终极指南：如何构建JPL开源火星车 - 模块化架构完整解析

终极指南：如何构建JPL开源火星车 - 模块化架构完整解析

【免费下载链接】open-source-roverA build-it-yourself, 6-wheel rover based on the rovers on Mars!项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/op/open-source-rover

JPL开源火星车是一个基于火星车设计的DIY六轮火星车项目，采用模块化架构，完全使用消费级现成（COTS）部件构建。本指南将带你逐步了解从机械结构到电子系统的完整构建过程，即使是新手也能轻松上手。

为什么选择JPL开源火星车？

JPL开源火星车项目自2017年以来不断迭代，旨在为机器人爱好者提供一个既有趣又有教育意义的项目。它不仅外观独特、高度可定制，还具备强大的越野能力，是学习机械工程、电子和软件的理想平台。

图1：JPL开源火星车在户外环境中的实际展示，展示了其出色的越野能力

核心特性

• ** rocker-bogie悬挂系统**：允许所有6个轮子在攀爬障碍物时保持与地面接触，提高牵引力
• 差速枢轴：在攀爬时机械地将重量从火星车的一侧转移到另一侧
• 六轮阿克曼转向：控制轮子指向和移动速度的驱动和转向机制
• Raspberry Pi大脑：提供多功能性、可访问性和简单性，便于添加和升级自定义功能

规格概览

图2：火星车在崎岖地形上行驶时的电压、电流消耗和指令速度随时间变化的图表

准备工作：所需技能与工具

必要技能

• 制造/加工：无需金属加工经验，但基本的切割、钻孔和打磨技能会有所帮助
• 电子学：基本的焊接、电路调试和接线知识
• 软件：Linux、ROS、Git和Python的基础知识（非必需，但有助于理解代码）

必备工具

• 公制六角扳手
• 钳子
• 剪线钳
• 剥线钳
• 电烙铁和焊锡
• 数字万用表

可选工具

• 3D打印机
• 激光切割机（可使用在线服务）
• 台式电源
• Raspberry Pi操作设备（键盘、鼠标、显示器）

构建路线图：从零件到成品

第1阶段：订购零件

首先，查看零件清单，其中包含构建整个机器人所需的所有零件。教育机构的构建者可以通过填写此表格申请GoBilda的15%折扣。

你可以选择更高转速的电机（以牺牲最大失速扭矩为代价），GoBilda的5203系列电机是不错的选择。如果找到更喜欢的轮子，火星车设计和软件也可以适应不同的轮子尺寸。

第2阶段：创建 wiring

电缆将车身中的印刷电路板（PCB）连接到每个电机，并集成到rocker-bogie和转角组件中，因此需要首先构建它们。详细步骤请参见wiring文档。

图3：火星车的wiring diagram，展示了各个组件之间的连接关系

第3阶段：制作电子设备

这一步包括焊接PCB并将其安装到火星车中，以及连接外围设备。我们还将使用之前制作的wiring来测试PCB。详细步骤请参见PCB文档。

图4：组装完成的控制板，包括安装在顶部的Brain Board和底部的Motor Board

PCB组装要点

1. Motor Board组装：安装支架、电源接头、保险丝座、INA260、电压调节器等组件
2. Brain Board组装：安装电阻、开关、LED阵列、各种接头和Raspberry Pi
3. 两块板的连接：使用适当的支架将Brain Board安装到Motor Board顶部

第4阶段：制作机械组件

这一阶段包括车身、两个rocker-bogie、驱动和转角电机组件的制作。按照说明逐步操作，同时整合第二阶段的wiring。详细步骤请参见机械组件文档。

Rocker-Bogie悬挂系统

Rocker-Bogie是使火星车能够攀爬复杂障碍物的悬挂系统。设计允许6个轮子尽可能保持与地面接触，增加牵引力。典型消费车辆的悬挂系统可以越过约半个轮子高度的障碍物；而Rocker-Bogie悬挂系统可以越过超过2倍轮子高度的障碍物。

图5：Rocker-Bogie悬挂系统示意图，展示了其如何实现出色的越障能力

Rocker-Bogie组装步骤：

1. 创建rocker-bogie关节
2. 将关节轴承连接到伺服臂
3. 安装挤压轴
4. 安装前伺服电机
5. 连接伺服臂和轴到关节
6. 组装后伺服电机
7. 连接rocker-bogie的前后部分

图6：rocker-bogie关节组装的初始步骤

第5阶段：设置和配置操作系统火星车代码

Raspberry Pi作为火星车的"大脑"，所有代码都可以在osr-rover-code仓库中找到，其中包含将火星车软件安装和运行在Raspberry Pi上的详细步骤。

开始构建：克隆仓库

要开始构建，首先克隆仓库：

git clone https://gitcode.com/gh_mirrors/op/open-source-rover

加入社区

考虑自己构建一个吗？提问、联系维护者、了解修改和加入开源火星车构建者社区的最佳方式是加入我们的Slack群组。在这些论坛上，你可以提问，也可以发布和推广你为此项目创建的任何修改或附加组件。我们强烈鼓励发布添加和修改，以便这个项目和社区能够成长。

图7：加入我们的Slack群组，与其他火星车爱好者交流

后续升级 ideas

Raspberry Pi作为项目的大脑，使得添加、更改和升级变得容易，在这个已经很酷的机器人基础上构建更令人兴奋的东西。一些升级想法：

• 用于碰撞检测的声纳
• 用于定向/闭环驱动/障碍物映射的IMU
• 用于物体识别和跟踪的摄像头
• 传感器包（温度、压力、湿度）
• 太阳能电池板
• 机械臂

社区构建展示

查看一些社区构建，包括火星车的先前版本，可以在这里找到。

图8：社区成员构建的火星车"bobert"的正面视图

免责声明

本文中引用的任何特定商业产品、过程或服务的商标、制造商或其他名称，并不构成或暗示美国政府或加州理工学院喷气推进实验室对其的认可。政府赞助已确认。

本项目根据Apache License 2.0授权。

图9：夜晚海滩上的开源火星车，展示了其在不同环境下的适应性

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