Arduino 機(jī)器人權(quán)威指南

目 錄
第1章 基礎(chǔ) 1
1．1 電學(xué) 2
1．1．1 電模擬 3
1．1．2 電的基礎(chǔ)知識(shí) 4
1．1．3 電路 6
1．1．4 電信號(hào)測(cè)量 7
1．1．5 萬(wàn)用表 7
1．1．6 電壓測(cè)量 8
1．1．7 電流強(qiáng)度測(cè)量 9
1．1．8 電容測(cè)量 9
1．1．9 電阻測(cè)量 10
1．1．10 使用歐姆定律計(jì)算電阻功率 11
1．1．11 示波器 12
1．1．12 負(fù)載 13
1．1．13 電路連接 14
1．2 電子學(xué) 15
1．2．1 半導(dǎo)體 16
1．2．2 技術(shù)手冊(cè) 17
1．2．3 集成電路 18
1．2．4 通孔元件 19
1．3 Arduino初級(jí)讀本 20
1．3．1 Arduino變體 21
1．3．2 Arduino集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 24
1．3．3 草稿 24
1．3．4 信號(hào) 28
1．4 構(gòu)建電路 38
1．4．1 電路設(shè)計(jì) 38
1．4．2 原理圖 39
1．4．3 原型 41
1．5 搭建機(jī)器人 47
1．5．1 硬件 47
1．5．2 材料 49
1．5．3 工作區(qū)域 50
1．6 總結(jié) 51
第2章 基于Arduino的機(jī)器人 52
2．1 Arduino接口 52
2．1．1 繼電器 53
2．1．2 晶體管 59
2．1．3 電機(jī)控制器的接口 66
2．2 用戶控制 69
2．2．1 連線（有線）控制 70
2．2．2 紅外控制（IR） 70
2．2．3 無(wú)線電控制系統(tǒng) 71
2．3 傳感器導(dǎo)航 74
2．3．1 接觸式感知 75
2．3．2 距離和反射式感知 75
2．3．3 方向（定位） 78
2．3．4 非自主傳感器 81
2．4 總結(jié) 84
第3章 讓機(jī)器人動(dòng)起來(lái) 85
3．1 電機(jī) 85
3．1．1 有刷直流電機(jī)（永久磁鐵型） 86
3．1．2 無(wú)刷直流電機(jī) 87
3．1．3 步進(jìn)電機(jī) 88
3．1．4 齒輪減速電機(jī) 90
3．1．5 伺服舵機(jī) 91
3．1．6 線性制動(dòng)器 92
3．1．7 功率計(jì)算 93
3．1．8 驅(qū)動(dòng) 93
3．1．9 尋找合適的電機(jī) 94
3．2 H橋 95
3．2．1 產(chǎn)生制動(dòng) 96
3．2．2 實(shí)現(xiàn) 97
3．2．3 H橋集成電路 100
3．2．4 更改PWM頻率 101
3．2．5 反電動(dòng)勢(shì) 103
3．2．6 電流檢測(cè) 105
3．2．7 基于H橋的商品（電機(jī)控制器） 106
3．3 電池 109
3．3．1 鎳鎘電池（NiCad） 110
3．3．2 鎳氫電池（NiMH） 110
3．3．3 鋰聚合物電池（LiPo） 111
3．3．4 鉛酸蓄電池 112
3．3．5 充電 114
3．4 材料 115
3．4．1 木材 115
3．4．2 金屬 116
3．4．3 螺栓和螺母 116
3．4．4 塑料 117
3．4．5 鏈條和鏈輪齒 117
3．4．6 車輪 118
3．5 總結(jié) 118
第4章 萊納斯尋線機(jī)器人 120
4．1 萊納斯的零件清單 121
4．2 如何使萊納斯工作 123
4．2．1 軌道 123
4．3 制作紅外傳感器電路板 124
4．4 改裝成連續(xù)旋轉(zhuǎn)的伺服舵機(jī) 132
4．4．1 方法1：帶有外部速度控制器的直接直流驅(qū)動(dòng) 132
4．4．2 方法2：帶有內(nèi)部電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的伺服脈沖驅(qū)動(dòng) 135
4．5 合適的驅(qū)動(dòng)輪 137
4．6 制作框架 141
4．7 制作連接 146
4．8 電池安裝 147
