第1步：設(shè)計

我們首先在CATIA V5中創(chuàng)建基本設(shè)計。機(jī)器人由兩個分開的滑動機(jī)構(gòu)組成，安裝在PVC中心管上。每個滑動機(jī)構(gòu)都有三個固定在圓柱形軸環(huán)上的支腿，通過一個小連桿與滑動缸連接。

滑動時，彈簧可以實現(xiàn)伸展和壓縮運動。因此，如果腿被壓縮，機(jī)器人的直徑會減小。釋放此壓縮力后，機(jī)器人會自動伸展。在這兩種機(jī)構(gòu)之間，有一個電子元件的支架，呈長領(lǐng)狀。

在我們的設(shè)計中（如上圖所示），兩個前腿由兩個高度控制齒輪直流電動機(jī)。后腿沒有馬達(dá)，因為前腿足夠強(qiáng)大，可以驅(qū)動整個機(jī)構(gòu)。

第2步：工具和材料

微控制器

1xArduino Uno（任何工作）

電機(jī)控制器

1x H橋（L298N）

22AWG實芯電線

220V SMD返修焊臺

電源

4x 9V電池（1為電機(jī)供電Arduino和2電源）

其他電子產(chǎn)品

2x 12VDC電機(jī)

DPDT撥動開關(guān)（電源開關(guān)）

SPDT滑動開關(guān)（用戶輸入）

熱縮管

硬件

6x激光切割鏈接（電機(jī)鏈接與其他鏈接略有不同）

6x PLA小鏈接（已打?。?/p>

2x項圈（已打印）

2x平移元素（已打?。?）

1x電子零件支架（印刷）

2x堅固的矩形彈簧（印刷）

2x電動輪銷（印刷）

4x Link-whe el pin（已印刷）

2x電機(jī)襯套（已印刷）

4x 7mm軸承

18x 3mm螺栓

7x 2.5mm螺栓

7x拉鏈

6x機(jī)器人輪胎塑料輪

1x端部阻擋器

14x 2.5mm pgp-fasteners

36x 3mm螺母

14x 2.5mm螺母

50x 3mm墊片

1x 40mm PVC管

工具《

電鉆/鉆床（以及大量鉆頭）

激光切割機(jī)

3D打印機(jī)

鋼鋸

烙鐵

鉗子

內(nèi)六角扳手

各種螺絲刀

剝線鉗

C Clamp

標(biāo)尺

萬用表

步驟3：電機(jī)控制器

我們?yōu)榇藱C(jī)器人制造的電機(jī)控制器基于H橋芯片（L298N）。使用該芯片，每個電機(jī)需要兩個輸入才能工作（如果H橋的兩個引腳中的一個為高電平而另一個為低電平，那么電機(jī)將轉(zhuǎn)動，但如果它反轉(zhuǎn)，則電機(jī)將反向轉(zhuǎn)向?。?。

現(xiàn)在你需要控制這些電機(jī)的準(zhǔn)確速度。您可以通過在Arduino的“HIGH”引腳上施加較低的電壓來實現(xiàn)此目的，因為任何高于5V的電壓都會產(chǎn)生相同的電機(jī)速度。

在將所有電子元件固定在支架上之后，我們將它們焊接到位并使用22AWG實芯電線進(jìn)行連接。

步驟4：電源

為Arduino供電，使用9V堆棧。它具有三個串聯(lián)9V堆棧的公共接地。

為H橋和電機(jī)供電時，串聯(lián)使用3x 9V堆棧，提供27V電源。

步驟5：腿

腿是這個機(jī)器人最重要的部分，因為它們的設(shè)計決定了它們是否能夠支撐電機(jī)的重量和管道的壓力。我們決定從6個中選擇2個支腿，每個支腿由一個電機(jī)控制，另外4個支腿使用滾子軸承，使其具有低摩擦力。

為了制作支腿，我們激光切割了6 mm寬的木板。從上面的圖像可以看出，腿有兩種不同的切口，這是因為一個切口用于電機(jī)驅(qū)動的腿，另一個用于正常的腿。

第6步：構(gòu)建框架

腿部完成后，下一步是構(gòu)建一個框架，將電機(jī)和支腿固定到位。我們通過制作合適的銷/襯套（白色）來啟動框架，以將電機(jī)，支腿和車輪固定在一起。

為了將電機(jī)固定到支腿上，我們使用2個螺釘進(jìn)入從整個支腿穿過電機(jī)的孔，我們還使用拉鏈系統(tǒng)來固定它。

除此之外，我們還使用銷釘將電機(jī)軸連接到車輪上。為了減少木材和塑料之間的摩擦，我們在支腿中心孔中固定襯套。之后，我們制作一個針（黑色）用于將正常腿連接到車輪上。

