越域轻探-轻量化全地形适变侦察机器人

|项目背景

当前，地震、火灾、洪水等自然灾害频发，严重威胁着生命财产安全。救援行动常常面临复杂地形、高风险环境以及信息获取受限等难题。针对这些问题，我们设计并开发了一款轻量化全地形侦察机器人，具备远程视觉传输、可变结构等功能，旨在提升在复杂环境中的侦察与救援能力。虽然目前该机器人仍处于初步设计与实现阶段，整体性能与工业级设备尚有差距，但它作为一种技术设想与功能样机，初步展示了我们对实际应用场景的理解和探索方向。

|设计规划

在前期准备阶段，需明确开发环境，包括架构设计、软件编写和电路设计等核心环节，确保整体设计框架清晰可行，其次，基于预期功能来筹备所需的物料。做好准备工作才能够确保项目高效顺利的进行。

开发环境

在开发过程中，使用CAD进行模型设计和分析，确保结构合理性。电路设计和PCB绘制使用立创EDA软件进行集成。程序编写则采用Arduino IDE，以简化开发流程并实现高效控制。

物料选型

由于机器人需适应复杂未知环境，其结构设计至关重要。机器人采用碳纤维支撑可变形结构设计，结合大扭矩舵机与滚珠丝杆，实现高精度的结构调整能力。此外，碳纤维凭借其高强度、轻量化特性，不仅保证整体结构坚固耐用，还有效降低重量，使变形更加灵活，从而提升机动性与环境适应性，使机器人能在不同工况下灵活应对。

动力方面，选用高精度行星齿轮减速电机作为主驱动单元，搭配RZ7889电机驱动芯片，保证了负载能力和移动控制的精准性，并配备越野防滑轮胎，确保在复杂地形中的抓地力。电源系统采用锂芯电池组，提供充足的电力支持，并配备电量显示模块，实时监控电池电量，确保运行过程中随时了解电源状态。通过以上配置，有助于在各种未知和复杂环境中保持稳定的动力性能。

在主控系统的选择上，ESP32作为核心控制单元，其双核架构结合Wi-Fi和蓝牙模块，能够高效处理传感器数据，控制电机运行，实现远程指令交互。传感与通信模块方面，FPV摄像头搭配舵机云台SG90和图像传输模块，用于实时采集并传输视觉数据至FPV眼镜和操控屏幕。云台SG90不仅提供摄像头的稳定支撑，还支持调整摄像头的角度，并且与佩戴FPV眼镜的操作者头部同步运动，提升操控体验。PS2无线手柄用于远程控制机器人行动、结构变形等功能。

|核心设计

明确此次制作的总体方案所性能目标，我们将此次制作工作分为三个板块：一、结构搭建 二、电路设计 三、软件协同。设计完成后。对项目进行实地测试，检验功能与性能。

一、结构搭建

其主体结构主要由碳纤维管与建模板块搭建而成。另外，绘制异型电机支架，用于碳纤维管与电机的组装。

在姿态调节设计上，着重注意舵机扭力与丝杠拉力之间的协调。否则，二者相互产生的压力可能导致结构崩裂。减速电机输出轴与滚珠丝杠构成刚性传动连接，实现底盘离地间隙的智能调节，边缘的平行四边形架构在升降过程中，有效避免倾斜和不均匀的受力，也不限制碳纤维管上的舵机的扭力，做到发力协调以达到整体姿态变化。

二、电路设计

由于整个系统中各个模块的供电需求存在差异。选用XL4015 搭配外围电路，调节RP1可调节输出电压以满足不同的供电需求。电机驱动方面，RZ7889的应用电路如图18所示，根据实际应用情况可以适当调节C1、C2的值，以达到芯片性能最大化。

三、软件协同

本项目软件部分主要涉及四个部分。项目代码实现了基于PS3手柄的遥控小车控制功能，涵盖硬件初始化、舵机驱动与电机运动逻辑，代码整体架构以ESP32为主控，通过蓝牙连接PS3手柄，驱动5个直流电机（M1-M5）和2个舵机。

|项目小结

通过本次项目的实践，我们在有限的成本和资源下，尽最大努力去实现预期的功能与性能目标。同时也深刻体会到了科学救援活动的复杂性与艰巨性。尽管机器人在性能上无法满足真实救援场景的严苛需求，但其功能与表现依然具备一定的参考价值与启发性。我们也希望，这款机器人能够激发更多对电子信息开发感兴趣的人，为电子信息邻域注入新的思路与灵感，在科技助力救援的道路上贡献微薄之力。