Arduino 機器人權威指南

目 錄
第1章 基礎 1
1．1 電學 2
1．1．1 電模擬 3
1．1．2 電的基礎知識 4
1．1．3 電路 6
1．1．4 電信號測量 7
1．1．5 萬用表 7
1．1．6 電壓測量 8
1．1．7 電流強度測量 9
1．1．8 電容測量 9
1．1．9 電阻測量 10
1．1．10 使用歐姆定律計算電阻功率 11
1．1．11 示波器 12
1．1．12 負載 13
1．1．13 電路連接 14
1．2 電子學 15
1．2．1 半導體 16
1．2．2 技術手冊 17
1．2．3 集成電路 18
1．2．4 通孔元件 19
1．3 Arduino初級讀本 20
1．3．1 Arduino變體 21
1．3．2 Arduino集成開發(fā)環(huán)境 24
1．3．3 草稿 24
1．3．4 信號 28
1．4 構建電路 38
1．4．1 電路設計 38
1．4．2 原理圖 39
1．4．3 原型 41
1．5 搭建機器人 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 51
第2章 基于Arduino的機器人 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 無線電控制系統(tǒng) 71
2．3 傳感器導航 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 84
第3章 讓機器人動起來 85
3．1 電機 85
3．1．1 有刷直流電機（永久磁鐵型） 86
3．1．2 無刷直流電機 87
3．1．3 步進電機 88
3．1．4 齒輪減速電機 90
3．1．5 伺服舵機 91
3．1．6 線性制動器 92
3．1．7 功率計算 93
3．1．8 驅動 93
3．1．9 尋找合適的電機 94
3．2 H橋 95
3．2．1 產(chǎn)生制動 96
3．2．2 實現(xiàn) 97
3．2．3 H橋集成電路 100
3．2．4 更改PWM頻率 101
3．2．5 反電動勢 103
3．2．6 電流檢測 105
3．2．7 基于H橋的商品（電機控制器） 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 118
第4章 萊納斯尋線機器人 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)旋轉的伺服舵機 132
4．4．1 方法1：帶有外部速度控制器的直接直流驅動 132
4．4．2 方法2：帶有內部電機驅動電路的伺服脈沖驅動 135
4．5 合適的驅動輪 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 安裝電源開關 148
4．9 加載代碼 148
4．10 制作軌道 155
4．11 測試 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 添加速度調節(jié)器（電位器） 162
4．13 總結 164
第5章 墻追蹤機器人Wally 166
5．1 如何讓Wally工作 167
5．2 Wally的零件清單 169
5．3 電機控制器 171
5．3．1 高側開關 171
5．3．2 低側開關 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 安裝電池和電源開關 185
5．6．1 電源開關安裝 186
5．7 代碼 187
5．7．1 代碼目標 189
5．8 總結 198
第6章 制作PCB板 199
6．1 PCB基礎 199
6．2 你需要什么來開始 200
6．3 電路設計 202
6．3．1 搜索開源設計 203
6．3．2 制作你自己的設計 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 轉印設計 219
6．4．1 讓我們制作一塊Arduino克隆板――Jduino 219
6．4．2 開始轉印 221
6．5 腐蝕 227
6．5．1 測量腐蝕液 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 測試 240
6．9 總結 243
第7章 昆蟲機器人 244
7．1 通過Arduino讀取開關 245
7．2 如何使昆蟲機器人工作 246
7．2．1 天線傳感器 246
7．2．2 碰撞傳感器 247
7．3 昆蟲機器人的零件清單 247
7．4 電機 249
7．4．1 改裝伺服舵機 249
7．4．2 控制伺服舵機 251
7．4．3 將脈沖值轉換為角度值 252
7．4．4 將車輪安裝到伺服舵機 253
7．5 制作框架 255
7．5．1 標記有機玻璃 255
7．5．2 切割有機玻璃 256
7．5．3 安裝電機 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 280
第8章 探險者機器人 281
8．1 如何使探險者機器人工作 282
8．1．1 R/C控制 282
8．1．2 強大的電機 283
8．1．3 電流檢測 283
8．1．4 啟動視頻 283
8．1．5 啟動Xbee 284
8．2 探險者機器人的零件清單 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 有機玻璃甲板（任選） 293
8．4 制作電機控制器 293
8．4．1 電流檢測和限流 293
