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如何DIY一臺(tái)智能小車

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樓主
ID:160300 發(fā)表于 2017-1-5 21:28 | 只看該作者 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
最近接觸了很多機(jī)器人愛好者,很多人都對(duì)機(jī)器人技術(shù)展示出了濃厚的興趣,也在計(jì)劃如何動(dòng)手制作自己的第一個(gè)機(jī)器人。但是似乎很多的人都摸不到門路,只能是站在大門外滿懷興趣的向內(nèi)觀望,觀望了一陣興趣漸失只好嘆口氣走開……
很多初學(xué)者可能都是看了一些視頻或是現(xiàn)場(chǎng)的比賽,勾起了兒時(shí)的美好回憶,興起了自己動(dòng)手制作機(jī)器人的念頭,很多人可能并不是嵌入式開發(fā)的業(yè)內(nèi)人士,甚至沒有聽說過單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)這些名詞,看著別人滿地亂跑的各種機(jī)器人,頗有無處下手的感覺。有的人一上來就準(zhǔn)備做一個(gè)可以雙足行走的人形機(jī)器人,可以平穩(wěn)行走,可以靠攝像頭來讀取環(huán)境信息,可以語音識(shí)別,最好還可以變形……
我的意見是:新手最好還是老老實(shí)實(shí)的從小車開始吧。人形機(jī)器人可以說是一個(gè)系統(tǒng)的大工程,不是一個(gè)人玩的起來的,而且資金上的投入也是不可計(jì)量的。一個(gè)人形機(jī)器人的成型產(chǎn)品最少要賣到幾千塊——要知道,你在開發(fā)過程中是不可能沒有錯(cuò)誤投入的。機(jī)器人小車技術(shù)上門檻較低,資金投入也少,市場(chǎng)上的各種產(chǎn)品和零配件的支持也較多,雖然簡單,但可以實(shí)現(xiàn)的功能可一點(diǎn)也不少。
我在這里憑自己的經(jīng)驗(yàn)介紹一些自己動(dòng)手制作機(jī)器人小車的基礎(chǔ)知識(shí),如果你是曾經(jīng)自己動(dòng)手做過的高手,那么你可以繞行,我這里介紹的都是為未入門者準(zhǔn)備的最基本的理論知識(shí)和一些動(dòng)手經(jīng)驗(yàn)。
機(jī)器人可以分為三部分——傳感器部分、控制器部分、執(zhí)行器部分。
控制器部分:接收傳感器部分傳遞過來的信號(hào),并根據(jù)事前寫入的決策系統(tǒng)(軟件程序),來決定機(jī)器人對(duì)外部信號(hào)的反應(yīng),將控制信號(hào)發(fā)給執(zhí)行器部分。好比人的大腦。
執(zhí)行器部分:驅(qū)動(dòng)機(jī)器人做出各種行為,包括發(fā)出各種信號(hào)(點(diǎn)亮發(fā)光二極管、發(fā)出聲音)的部分,并且可以根據(jù)控制器部分的信號(hào)調(diào)整自己的狀態(tài)。對(duì)機(jī)器人小車來說,最基本的就是輪子。這部分就好比人的四肢一樣。
傳感器部分:機(jī)器人用來讀取各種外部信號(hào)的傳感器,以及控制機(jī)器人行動(dòng)的各種開關(guān)。好比人的眼睛、耳朵等感覺器官。
好的,現(xiàn)在我們來分析一下機(jī)器人小車的避障行為控制:機(jī)器人正在行走過程中(人在路上走),忽然接收到裝在機(jī)器人前部的傳感器發(fā)來的一個(gè)“左前方有障礙物”的信號(hào)(人眼發(fā)現(xiàn)左前方有一根電線桿),我們事先寫在機(jī)器人控制芯片中的程序算法要求機(jī)器人發(fā)現(xiàn)左前方有障礙物就往右邊轉(zhuǎn)(人發(fā)現(xiàn)左前方有電線桿就應(yīng)該往右躲——什么,你還要繼續(xù)往前走?你牛!那我就等著聽響了,哦,原來你只是想去看上面的小廣告……),控制芯片對(duì)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器——或是輪子,或是雙足——發(fā)出向右轉(zhuǎn)的指令(人大腦發(fā)出向右轉(zhuǎn)的指令,通俗點(diǎn)說就是“拐了拐了”),此時(shí)機(jī)器人的執(zhí)行器部分應(yīng)該立即響應(yīng)控制器的指令,改變自己的狀態(tài),使機(jī)器人的前進(jìn)方向改變,避開障礙物(恭喜你,躲開了電線桿)。
怎么樣,是不是有了點(diǎn)機(jī)器“人”的意思?