為了確保車輪自由旋轉(zhuǎn)，我們在車腿內(nèi)放置了一個滾柱軸承，使銷可以隨車輪自由旋轉(zhuǎn)。然后我們用墊圈和鎖緊螺母將支腿穿過軸環(huán)，將它們固定到位，讓它們在螺栓上自由旋轉(zhuǎn)。我們做同樣的事情來固定小連桿（白色連接到腿）與平移元件和腿。最后，我們將項圈固定，以確保它們固定在中心管上。

步驟7：電子平臺

我們設(shè)計了支架，以便更容易地修復(fù)所有電子元件。有一個Arduino船的地方，也在對面有一個H-briges，baterries和開關(guān)的地方。

最后，我們將Arduino和電機(jī)控制器擰入支架，我們使用拉鏈連接到固定開關(guān)和電池。

步驟8：連接機(jī)器人

下一步是連接所有電氣元件機(jī)器人在一起我們首先將長導(dǎo)線焊接到電機(jī)的觸點上。接下來，將腿上的花盆連接在一起。這是通過使用舊IDE電纜的帶狀電纜段完成的。電池接線，使它們都具有共同的接地和輸入電壓。輸入電壓連接到Arduino上的+ 9V引腳，兩根信號線焊接到接頭，然后連接到Arduino上的模擬輸入A0-A1。

接下來，我們連接數(shù)字輸出將Arduino上的引腳連接到電機(jī)控制器上的輸入端。

最后，我們在中心管上鉆一個孔，這樣我們就可以將電纜插入管中，直到管的開口端，我們在那里固定前腿。這樣做可以更容易地連接電機(jī)。然后我們通過撥動開關(guān)將每個電機(jī)電壓端子連接到9V電池組。

步驟9：編程

//This program is a simple program who will use motor drives （L298N） only to make the motor going straight forward than wait and then backward.

//Note that no regu-lation is used and the motor will just go at full speed （in the case of the pipe ro- bot， due to the degrees of freedom of the project this kind of method can be applied.

int mot1plus = 2; //initialisation of the motor pin

int mot1moins= 3;

int mot2plus = 4;

int mot2moins= 5;

int mot3plus = 6;

int mot3moins= 7;

float t_init ， t_now ， t; //initialisation of the time variables

float t_forward =8;

float t_back = 10;

float t_waiting = 1;

int motorSpeed=0;

void setup（）

{

Serial.begin（9600）;//give the values of the variables if mantioned inn the code （can be delete）

pinMode（mot1plus，OUTPUT）;//initialisation of the pins as output

pinMode（mot1moins，OUTPUT）;

pinMode（mot2plus，OUTPUT）;

pinMode（mot2moins，OUTPUT）;

pinMode（mot3plus，OUTPUT）;

pinMode（mot3moins，OUTPUT）;

t_init=millis（）; //initialisation of the time as variable and start to count

t_forward *=1000;//transformation of the time in seconds

t_back*=1000;

t_waiting *=1000;

}

void loop（）

{t_now=millis（）;

t=t_now-t_init;// use to calcul the time in the loop

if （t《=t_forward）{ //first loop the robot goes forward

digitalWrite（mot1moins，LOW）;

digitalWrite（mot1plus，HIGH）;

digitalWrite（mot2moins，LOW）;

digitalWrite（mot2plus，HIGH）;

digitalWrite（mot3moins，LOW）;

digitalWrite（mot3plus，HIGH）;

}

if （t》t_forward） { if （t《=t_forward+t_wait）{

digitalWrite（mot1moins，LOW）;

digitalWrite（mot1plus，LOW）;

digitalWrite（mot2moins，LOW）;

digitalWrite（mot2plus，LOW）;

digitalWrite（mot3moins，LOW）;

digitalWrite（mot3plus，LOW）;}

}

if （t_forward+t_waiting《=t）{//third loop the robot come back

digitalWrite（mot1moins，HIGH）;

digitalWrite（mot1plus，LOW）;

digitalWrite（mot2moins，HIGH）;

digitalWrite（mot2plus，LOW）;

digitalWrite（mot3moins，HIGH）;

digitalWrite（mot3plus，LOW）;

}

while（t》=t_forward+t_waiting+t_back）{ // the code is block in this loop and the robot stop

digitalWrite（mot1moins，LOW）;

digitalWrite（mot1plus，LOW）;

digitalWrite（mot2moins，LOW）;

digitalWrite（mot2plus，LOW）;

digitalWrite（mot3moins，LOW）;

digitalWrite（mot3plus，LOW）;

}

}

步驟10：測試和結(jié)果

最后，是時候進(jìn)行測試了。

我們測試了不同直徑的機(jī)器人。第一次測試是在直徑小于260mm的管道中進(jìn)行的，但它太壓縮而無法向前移動，它幾乎不在管道內(nèi)移動。

然而，它對其他直徑（300mm）表現(xiàn)相當(dāng)不錯，320毫米）。此外，它被證明能夠在更大的直徑下工作，但作為汽車（沒有壓縮）。

此機(jī)器人設(shè)計用于水平圓柱形管道或略微傾斜的管道。然而，對于更大的傾斜角度或不平坦的表面，可能會有進(jìn)一步的改進(jìn)。