Arduino机器人权威指南

目 录

第1章 基础 1

1．1 电学 2

1．1．1 电模拟 3

1．1．2 电的基础知识 4

1．1．3 电路 6

1．1．4 电信号测量 7

1．1．5 万用表 7

1．1．6 电压测量 8

1．1．7 电流强度测量 9

1．1．8 电容测量 9

1．1．9 电阻测量 10

1．1．10 使用欧姆定律计算电阻功率 11

1．1．11 示波器 12

1．1．12 负载 13

1．1．13 电路连接 14

1．2 电子学 15

1．2．1 半导体 16

1．2．2 技术手册 17

1．2．3 集成电路 18

1．2．4 通孔元件 19

1．3 Arduino初级读本 20

1．3．1 Arduino变体 21

1．3．2 Arduino集成开发环境 24

1．3．3 草稿 24

1．3．4 信号 28

1．4 构建电路 38

1．4．1 电路设计 38

1．4．2 原理图 39

1．4．3 原型 41

1．5 搭建机器人 47

1．5．1 硬件 47

1．5．2 材料 49

1．5．3 工作区域 50

1．6 总结 51

第2章 基于Arduino的机器人 52

2．1 Arduino接口 52

2．1．1 继电器 53

2．1．2 晶体管 59

2．1．3 电机控制器的接口 66

2．2 用户控制 69

2．2．1 连线（有线）控制 70

2．2．2 红外控制（IR） 70

2．2．3 无线电控制系统 71

2．3 传感器导航 74

2．3．1 接触式感知 75

2．3．2 距离和反射式感知 75

2．3．3 方向（定位） 78

2．3．4 非自主传感器 81

2．4 总结 84

第3章 让机器人动起来 85

3．1 电机 85

3．1．1 有刷直流电机（永久磁铁型） 86

3．1．2 无刷直流电机 87

3．1．3 步进电机 88

3．1．4 齿轮减速电机 90

3．1．5 伺服舵机 91

3．1．6 线性制动器 92

3．1．7 功率计算 93

3．1．8 驱动 93

3．1．9 寻找合适的电机 94

3．2 H桥 95

3．2．1 产生制动 96

3．2．2 实现 97

3．2．3 H桥集成电路 100

3．2．4 更改PWM频率 101

3．2．5 反电动势 103

3．2．6 电流检测 105

3．2．7 基于H桥的商品（电机控制器） 106

3．3 电池 109

3．3．1 镍镉电池（NiCad） 110

3．3．2 镍氢电池（NiMH） 110

3．3．3 锂聚合物电池（LiPo） 111

3．3．4 铅酸蓄电池 112

3．3．5 充电 114

3．4 材料 115

3．4．1 木材 115

3．4．2 金属 116

3．4．3 螺栓和螺母 116

3．4．4 塑料 117

3．4．5 链条和链轮齿 117

3．4．6 车轮 118

3．5 总结 118

第4章 莱纳斯寻线机器人 120

4．1 莱纳斯的零件清单 121

4．2 如何使莱纳斯工作 123

4．2．1 轨道 123

4．3 制作红外传感器电路板 124

4．4 改装成连续旋转的伺服舵机 132

4．4．1 方法1：带有外部速度控制器的直接直流驱动 132

4．4．2 方法2：带有内部电机驱动电路的伺服脉冲驱动 135

4．5 合适的驱动轮 137

4．6 制作框架 141

4．7 制作连接 146

4．8 电池安装 147

4．8．1 安装电源开关 148

4．9 加载代码 148

4．10 制作轨道 155

4．11 测试 156

4．12 附加组件 157

4．12．1 LED指示灯 157

4．12．2 喷漆 159

4．12．3 添加速度调节器（电位器） 162

4．13 总结 164

第5章 墙追踪机器人Wally 166

5．1 如何让Wally工作 167

5．2 Wally的零件清单 169

5．3 电机控制器 171

5．3．1 高侧开关 171

5．3．2 低侧开关 171

5．3．3 电路制作 173

5．4 制作框架 178

5．5 安装传感器 182

5．6 安装电池和电源开关 185

5．6．1 电源开关安装 186

5．7 代码 187

5．7．1 代码目标 189

5．8 总结 198

第6章 制作PCB板 199

6．1 PCB基础 199

6．2 你需要什么来开始 200

6．3 电路设计 202

6．3．1 搜索开源设计 203

6．3．2 制作你自己的设计 204

6．3．3 使用Eagle原理图编辑器工作 207

6．3．4 使用Eagle电路板编辑器工作 211

6．4 转印设计 219

6．4．1 让我们制作一块Arduino克隆板――Jduino 219

6．4．2 开始转印 221

6．5 腐蚀 227

6．5．1 测量腐蚀液 227

6．5．2 腐蚀（方法1） 228