那么這三部分是怎么聯(lián)系起來的呢?很簡單:電!其實(shí)機(jī)器人小車就是一個(gè)電子作品,傳感器將外部的光信號(hào)、聲音信號(hào)、溫度信號(hào)等全部轉(zhuǎn)換為控制部分可以接受的電信號(hào),控制系統(tǒng)發(fā)出的指令也是各種電信號(hào),通過執(zhí)行部分轉(zhuǎn)變?yōu)殡姍C(jī)輸出的扭矩、聲音、光信號(hào)等等。
說了這么多那么作一臺(tái)智能車需要哪些部件呢?
智能車需要哪些東西呢?
1.一臺(tái)車底盤這個(gè)可以自已DIY ,建議買現(xiàn)成的價(jià)格不貴形狀好看:
具體的看這篇文章介紹了各種底盤
到店鋪里看小車底盤鏈接:
如果相自已DIY 可以買如下東西(注意自已DIY需要很多工具,如手鐘,美工刀等等)
自已搞一塊萬能板,亞克力,或是木板作為底盤
如果是DIY三輪小車需要購買如下東西:
電機(jī)輪子二只:
緊固件二套:
如果是DIY四輪小車需要購買如下東西:
電機(jī)輪子四只:
緊固件二套:
2.有了小車底盤那么還需一個(gè)驅(qū)動(dòng)器。
驅(qū)動(dòng)器是什么東西呢,小車工作電流一般是每個(gè)電機(jī)200-400MA 有些更大,如果一個(gè)小車是二個(gè)輪子,那么總的電流在400-800MA左右,這些電機(jī)輪子都是要接受單片機(jī)指令執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作,而市面有的單片機(jī)IO口一般只能提供5MA10MA的電流,驅(qū)不動(dòng)電機(jī),所以需要搞一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊。常見的驅(qū)動(dòng)模塊有用自已三極管搭的H橋電路/showcourse.asp?id=20(復(fù)制到IE
也用專用的L298NL293D驅(qū)動(dòng)芯片。建議用專用芯片,我們店里也有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)模塊:
http://item.taobao.com/item.htm?id=14250684837&  L293D驅(qū)動(dòng)模塊集成LDO穩(wěn)壓芯片 即可以驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)四個(gè)直流電機(jī),或是二個(gè)步進(jìn)電機(jī),同時(shí)可以輸出5V 給單片機(jī),傳感器,外設(shè)等提供電源(非常好用)
http://item.taobao.com/item.htm?id=3963607219&   L298N驅(qū)動(dòng)模塊集成LDO穩(wěn)壓芯片 即可以驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)二個(gè)直流電機(jī),或是一個(gè)步進(jìn)電機(jī),同時(shí)可以輸出5V 給單片機(jī),傳感器,外設(shè)等提供電源(非常好用),與下一款升級(jí)款相比 輸出5V的電源大約只有300MA左右,
只能提供給單片機(jī),傳感器,小舵機(jī)等外設(shè)供電.同時(shí)輸入最大電壓為,12V
http://item.taobao.com/item.htm?id=17858716605&  另一款L298N驅(qū)動(dòng)模塊(升級(jí)版)集成了DC-DC  即可以驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)二個(gè)直流電機(jī),或是一個(gè)步進(jìn)電機(jī),同時(shí)可以輸出5V 給單片機(jī),傳感器,外設(shè)等提供電源(非常好用),與老款相比 輸出5V的電源大約有2A左右,
能提供給單片機(jī),傳感器,舵機(jī),等等大電流外設(shè)使用。最大輸入電壓,30V..因?yàn)椴捎?/font>DC TO DC方式,穩(wěn)壓效率非常高,高達(dá)92%
當(dāng)外這些都可以自已DIY,自已到店里買芯片,用萬能板自已作。
3.小車所需的能源
可以用普通的AA5號(hào)電池,但一般采用低內(nèi)阻的充電電池,充電電池套裝。
http://item.taobao.com/item.htm?id=140***5186***&  7.2V 1300MA充電電池套裝
電池是選6V的還是7.2V的呢?