4．8．1 安裝電源開(kāi)關(guān) 148
4．9 加載代碼 148
4．10 制作軌道 155
4．11 測(cè)試 156
4．12 附加組件 157
4．12．1 LED指示燈 157
4．12．2 噴漆 159
4．12．3 添加速度調(diào)節(jié)器（電位器） 162
4．13 總結(jié) 164
第5章 墻追蹤機(jī)器人Wally 166
5．1 如何讓W(xué)ally工作 167
5．2 Wally的零件清單 169
5．3 電機(jī)控制器 171
5．3．1 高側(cè)開(kāi)關(guān) 171
5．3．2 低側(cè)開(kāi)關(guān) 171
5．3．3 電路制作 173
5．4 制作框架 178
5．5 安裝傳感器 182
5．6 安裝電池和電源開(kāi)關(guān) 185
5．6．1 電源開(kāi)關(guān)安裝 186
5．7 代碼 187
5．7．1 代碼目標(biāo) 189
5．8 總結(jié) 198
第6章 制作PCB板 199
6．1 PCB基礎(chǔ) 199
6．2 你需要什么來(lái)開(kāi)始 200
6．3 電路設(shè)計(jì) 202
6．3．1 搜索開(kāi)源設(shè)計(jì) 203
6．3．2 制作你自己的設(shè)計(jì) 204
6．3．3 使用Eagle原理圖編輯器工作 207
6．3．4 使用Eagle電路板編輯器工作 211
6．4 轉(zhuǎn)印設(shè)計(jì) 219
6．4．1 讓我們制作一塊Arduino克隆板――Jduino 219
6．4．2 開(kāi)始轉(zhuǎn)印 221
6．5 腐蝕 227
6．5．1 測(cè)量腐蝕液 227
6．5．2 腐蝕（方法1） 228
6．5．3 腐蝕（方法2） 230
6．5．4 清除墨粉 232
6．6 鉆孔 234
6．7 焊接 235
6．7．1 制作Arduino克隆板 235
6．7．2 制作BJT H-橋 238
6．8 測(cè)試 240
6．9 總結(jié) 243
第7章 昆蟲(chóng)機(jī)器人 244
7．1 通過(guò)Arduino讀取開(kāi)關(guān) 245
7．2 如何使昆蟲(chóng)機(jī)器人工作 246
7．2．1 天線傳感器 246
7．2．2 碰撞傳感器 247
7．3 昆蟲(chóng)機(jī)器人的零件清單 247
7．4 電機(jī) 249
7．4．1 改裝伺服舵機(jī) 249
7．4．2 控制伺服舵機(jī) 251
7．4．3 將脈沖值轉(zhuǎn)換為角度值 252
7．4．4 將車輪安裝到伺服舵機(jī) 253
7．5 制作框架 255
7．5．1 標(biāo)記有機(jī)玻璃 255
7．5．2 切割有機(jī)玻璃 256
7．5．3 安裝電機(jī) 258
7．5．4 安裝腳輪 258
7．5．5 安裝Arduino 260
7．5．6 安裝電池 260
7．6 制作傳感器 262
7．6．1 前置天線傳感器 262
7．6．2 后置碰撞傳感器 263
7．7 制作連線 266
7．8 加載代碼 267
7．8．1 創(chuàng)建一個(gè)延遲 267
7．8．2 變量 268
7．8．3 代碼 269
7．9 制作一頂帽子 277
7．10 總結(jié) 280
第8章 探險(xiǎn)者機(jī)器人 281
8．1 如何使探險(xiǎn)者機(jī)器人工作 282
8．1．1 R/C控制 282
8．1．2 強(qiáng)大的電機(jī) 283
8．1．3 電流檢測(cè) 283
8．1．4 啟動(dòng)視頻 283
8．1．5 啟動(dòng)Xbee 284
8．2 探險(xiǎn)者機(jī)器人的零件清單 284
8．3 制作框架 286
8．3．1 規(guī)格 286
8．3．2 添加電池支架 287
8．3．3 切割底部框架支架 289
8．3．4 切割頂部框架支架 289
8．3．5 切割和彎曲主框架板 290
8．3．6 添加橫桿和安裝腳輪 291
8．3．7 有機(jī)玻璃甲板（任選） 293
8．4 制作電機(jī)控制器 293
8．4．1 電流檢測(cè)和限流 293
8．4．2 H橋設(shè)計(jì) 294