6．5．3 腐蚀（方法2） 230

6．5．4 清除墨粉 232

6．6 钻孔 234

6．7 焊接 235

6．7．1 制作Arduino克隆板 235

6．7．2 制作BJT H-桥 238

6．8 测试 240

6．9 总结 243

第7章 昆虫机器人 244

7．1 通过Arduino读取开关 245

7．2 如何使昆虫机器人工作 246

7．2．1 天线传感器 246

7．2．2 碰撞传感器 247

7．3 昆虫机器人的零件清单 247

7．4 电机 249

7．4．1 改装伺服舵机 249

7．4．2 控制伺服舵机 251

7．4．3 将脉冲值转换为角度值 252

7．4．4 将车轮安装到伺服舵机 253

7．5 制作框架 255

7．5．1 标记有机玻璃 255

7．5．2 切割有机玻璃 256

7．5．3 安装电机 258

7．5．4 安装脚轮 258

7．5．5 安装Arduino 260

7．5．6 安装电池 260

7．6 制作传感器 262

7．6．1 前置天线传感器 262

7．6．2 后置碰撞传感器 263

7．7 制作连线 266

7．8 加载代码 267

7．8．1 创建一个延迟 267

7．8．2 变量 268

7．8．3 代码 269

7．9 制作一顶帽子 277

7．10 总结 280

第8章 探险者机器人 281

8．1 如何使探险者机器人工作 282

8．1．1 R/C控制 282

8．1．2 强大的电机 283

8．1．3 电流检测 283

8．1．4 启动视频 283

8．1．5 启动Xbee 284

8．2 探险者机器人的零件清单 284

8．3 制作框架 286

8．3．1 规格 286

8．3．2 添加电池支架 287

8．3．3 切割底部框架支架 289

8．3．4 切割顶部框架支架 289

8．3．5 切割和弯曲主框架板 290

8．3．6 添加横杆和安装脚轮 291

8．3．7 有机玻璃甲板（任选） 293

8．4 制作电机控制器 293

8．4．1 电流检测和限流 293

8．4．2 H桥设计 294

8．5 设置Arduino 298

8．5．1 连接H桥 299

8．6 设置Xbee 300

8．6．1 测试Xbee 302

8．7 添加摄像头 303

8．7．1 二自由度云台 304

8．7．2 制作第一个支架 305

8．7．3 制作第二个支架 306

8．8 加载代码 307

8．9 总结 316

第9章 机器船 318

9．1 开场白 319

9．2 机器船的零件清单 319

9．2．1 聚苯乙烯泡沫塑料 321

9．2．2 环氧树脂 322

9．2．3 手套 323

9．2．4 玻璃纤维布 323

9．2．5 胶水 324

9．2．6 泡沫塑料切割机和美工刀 325

9．2．7 杂项 325

9．3 机器船设计 325

9．4 组装机器船 327

9．4．1 模板 327

9．4．2 将模板胶合到EPS/ XPS板上 329

9．4．3 切出分段 330

9．4．4 把分段胶合在一起 332

9．4．5 插入泡沫锚 333

9．4．6 涂层 334

9．4．7 涂抹成品 335

9．4．8 鳍 336

9．4．9 上色 336

9．4．10 甲板 336

9．4．11 完成组装 337

9．5 推进装置 338

9．5．1 底板 340

9．5．2 枢轴 340

9．5．3 管子 341

9．5．4 舵角 342

9．5．5 电机 343

9．5．6 舵机 344

9．5．7 推杆 344

9．6 电子设备 344

9．6．1 系统的核心――ArduPilot PCB 345

9．6．2 GPS模块 346

9．6．3 电子调速器（ESC） 346

9．6．4 电机 347

9．6．5 舵机 347

9．6．6 电池组 347

9．6．7 安装电子设备 348

9．7 软件和任务规划 351

9．7．1 GPS接收器 351

9．7．2 软件 352

9．7．3 安装软件 372

9．7．4 任务规划 377

9．8 全部放在一起 380

9．8．1 集成系统 381

9．8．2 船，欢呼吧！ 383

9．9 故障排除 383

9．9．1 电机/螺旋桨的推力不够 384

9．9．2 电机不启动 385

9．10 总结 385

第10章 草地机器人400 386

10．1 如何使草地机器人400工作 387

10．1．1 割草机甲板 388

10．1．2 大容量电池 388

10．1．3 钢框架 389

10．1．4 卸料斗 389

10．1．5 充气轮胎 390

10．1．6 前灯 390

10．1．7 失效保护 390

10．2 工具和零件列表 391

10．2．1 割草机 391

10．2．2 零件清单 391

10．3 轮子 392

10．3．1 前脚轮 393

