一、项目总览

• 项目定位：模块化高速竞赛级红外循迹机器人，兼顾新手教学与专业竞速赛事，在简化机械结构的同时最大化赛道极限性能。

• 核心设计理念：全模块拆分、自由组合、低成本复刻、完整配套开发资料。

• 项目核心特色：模块化巡线机器人，结构简洁易组装，同时具备顶级竞赛性能；标配 16 通道高密度红外传感阵列、底部负压防侧滑吸盘、大扭矩驱动电机。

二、硬件系统全解析

整机采用分体模块化架构，所有核心部件独立标准化，可单独采购 / 3D 打印 / PCB 打板，自由更换电机、传感器、底盘结构。

1. 主控单元：PX-CORE 核心控制板

• 主控芯片：ESP32-C3 SuperMini（WiFi / 蓝牙无线调试、大容量闪存、低功耗）

• 驱动能力：集成两路大功率直流电机驱动芯片，支持空心杯 / 碳刷高速电机，输出电流满足竞速大扭矩需求

• 扩展接口：

  • 8Pin 柔性排线接口，直连 16 路红外传感器模块

  • 预留舵机、ESC、启动开关、无线调试拓展引脚

  • 多路模拟输入，可外接多路传感阵列

• 开发配套：仓库提供完整 KiCad 原理图、PCB 工程、BOM 物料清单，可直接交付工厂制版。

2. 传感单元：LINE×16 16 通道红外阵列模块

• 硬件架构：16 路红外发射 / 接收对管，采用两片 8 通道模拟多路开关分时读取，传感采样速度提升一倍，无延迟预判赛道弯道、分叉、直角、S 弯。

• 布局优势：传感器横向宽幅排布，提前捕捉赛道边线，相比传统 7 路 / 9 路传感器容错率大幅提升，高速过弯不脱线。

• 连接方案：8Pin 柔性扁平排线，减少机身布线杂乱，装配更紧凑轻量化。

3. 动力与防打滑系统

• 双驱动电机：支持两种动力方案自由选配

  • 高性价比：标准碳刷减速直流电机

  • 极限竞速：高速空心杯电机（扭矩更大、转速更高）

• 负压吸盘结构（核心竞赛优势）

  机身中央集成离心吸盘风扇，运行时底部形成负压吸附赛道地面，解决高速转弯离心力导致的侧滑、冲出赛道问题，是区别于普通教学小车的关键竞速设计。

• 行走结构：双后轮差速驱动，前置宽幅传感器，无额外万向轮遮挡传感视野。

4. 机械结构与 3D 模型

仓库3d_model文件夹提供全部 STL 打印文件：

• 镂空轻量化一体化底盘：降低整机重量，提升加速性能，预留全部 PCB、电机、吸盘安装定位孔

• 电机支架、传感器固定座、电池仓、外壳盖板全套零件

• 兼容 FDM / 光固化 3D 打印，无复杂支撑结构，新手可直接打印组装

三、软件与固件开发系统

仓库/software提供两套完整工程，适配不同使用人群，基于 VS Code + PlatformIO 开发环境，原生支持 ESP32 系列开发。

1. PX-01 Basic 基础版（教学 / 新手入门）

• 控制逻辑简化，基础 PID 循迹算法，参数可视化注释

• 屏蔽复杂竞速优化功能，降低调试门槛，适合中小学、高校机器人实训教学

• 配套调试串口打印，实时输出 16 路传感器数值、电机转速、误差值，方便新手理解循迹原理

2. PX-01 Pro 专业竞赛版（竞速参赛）

• 高性能闭环控制：速度 PID + 转向双 PID 复合算法

• 赛道预判逻辑：基于 16 路传感器数值提前识别弯道曲率，自动匹配加减速

• 无线调参功能：ESP32 WiFi 实时在线修改 PID 参数，无需重新烧录固件

• 极限性能优化：低延迟传感采样、电机平滑调速，消除急加减速抖动

• 支持赛道记忆、分段变速、自动校准传感基线等高阶竞赛功能

3. 配套开发工具文件

仓库内置两套 VS Code 工作区配置文件：

• PX-01 Basic.code-workspace：基础教学工程环境

• PX-01 Pro & OPR Style.code-workspace：专业竞赛开发环境

  内置依赖子模块、驱动库、校准工具函数，克隆仓库后可直接编译烧录。

四、模块化扩展与二次开发能力

该项目最大优势为无限自定义改装，所有部件标准化解耦：

1. 动力自由替换：仅更换电机支架 3D 模型，即可兼容不同尺寸空心杯 / 碳刷电机

2. 传感可裁剪：可自行修改 PCB，缩减为 4/7/9 路传感器，适配低成本教学场景

3. 底盘结构自定义：镂空底盘 3D 模型可修改长宽、重量、电池仓尺寸，适配各类比赛尺寸规则

4. 主控复用：PX-CORE 控制板可脱离 PX-01 底盘，用于平衡车、避障机器人、仓储 AGV 等其他小型移动机器人开发

5. 商用套件方案：OPRobots 官方提供整机套件、分模块散件两种采购方案，个人玩家可自行 3D 打印 + 打板完全复刻，大幅降低采购成本。

五、适用场景

1. 院校机器人教学

   Basic 版固件降低学习门槛，全套开源图纸适合嵌入式、自动控制、机电一体化课程实训，学生可完整学习机械设计、PCB 制版、PID 控制、红外传感原理。

2. 国际循迹机器人竞速赛事参赛

   Pro 版固件 + 负压吸盘 + 16 路高分辨率传感是专业赛事级配置，针对高速赛道、连续急弯、窄线赛道优化，大幅提升完赛速度与稳定性。

3. 开源硬件二次开发基底

   全套可编辑机械、电子、软件资料，开发者可基于 PX-01 架构开发自主商用小型循迹 AGV、巡检小车。

4. 机器人爱好者 DIY 项目

   全部资料免费开源，无版权限制，3D 打印 + PCB 自制即可完成整机，适合动手爱好者自主改装调试。

六、项目优势对比传统循迹小车

七、开源协议：

GPL 3.0（硬件、固件、3D 模型全开源，允许商用、二次修改、自主打板生产）

八、项目地址

https://github.com/OPRobots/PX-01