8．4．2 H橋設計 294
8．5 設置Arduino 298
8．5．1 連接H橋 299
8．6 設置Xbee 300
8．6．1 測試Xbee 302
8．7 添加攝像頭 303
8．7．1 二自由度云臺 304
8．7．2 制作第一個支架 305
8．7．3 制作第二個支架 306
8．8 加載代碼 307
8．9 總結 316
第9章 機器船 318
9．1 開場白 319
9．2 機器船的零件清單 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 泡沫塑料切割機和美工刀 325
9．2．7 雜項 325
9．3 機器船設計 325
9．4 組裝機器船 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 343
9．5．6 舵機 344
9．5．7 推桿 344
9．6 電子設備 344
9．6．1 系統(tǒng)的核心――ArduPilot PCB 345
9．6．2 GPS模塊 346
9．6．3 電子調速器（ESC） 346
9．6．4 電機 347
9．6．5 舵機 347
9．6．6 電池組 347
9．6．7 安裝電子設備 348
9．7 軟件和任務規(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/螺旋槳的推力不夠 384
9．9．2 電機不啟動 385
9．10 總結 385
第10章 草地機器人400 386
10．1 如何使草地機器人400工作 387
10．1．1 割草機甲板 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 390
10．2 工具和零件列表 391
10．2．1 割草機 391
10．2．2 零件清單 391
10．3 輪子 392
10．3．1 前腳輪 393
10．3．2 后驅動輪 393
10．3．3 安裝鏈輪 394
10．4 框架 395
10．5 傳動系統(tǒng) 402
10．5．1 安裝電機支架 403
10．5．2 安裝鏈條 406
10．6 電機控制器 408
10．6．1 選購一個電機控制器 408
10．6．2 散熱風扇 410
10．6．3 電機控制器反饋 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 417
10．8．1 無線電遙控撥動開關 418
10．8．2 功率繼電器 420
10．8．3 避免無線電遙控本身的失效保護 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 割草機安全開關 432
10．12 總結 432
第11章 賽格威機器人 434
11．1 如何使賽格威機器人工作 435
11．1．1 慣性測量單元 435
11．1．2 轉向和增益 436
11．1．3 嚙合器 436
11．2 賽格威機器人的零件清單 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 440
11．3．3 陀螺儀 442
11．3．4 陀螺儀和加速度計的總結 443
11．3．5 角度濾波 444
11．4 制作慣性測量單元適配板 445
11．5 選擇電機 446
11．5．1 卸掉電力制動器 448
11．5．2 電機安裝位置 450
11．6 選擇電機控制器 451
11．6．1 SoftwareSerial庫 452
11．6．2 Sabertooth控制器的簡化串口 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 框架設計 458
11．8．2 制作框架 458
11．9 輸入裝置 462
11．9．1 轉向 462
11．9．2 增益 462
11．9．3 嚙合器 463
11．9．4 水平啟動 463
11．9．5 安裝輸入裝置到框架上 463
11．10 安裝電子設備 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 測試 491
11．13 總結 493
11．14 參考資料 493
第12章 格斗機器人 494
12．1 機器人格斗的誕生 496
12．1．1 格斗機器人的規(guī)章制度 496
12．1．2 沒有價格限制 497
12．2 格斗機器人零件清單 498
12．3 輸入控制 500
12．3．1 Fly Sky CT-6：32美元、5通道、2．4GHz無線控制器備選方案 501
12．4 電子設備 504
12．4．1 Arduino 504
12．4．2 電機控制器 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 傳動系統(tǒng) 513
12．6．1 齒輪傳動裝置 514
12．6．2 鏈條張力調整螺母 515
12．7 電池 520
12．8 安裝電子設備 522
12．8．1 保護好你的大腦 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 541
第13章 其他控制方式 542
13．1 用Processing來解碼信號 543
13．2 其他控制方式所用零件清單 543
13．3 選擇輸入設備 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 測試Processing 551
13．7 檢查Arduino的代碼 553
13．8 總結 560