动形式可以有丰富的变化，这点在“圆梦小车进化为变形金刚了”一文中有详细描述。

    这样构成的“轮式驱动单元”相当于目前小车的以下部分：

    1）直流减速电机
    2）带电流检测的 H 桥驱动电路
    3）车轮
    4）码盘及其信号采集电路
    5）安装结构件

    实际上，类似的产品已有，市场上的“连续转动舵机”就是，差别只是它只在舵机的基础上略作改动，以迎合小车驱动的需求，但由于未从设计上改变，难免有些“勉强”，而且基本上没有考虑安装和转动检测。

    而本设计针对小车的各种需求，提供了目前小车上很少见到的、和“舵机”组合的安装机构，大大丰富了小车的驱动形式。

二、结构详述

（略，详细内容请下载PDF文档）


三、电路详述

（略，详细内容请下载PDF文档）

四、结语

    “轮式驱动单元”介绍完了，有未尽之处将会随时补上。但愿能对大家学习单片机、嵌入式应用有所帮助。

    最后，将“轮式驱动单元”的主要使用信息汇总如下：

连接线：
    共10根，用杜邦插头引出， 长度约 30cm；可以方便的插入2.54间距的插针。

    连接线分成2组：
    一组为控制线，共 6 根，其中：
    红色 —— 电机驱动 H 桥供桥电压 5V（正极），包括检测电路LM358的供电；
    黑色 —— 电源地线；
    橙色 —— H 桥驱动逻辑电路74HC08的供电电压（正极）；
    绿色 —— 电机控制线 CTRL1，电机控制 PWM 信号；
    蓝色 —— 电机控制线 CTRL2，电机运行状态控制，与 CTRL3配合；
    黄色 —— 电机控制线 CTRL3，电机运行状态控制，与 CTRL2配合；
    （虽然比L298 多了一根控制线，但能实现刹车，还是值得的）

    另一组为检测信号输出线，共 4 根，其中：
    白色 —— 码盘采样脉冲输出线（另一路没有安装，留给用户自己根据需要处置）；
    褐色 —— 电机电流检测信号输出线；
    紫色 —— 电机工作电压检测信号输出线；
    黑色 —— 信号地线，和电源地线内部相连，只是为了方便使用而增加。

电机参数：
    额定电压 ——  4.5V
    空载电流 ——  85 – 95 mA
    空载转速 ——  9800 rpm  +/- 10%
    堵转电流 ——  1100mA
    堵转力矩 ——  50g/cm (最大)

减速箱： 1：48  或  1：120 ，客户可根据需要选择。

结构参数:
    车轮直径 —— 80mm
    垂直安装高度(舵机组合方式) ——  100mm
    转盘直径 —— 52 mm
    转盘转轴直径 —— 26 mm
    舵机接口螺丝分布圆直径 —— 16 mm
    配套滚珠直径 —— 3 mm
    需要滚珠数量 —— 46 x 2 (一个转盘中需要46个)
    码盘齿数 ——  100 个
    码盘等效直径 —— 62.5 mm
    外形尺寸 —— 约105x 80 x 60 mm
    重量 —— 约130g

根据上述参数可以计算出：

运动速度：
    选用 1：48减速箱 —— 约 850mm/s
    选用 1：120减速箱 —— 约 340mm/s

最大力矩：
    选用 1：48减速箱 —— 约 2.4kg/cm
    选用 1：120减速箱 —— 约 6 kg/cm

上述计算值仅供参考。

    最大载荷影响因素较多，未测试过，暂时无法提供，望谅解！

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南京嵌入之梦工作室
2009年12月16日

圆梦小车第三代 —— 轮式驱动单元，全文PDF 格式文档下载

自己做的小车演示（比较简陋，示意一下）：

 

这是一个朋友做的：（爱好者，十分执着！）

 

这是另一个朋友所做，同时用了第三代超声波（高手，十分专业！）

   上述都是用一个轮式驱动单元构成的运动平台，其优势是控制相对简单，行走和转向完全分离，不像差分式驱动，行走和转向是强相关的，所以控制略难。

   轮式驱动单元设计所想实现的不是这个简单模式，而是全向移动平台，用三个或四个轮式驱动单元组成。只可惜暂时无人做出，我眼下也无力顾及。

   今日发现一个类似的平台，在此呈现给大家，希望能激起某个爱好者的兴趣：

（20091217）