機器人系統設計與制作：Python語言實作2.4 用LibreCAD生成機器人的二維CAD圖

2.4　用librecad生成機器人的二維cad圖

我們來看看librecad的主界面，如圖2-3的螢幕截圖所示。

圖2-3　librecad主界面圖

左邊的cad工具欄是繪制模型必不可少的元件，圖2-4所示的螢幕截圖展示了cad工具欄的具體組成。

librecad工具欄的詳細說明可以參考以下連結：http://wiki.librecad.org/index.php/librecad_users_manual。

指令框：隻能通過指令來繪制圖形。

我們不用任何工具欄上的按鈕也能繪制出圖形。指令框的詳細使用說明可以參考以下連結：http://wiki.librecad.org/index.php/a_short_manual_for_use_from_the_command_line。

圖層清單：目前繪制視窗的圖層面闆。計算機輔助繪圖的一個基本原理就是利用圖層面闆的概念來進行繪制。關于圖層面闆的詳細說明可以參考以下連結：http://wiki.librecad.org/index.php/layers。

塊：這是一組實體，可以被設定成不同的位置、大小和旋轉角度，并将其多次嵌入到同一個圖形中。關于塊的詳細說明可以參考以下連結：http://wiki.librecad.org/index.php/blocks。

絕對零點：這是繪制圖形的原點坐标（0，0）。

現在，通過設定繪圖機關開始草圖設計。繪圖的機關設定為cm。打開librecad軟體，找到edit |application preference選項，将unit機關設定為centimeters（厘米），如圖2-5的截圖所示。

圖2-4　cad工具欄 圖2-5　設定繪圖機關

接下來，我們開始機器人的底座設計。底座按需求要能夠放置電池，并連接配接電機和控制闆。

2.4.1　底座設計

機器人的底座如圖2-6所示。底座上畫出了兩個差分驅動電機和前後兩個腳輪的位置，m1和m2分别表示兩個差分驅動電機，c1和c2表示兩個腳輪。還有4個連接配接杆的位置：p1-1、p1-2、p1-3和p1-4，它們用于兩層之間的連接配接。螺絲的位置用s表示，這裡所用的螺絲型号都是相同的。在底座的中心開了一個洞，專門用于底座電機的走線，它可以一直連到頂層的控制中心。在底座的左右兩邊各開了一個凹槽，用于放置兩邊的差分驅動輪，并可以很友善地連到驅動電機上。從底座中心到前後兩個腳輪的距離是12.5cm，到兩個驅動電機的距離是5.5cm。4個連接配接杆中心，兩兩之間的長、高均為9cm。底座、中間層和頂闆上打孔的尺寸都一樣。

圖2-6　機器人的底座設計

圖2-6中并沒有标出每個孔的尺寸，各類孔的尺寸如表2-1所示。

表2-1　機器人底座的尺寸

部件名稱 尺寸（cm）

m1和m2 長×高為5×4

c1和c2 半徑為1.5

s（螺絲） 半徑為0.15

p1-1、p1-2、p1-3、p1-4 外半徑為0.7，高為3.5

左、右輪的凹截面 長×高為2.5×10

底座 半徑為15

在後面，我們還會讨論更多關于電機和電機夾具的尺寸。

2.4.2　底座連接配接杆設計

底座上有4個連接配接杆需要延伸連接配接到中間層。連接配接杆長為3.5cm，半徑為0.7cm。我們可以選用空心管将連接配接杆延長到中間層。在空心管的頂部，再插入一塊硬塑膠，打一個螺絲孔。通過這個螺絲，再将其延長到頂層。底座上的連接配接杆和空心管的尺寸如圖2-7所示。空心管的半徑為0.75cm，長度為15cm。

圖2-7　底座連接配接杆

2.4.3　輪子、電機和電機夾具設計

必須确定輪子的直徑，并計算電機的要求。這裡，我們可以采用圖2-8所示的這個典型的輪子和電機的設計方案，看看是否有效。

圖2-8　輪子和電機的典型圖

電機的設計可以根據電機的選擇而變化；如果有必要，電機的設計方案可以根據仿真結果再進行修改。圖2-8中x的值可以根據電機的不同速度和轉矩而改變。它是電機的齒輪傳動裝置。

圖2-9給出了一個典型的輪子設計圖，輪子的直徑可認為是90mm。雖然圖上畫出的直徑隻有86.5mm，但套上握杆後就會變成90mm了。

電機要安裝在底座上需要一個夾具，我們要先将夾具固定在底闆上，然後将電機安裝到夾具上。圖2-10給出了一種典型的夾具設計圖紙，可以為我們所用。這是一個l型的夾具，可以将電機固定在夾具的一側，另一側固定在底闆上。

圖2-9　輪子設計圖

圖2-10　夾具設計圖

2.4.4　腳輪設計

腳輪不需要進行特别的設計，可以使用任何能夠接觸到地面的輪子，與之前的類似。我們這次設計中可用的腳輪集合請參照下面這個連結：http://www.pololu.com/category/45/pololu-ball-casters。

2.4.5　中間層設計

中間層圓盤的設計尺寸和底座圓盤的尺寸一樣，包括螺絲釘的大小也類似，如圖2-11所示。

中間層的圓盤由來自底座上的空心管支撐。這樣，從中間層再向上延伸空心管，連接配接到頂層的圓盤。從底座連到中間層圓盤的空心管，會用一個螺絲固定在底部，然後再通過空心管連接配接到頂層。從中間層延伸上來的空心管的側面和頂部尺寸如圖2-12所示。

圖2-12　空心管側面和頂部尺寸

這個空心管連接配接了底座和中間層，同時向上延伸，連接配接到頂層。

2.4.6　頂層設計

頂層的圓盤設計與其他兩層類似，有4個3cm長的與底層相似的連接配接杆。這4個連接配接杆是用來加強從中間層延伸上來的空心管的。這4個連接配接杆在頂層圓盤上的位置如

圖2-13所示。

頂層圓盤設計完之後，這個機器人的架構設計已基本完成。我們可以用blender軟體來顯示機器人的3d模型，構造這個3d模型主要是為了進行三維仿真，而二維的平面設計主要是用于機械制造的。

圖2-13　頂層圓盤的設計圖