DIY打造Arduino架構電動滑板

Rahul Iyer

Published by Rahul Iyer at 2021.06.08

硬體

1x Arduino Uno R3 微控制器（任何Arduino微控制器都可以！）
1x 至少36英寸長的木制長板（板面越長意味著安裝電子裝置的空間越大），和至少10英寸寬的滑板橋（安裝馬達元件時，越長的橋就能提供越大的工作表面）。在本專案中，我使用的是36英寸的長板和10英寸寬的滑板橋。

○使用沒有翹起的平板（翹起的平板下方用於安裝電子裝置的空間較小）

○四個75mm的長板輪子（輪子直徑不必精確為75mm，但範圍必須在70-75mm之間）

跳線和電阻（用於將速度控制器和雙手柄連接到Arduino）
12號絞線
1x FVT 120-Amp 電子速度控制器
1x Nyko Kama 無線 Wii 雙手柄（應配備配對的無線接收器）
1x Wii雙手柄延長線纜
1x Turnigy Aerodrive SK3 或類似的無刷馬達
2x 3S LiPo 電池，如Zippy Flightmax 5000mAh

○LiPo電池規格中的3s表示該電池中包含三個串聯的LiPo電池。

.1 英寸公排針
2x 4.7kΩ電阻
與電池上的連接器合適的連接器（我使用的是子彈頭連接器）
與馬達上的連接器合適的連接器（我使用的是子彈頭連接器）
1x 16齒，5mm HTD節距，9mm寬同步帶輪

○http://shop.sdp-si.com/catalog/product/?id=A_6A55M016DF0906

1x 55齒，5mm HTD節距，9mm寬同步帶

○http://shop.sdp-si.com/catalog/product/?id=A%206R25M055090

軟體

Arduino IDE
“Arduino雙手柄” Arduino程式館
Autodesk Inventor 或類似的電腦輔助設計(CAD) 軟體
Slic3r， ReplicatorG，或類似的3D列印/切片軟體

工具

擰緊硬體的工具（螺絲起子、螺母起子、扳手等）
3D印表機（用於製造電子裝置的外殼）

○3D印表機在該專案中不是必需的。電子零件的外殼也可以由木材或其它類似的更容易被加工的材料製成，或者使用小塑膠容器來封裝。

CNC銑床，用於加工安裝馬達的鋁制零件
鑽床/手鑽
烙鐵
鉗子和剪鉗
剝線鉗

檔和相關連結

CAD 模型： https://sourceforge.net/p/electricskateboard/code
可供下載的公用長板模型： https://grabcad.com/library/longboard-slipstream-1
代碼： https://github.com/RahulIyerK/ElectricSkateboard

術語：

滑板零件：

板面：通常用於騎手站立的木制長形板面
滑板橋：安裝在板面上的T形組件，用作安裝滑板輪的軸。一個滑板上有兩個滑板橋。

電動滑板術語：

減速比：馬達轉速與驅動元件輸出級速度之比。減速比通常以“A:B”的形式表示，並且分數值通常大於1，表示馬達透過比輸出級更高的速度旋轉。

步驟1 – 使用電腦輔助設計（CAD）軟體設計滑板的驅動元件

DIY電動滑板由無刷直流馬達驅動，該馬達透過同步帶連接到四個滑板輪子中的一個。同步帶在兩個同步帶輪之間運行，減速比為2.5：1。從SDP-SI購買的16齒鋁制帶輪是這對帶輪中較小的一個，可安裝到馬達的軸上，而40齒的帶輪則是帶輪減速的輸出級，根據使用者的滑板輪凹槽進行自訂設計。我在CAD軟體中所設計的自訂鋁零件可將馬達固定在適當位置，並使同步帶保持張緊狀態。您可以自行設計將馬達連接到滑板輪上的同步帶元件。點擊此處，您可以在SourceForge程式館中找到我的驅動元件的CAD模型。

圖1：滑板驅動元件的CAD模型。右邊的無刷馬達（藍色所示）透過同步帶連接到左邊的一個滑板輪子（綠色所示）上

為了創建用於將馬達安裝到滑板橋上的自訂零件，我首先下載並修改了一個線上的長板模型，例如GrabCAD的一個模型，該模型與我所使用的長板非常相似，精度很高。為了對模型進行修改，我測量了長板的一些重要尺寸（板面的長度和寬度，滑板橋的高度和寬度，以及輪子的尺寸），並將其與電腦模型進行比較，然後在需要的地方進行更改。