我們建議三輪小車可選6V的,四輪小車選7.2V
4.控制器(小車很重要的一部分相當(dāng)于大腦):
我們店里有三款控制器:當(dāng)然這些都可以自已DIY,搞電子的都應(yīng)會(huì)焊點(diǎn)東西
51單片機(jī)控制器:這款控制器主控芯片是STC89C52 屬標(biāo)準(zhǔn)的51核的單片機(jī),也可以用增強(qiáng)型51單片機(jī)芯片,STC12C5A60S2 內(nèi)帶PWM,AD ,1T運(yùn)行速度(主流),集成USB轉(zhuǎn)串可以直接用USB下載程序。集成數(shù)碼管,舵機(jī),紅外避障,128641602,無線模塊,等接口,板載輸入按鍵?刂瓢逍莘e小,非常適用于小車。在不用的時(shí)候可作用學(xué)習(xí)板使用,附帶一個(gè)光盤內(nèi)容豐富
AVR單片機(jī)控制器:這款控制器主控芯片是ATMEGA16 屬標(biāo)準(zhǔn)的AVR核的單片機(jī), 內(nèi)帶PWM,AD EEPORMI2C。單周期運(yùn)行速度(主流)。集成數(shù)碼管,舵機(jī),紅外避障,12864,1602,無線模塊,等接口,板載輸入按鍵?刂瓢逍莘e小,非常適用于小車。在不用的時(shí)候可作用學(xué)習(xí)板使用,附帶一個(gè)光盤內(nèi)容豐富
Arduino 控制器: 此款控制器也屬AVR控制器(外國人開發(fā)的一款開發(fā)平臺(tái),傻瓜化的編程,內(nèi)帶豐富的庫函數(shù),使用非常方便),個(gè)人認(rèn)為此款控制器,適用于非電子專業(yè)的人用
這四部分都是必備的,有這四樣?xùn)|西,就可以讓小車走起來了,至于要怎么走,就要看傳感器了
5.小車需要的各種傳感器:
尋跡傳感器:一般用來識(shí)別黑白線,小車沿著這條黑白線行走,就需要尋跡傳感器
原理:尋跡傳感器通常采用紅外的方式,紅外管發(fā)射出來的紅外光通過地面(白色)反射回來,在接收管里收到信號(hào),一旦碰到黑線,那么紅外光都被吸收,接收管沒有接收到信號(hào),從而得知傳感器是否壓線:從而調(diào)整小車運(yùn)行方向
四路紅外尋跡模塊:(可以通過換探頭方式,改為避障方式)
單路尋跡模塊(RPR220):
單路尋跡模塊(TCRT5000):
RPR220 TCRT5000模塊使用方法完全一樣,RPR220靈敏度要高一些
那么單路尋跡模塊需要幾個(gè)呢,最少二個(gè)可以左右各裝一個(gè)。比較好折方案是三個(gè),中間一個(gè)一直壓黑線,左右各一只. 最好是四個(gè),就可以走比較復(fù)雜的線,當(dāng)然這些是不限的,傳感器超多,小車走的更好。
避障傳感器:
避障傳感器有很多種,如紅外,超聲波。
紅外的1
背面圖有一個(gè)電位器可以調(diào)節(jié)障礙的檢測(cè)距離,一旦調(diào)節(jié)好電位器(如調(diào)節(jié)好的最大距離60cm)則在有效距離內(nèi)(如40cm處有障礙物、10cm處有障礙物)則輸出低電平,低電平剛好給單片機(jī)識(shí)別。使用方便,但不能實(shí)時(shí)探測(cè)離前方障礙物有遠(yuǎn),只能探測(cè)有沒有障礙