8．5 設(shè)置Arduino 298
8．5．1 連接H橋 299
8．6 設(shè)置Xbee 300
8．6．1 測(cè)試Xbee 302
8．7 添加攝像頭 303
8．7．1 二自由度云臺(tái) 304
8．7．2 制作第一個(gè)支架 305
8．7．3 制作第二個(gè)支架 306
8．8 加載代碼 307
8．9 總結(jié) 316
第9章 機(jī)器船 318
9．1 開(kāi)場(chǎng)白 319
9．2 機(jī)器船的零件清單 319
9．2．1 聚苯乙烯泡沫塑料 321
9．2．2 環(huán)氧樹(shù)脂 322
9．2．3 手套 323
9．2．4 玻璃纖維布 323
9．2．5 膠水 324
9．2．6 泡沫塑料切割機(jī)和美工刀 325
9．2．7 雜項(xiàng) 325
9．3 機(jī)器船設(shè)計(jì) 325
9．4 組裝機(jī)器船 327
9．4．1 模板 327
9．4．2 將模板膠合到EPS/ XPS板上 329
9．4．3 切出分段 330
9．4．4 把分段膠合在一起 332
9．4．5 插入泡沫錨 333
9．4．6 涂層 334
9．4．7 涂抹成品 335
9．4．8 鰭 336
9．4．9 上色 336
9．4．10 甲板 336
9．4．11 完成組裝 337
9．5 推進(jìn)裝置 338
9．5．1 底板 340
9．5．2 樞軸 340
9．5．3 管子 341
9．5．4 舵角 342
9．5．5 電機(jī) 343
9．5．6 舵機(jī) 344
9．5．7 推桿 344
9．6 電子設(shè)備 344
9．6．1 系統(tǒng)的核心――ArduPilot PCB 345
9．6．2 GPS模塊 346
9．6．3 電子調(diào)速器（ESC） 346
9．6．4 電機(jī) 347
9．6．5 舵機(jī) 347
9．6．6 電池組 347
9．6．7 安裝電子設(shè)備 348
9．7 軟件和任務(wù)規(guī)劃 351
9．7．1 GPS接收器 351
9．7．2 軟件 352
9．7．3 安裝軟件 372
9．7．4 任務(wù)規(guī)劃 377
9．8 全部放在一起 380
9．8．1 集成系統(tǒng) 381
9．8．2 船，歡呼吧！ 383
9．9 故障排除 383
9．9．1 電機(jī)/螺旋槳的推力不夠 384
9．9．2 電機(jī)不啟動(dòng) 385
9．10 總結(jié) 385
第10章 草地機(jī)器人400 386
10．1 如何使草地機(jī)器人400工作 387
10．1．1 割草機(jī)甲板 388
10．1．2 大容量電池 388
10．1．3 鋼框架 389
10．1．4 卸料斗 389
10．1．5 充氣輪胎 390
10．1．6 前燈 390
10．1．7 失效保護(hù) 390
10．2 工具和零件列表 391
10．2．1 割草機(jī) 391
10．2．2 零件清單 391
10．3 輪子 392
10．3．1 前腳輪 393
10．3．2 后驅(qū)動(dòng)輪 393
10．3．3 安裝鏈輪 394
10．4 框架 395
10．5 傳動(dòng)系統(tǒng) 402
10．5．1 安裝電機(jī)支架 403
10．5．2 安裝鏈條 406
10．6 電機(jī)控制器 408
10．6．1 選購(gòu)一個(gè)電機(jī)控制器 408
10．6．2 散熱風(fēng)扇 410
10．6．3 電機(jī)控制器反饋 411
10．7 Arduino 413
10．7．1 固定好連接以防行駛顛簸 413
10．8 失效保護(hù) 417
10．8．1 無(wú)線電遙控?fù)軇?dòng)開(kāi)關(guān) 418
10．8．2 功率繼電器 420
10．8．3 避免無(wú)線電遙控本身的失效保護(hù) 421
10．9 連接電路 422
10．10 代碼 423
10．11 美化和添加附件 429
10．11．1 噴漆 429
10．11．2 前燈 430
10．11．3 卸料斗 430
10．11．4 割草機(jī)安全開(kāi)關(guān) 432
10．12 總結(jié) 432