10．3．2 后驱动轮 393

10．3．3 安装链轮 394

10．4 框架 395

10．5 传动系统 402

10．5．1 安装电机支架 403

10．5．2 安装链条 406

10．6 电机控制器 408

10．6．1 选购一个电机控制器 408

10．6．2 散热风扇 410

10．6．3 电机控制器反馈 411

10．7 Arduino 413

10．7．1 固定好连接以防行驶颠簸 413

10．8 失效保护 417

10．8．1 无线电遥控拨动开关 418

10．8．2 功率继电器 420

10．8．3 避免无线电遥控本身的失效保护 421

10．9 连接电路 422

10．10 代码 423

10．11 美化和添加附件 429

10．11．1 喷漆 429

10．11．2 前灯 430

10．11．3 卸料斗 430

10．11．4 割草机安全开关 432

10．12 总结 432

第11章 赛格威机器人 434

11．1 如何使赛格威机器人工作 435

11．1．1 惯性测量单元 435

11．1．2 转向和增益 436

11．1．3 啮合器 436

11．2 赛格威机器人的零件清单 436

11．3 选择合适的传感器 438

11．3．1 3．3V电源 439

11．3．2 加速度计 440

11．3．3 陀螺仪 442

11．3．4 陀螺仪和加速度计的总结 443

11．3．5 角度滤波 444

11．4 制作惯性测量单元适配板 445

11．5 选择电机 446

11．5．1 卸掉电力制动器 448

11．5．2 电机安装位置 450

11．6 选择电机控制器 451

11．6．1 SoftwareSerial库 452

11．6．2 Sabertooth控制器的简化串口 453

11．7 电池 454

11．7．1 密封铅酸蓄电池 455

11．7．2 充电 456

11．7．3 12V供电 456

11．8 框架 456

11．8．1 框架设计 458

11．8．2 制作框架 458

11．9 输入装置 462

11．9．1 转向 462

11．9．2 增益 462

11．9．3 啮合器 463

11．9．4 水平启动 463

11．9．5 安装输入装置到框架上 463

11．10 安装电子设备 467

11．10．1 焊接输入装置 470

11．10．2 连接线路 470

11．11 分析代码 471

11．11．1 sample_accel()函数 472

11．11．2 sample_gyro()函数 473

11．11．3 检查角度读数 474

11．11．4 calculate_angle() 函数 475

11．11．5 read_pots()函数 476

11．11．6 auto_level()函数 477

11．11．7 update_motor_speed() 函数 479

11．11．8 time_stamp()函数 482

11．11．9 serial_print_stuff()函数 482

11．11．10 完整代码 484

11．12 测试 491

11．13 总结 493

11．14 参考资料 493

第12章 格斗机器人 494

12．1 机器人格斗的诞生 496

12．1．1 格斗机器人的规章制度 496

12．1．2 没有价格限制 497

12．2 格斗机器人零件清单 498

12．3 输入控制 500

12．3．1 Fly Sky CT-6：32美元、5通道、2．4GHz无线控制器备选方案 501

12．4 电子设备 504

12．4．1 Arduino 504

12．4．2 电机控制器 505

12．5 框架 507

12．5．1 是买，还是做 508

12．5．2 改装轮子 509

12．5．3 制作框架 510

12．6 传动系统 513

12．6．1 齿轮传动装置 514

12．6．2 链条张力调整螺母 515

12．7 电池 520

12．8 安装电子设备 522

12．8．1 保护好你的大脑 522

12．8．2 连接线路 524

12．9 代码 526

12．10 盔甲 532

12．11 武器 534

12．12 附加信息 540

12．13 总结 541

第13章 其他控制方式 542

13．1 用Processing来解码信号 543

13．2 其他控制方式所用零件清单 543

13．3 选择输入设备 544

13．4 Processing必备文件 545

13．5 遵照协议 546

13．6 检查Processing的代码 546

13．6．1 代码解析 549

13．6．2 测试Processing 551

13．7 检查Arduino的代码 553

13．8 总结 560

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