配套支架便于安裝:
紅外的2
http://item.taobao.com/item.htm?id=13570187555&   這個(gè)可以測(cè)出前方10-80CM范圍障礙物距離,輸出的模擬電壓與距離有一個(gè)關(guān)系,通過AD采樣算出前方距離,此方案使用比較麻煩(價(jià)格也偏高)對(duì)單片機(jī)編程要求較大。
超聲波測(cè)距傳感器:
http://item.taobao.com/item.htm?id=3074089625&  探測(cè)距離:2cm-450cm 采用超聲波回波方式,使用起來很方便,可以探測(cè)出前方距離使用方便
配套支架:
http://item.taobao.com/item.htm?id=15***2835367&
很方便的把他固定到小車上面
一般超聲波需要前左右測(cè)距來判斷需往哪個(gè)方向往駛:
配套支架:
測(cè)速傳感器
當(dāng)小車需要測(cè)量往駛速度,或是測(cè)量小車往駛距離時(shí),需要用的模塊(與碼盤一起配合使用)
測(cè)速原理:碼盤上面有一格一格的“小洞”,我們碼盤一般是20格,就是把360分為20小格 即18/格。配合測(cè)速模塊就可以輸出電信號(hào),供給單片機(jī)計(jì)數(shù), 從而計(jì)算出速度與距離
火焰?zhèn)鞲衅?/div>
可以檢測(cè)火焰一般用在滅火機(jī)器人小車上面:
數(shù)字火焰?zhèn)鞲衅?檢測(cè)到火焰輸出為低電平,平時(shí)為高電平
模擬火焰?zhèn)鞲衅?可以根據(jù)火焰強(qiáng)度輸出的對(duì)應(yīng)的電壓(需要用AD去采樣)
通常檢測(cè)到火焰后需要作出相應(yīng)支滅火動(dòng)作,就需要一個(gè)滅火小風(fēng)扇

金屬探測(cè)傳感器
可以探測(cè)8MM距離遠(yuǎn)的金屬鐵片,用作探鐵,探雷的機(jī)器人
配套支架:

藍(lán)牙無線傳感器
可以用Android 智能手機(jī)控制小車運(yùn)行(我們有配套的Android 軟件)
也可以用PC機(jī)控制小車:
一個(gè)插入USB,一端插入小車控制板(配合我們的PC端軟件)
無線四鍵搖控模塊(可以控制小車運(yùn)動(dòng))無方向性
紅外遙控模塊(可以控制小車運(yùn)動(dòng))有方向性,對(duì)準(zhǔn)小車控制板上的紅外接收頭
以上這些傳感器都是一些常用傳感器根據(jù)自已需要來選取
制作小車還需要哪些東西呢?
如銅柱可以固定電路板(這些不貴,大大小小的都可以買些備用)
杜邦線(用于連接各個(gè)模塊)
通常20CM 30CM都備一些。
還需要一些又頭上錫的導(dǎo)線:

這些都是一些常用的東西,按需購買。
一些常用的工具如烙鐵,什么的我們?cè)谶@里不再講述!

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