第11章 賽格威機(jī)器人 434
11．1 如何使賽格威機(jī)器人工作 435
11．1．1 慣性測(cè)量單元 435
11．1．2 轉(zhuǎn)向和增益 436
11．1．3 嚙合器 436
11．2 賽格威機(jī)器人的零件清單 436
11．3 選擇合適的傳感器 438
11．3．1 3．3V電源 439
11．3．2 加速度計(jì) 440
11．3．3 陀螺儀 442
11．3．4 陀螺儀和加速度計(jì)的總結(jié) 443
11．3．5 角度濾波 444
11．4 制作慣性測(cè)量單元適配板 445
11．5 選擇電機(jī) 446
11．5．1 卸掉電力制動(dòng)器 448
11．5．2 電機(jī)安裝位置 450
11．6 選擇電機(jī)控制器 451
11．6．1 SoftwareSerial庫(kù) 452
11．6．2 Sabertooth控制器的簡(jiǎn)化串口 453
11．7 電池 454
11．7．1 密封鉛酸蓄電池 455
11．7．2 充電 456
11．7．3 12V供電 456
11．8 框架 456
11．8．1 框架設(shè)計(jì) 458
11．8．2 制作框架 458
11．9 輸入裝置 462
11．9．1 轉(zhuǎn)向 462
11．9．2 增益 462
11．9．3 嚙合器 463
11．9．4 水平啟動(dòng) 463
11．9．5 安裝輸入裝置到框架上 463
11．10 安裝電子設(shè)備 467
11．10．1 焊接輸入裝置 470
11．10．2 連接線路 470
11．11 分析代碼 471
11．11．1 sample_accel()函數(shù) 472
11．11．2 sample_gyro()函數(shù) 473
11．11．3 檢查角度讀數(shù) 474
11．11．4 calculate_angle() 函數(shù) 475
11．11．5 read_pots()函數(shù) 476
11．11．6 auto_level()函數(shù) 477
11．11．7 update_motor_speed() 函數(shù) 479
11．11．8 time_stamp()函數(shù) 482
11．11．9 serial_print_stuff()函數(shù) 482
11．11．10 完整代碼 484
11．12 測(cè)試 491
11．13 總結(jié) 493
11．14 參考資料 493
第12章 格斗機(jī)器人 494
12．1 機(jī)器人格斗的誕生 496
12．1．1 格斗機(jī)器人的規(guī)章制度 496
12．1．2 沒(méi)有價(jià)格限制 497
12．2 格斗機(jī)器人零件清單 498
12．3 輸入控制 500
12．3．1 Fly Sky CT-6：32美元、5通道、2．4GHz無(wú)線控制器備選方案 501
12．4 電子設(shè)備 504
12．4．1 Arduino 504
12．4．2 電機(jī)控制器 505
12．5 框架 507
12．5．1 是買，還是做 508
12．5．2 改裝輪子 509
12．5．3 制作框架 510
12．6 傳動(dòng)系統(tǒng) 513
12．6．1 齒輪傳動(dòng)裝置 514
12．6．2 鏈條張力調(diào)整螺母 515
12．7 電池 520
12．8 安裝電子設(shè)備 522
12．8．1 保護(hù)好你的大腦 522
12．8．2 連接線路 524
12．9 代碼 526
12．10 盔甲 532
12．11 武器 534
12．12 附加信息 540
12．13 總結(jié) 541
第13章 其他控制方式 542
13．1 用Processing來(lái)解碼信號(hào) 543
13．2 其他控制方式所用零件清單 543
13．3 選擇輸入設(shè)備 544
13．4 Processing必備文件 545
13．5 遵照協(xié)議 546
13．6 檢查Processing的代碼 546
13．6．1 代碼解析 549
13．6．2 測(cè)試Processing 551
13．7 檢查Arduino的代碼 553
13．8 總結(jié) 560