請注意，不必以100%的精度為滑板建模。相比於滑板的還原度，我更關注於上述的那些尺寸是否可以準確地表示出所添加零件與原始滑板零件之間的間隙。經過修改之後的模型效果很好！

圖2：完整的滑板CAD模型。可以看到驅動元件安裝在右下角的軸上

我在距輸出級不同距離的零件上添加了用於安裝馬達的孔，以調整同步帶的張緊程度。因為從同步帶計算器（類似於這種）計算得到的兩中心距離不能確保同步帶處於理想的張緊狀態，所以在零件上具有這種可調節性是一種很好的安全措施，也是保證在最終產品上的同步帶有理想張力的好方法。

同時，我必須對DIY電動滑板最初使用的滑板橋中的一個進行修改，以便將馬達支撐模組安裝到該滑板橋上。原始零件具有逐漸變細的形狀，並且在其表面有嵌入物，這會使安裝過程變得困難。

圖3：現有的滑板橋有兩個特長：有一個凹槽且具有一個長錐度，我會將其移除，以使馬達支撐模組能夠與滑板橋相連接

我在CAD軟體中直接從表面切掉了材料，在滑板橋這部分創建了一個圓柱體，即一種更易於模組安裝的形狀。經過機加工的部分和所連接的支撐模組如圖4所示：

圖4：圖中所示的馬達支撐模組已經夾緊在機加工後的滑板橋上。透過將橋軸直徑調低到一個固定大小，其表面的錐度和凹槽都被移除

該圓柱體是原始滑板橋經過車床加工得到的。

為了確保40齒輸出級帶輪牢固地安裝到驅動輪上，我對一個現有的CAD同步帶輪進行了修改，添加了一些功能，例如添加了用於將帶輪固定到輪子的螺釘孔，以及在與輪子的凹槽合適的帶輪的一個表面添加了一個輪轂。

圖5：自訂40齒帶輪的CAD模型

帶輪頂部的圓錐形形狀使其可以更加緊密地插入滑板輪子的凹槽中。將螺釘擰入帶輪表面的六個通孔中，以將帶輪固定在輪子上。

圖6：用螺釘將列印得到的帶輪安裝到其中一個滑板輪子上。自訂列印平板（如圖頂部所示）用作鎖緊螺母的大墊圈

我列印了一個很小的“平板”片，放置在輪子與帶輪相對的表面上（圖片中鎖緊螺母下方的紅色部分）。該平板有助於消除將兩部分固定在一起並擰緊鎖緊螺母時所產生的應力。與擰緊鎖緊螺母時用軟橡膠作為與輪子之間的墊圈相比，該平板可以提供更加平坦和堅固的支撐。

可以在一個標準臺式3D印表機上列印此自訂帶輪。為了將帶輪固定在滑板輪子上，我需要對滑板輪子進行修改，以使其在安裝位置具有與帶輪相同的通孔。我使用了一個迷你磨機來完成這項工作！同時，我還為輪子的外側列印了一塊小平板（包含在該專案的模型中），作為將帶輪和輪子連接在一起的螺釘上所使用擰緊螺母的墊圈。

圖7：機加工後連接在一起的驅動組件

我設計了自己的馬達支撐模組，使其頂部具有垂直的螺釘，如圖7所示。該螺釘擰緊後可以將支撐模組夾緊到滑板橋上。

最後，我設計的安裝到滑板上的最後一個元件是用於控制電子裝置和電池的外殼。您可以點擊此處在SourceForge程式館中找到我所設計外殼的CAD模型。我設計的外殼上列印有足夠多的孔。Arduino用小螺釘固定在外殼上，其餘的電子器件用紮線帶固定。電池的外殼要經過精心設計，以使其可以緊貼並牢固地固定電池，同時在必要時便於取出電池。

您可以自行設計自己的外殼，以使其更適合於您的研發板。除了像我這樣將電子裝置安裝在滑板面下方，您也可以選擇經過仔細的設計和佈線後將電子裝置放在板面前部或後部的上方。