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Arduino機器人權威指南

為了解決基礎錨栓價格的問題，作者（美）沃倫 這樣論述：

你想制作有趣的機器人嗎？你想讓機器人沿着指定的路線行走嗎？你想讓機器人幫助你清掃庭院嗎？你想讓機器人載着你逛街嗎？那麼請選擇《Arduino機器人權威指南》吧！John-David Warren、Josh Adams和Harald Molle會帶你走進機器人的世界，教會你如何尋找配件、怎樣制作機器人、怎樣進行編程，甚至告訴你如何對機器人進行安全測試。本書可以教會你如何用Arduino來控制各式各樣的機器人，同時提供了每一步的詳細指導。你不僅可以學會Arduino的基本使用方法，還可以了解各種電機的特性。同樣，你會掌握其控制和排除故障的方法，將之應用到你的機器人項目中。本書從易到難，講解了各種各

樣機器人的制作方法，其中包括GPS機器船、草地機器人、格斗機器人及賽格威機器人等。無論你是只會擺弄Arduino的初學者，還是一個制作小工具的專家，《Arduino機器人權威指南》都會幫助你制作出意想不到的機器人作品。John-David Warren：畢業於阿拉巴馬大學伯明翰分校，電子產品愛好者，實踐過許多不同的項目，小到電動釣魚竿，大到遙控割草機。2010 年4月，他的作品登上了 雜志封面。他目前和他美麗的妻子Melissa 住在阿拉巴馬州伯明翰市。Josh Adams：畢業於阿拉巴馬大學伯明翰分校，是軟件開發人員，在設計優質軟件和項目管理方面，擁有超過10年的專業經驗。Josh 是Iso

tope Eleven公司的首席設計師，並負責監管架構決策。Harald Molle：Harald Molle 是一位擁有30年經驗的電腦工程師。他是一個專業的潛水員，為此甚至研究一款GPS控制機器船來勘測湖泊。他的妻子Jacqueline 非常支持他。 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集成開發環境 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 工作區域 50 1.6 總結 51第2章 基於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 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 產生制動 96 3.2.2 實現 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 基於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 添加速度調節器（電位器） 162 4.13 總結 164第5章

牆追蹤機器人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 你需要什麼來開始 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 鑽孔 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 二自由度雲台 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 塗層 334 9.4.7 塗抹成品 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 軟件和任務規划 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 任務規划 377 9.8 全部放在一起 380 9.8.1 集成系統 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 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 472 11.11.2 sample_gyro（）函數 473 11.11.3 檢查角度讀數 474 11.11.4 calculate_angle（） 函數 475 11.11.5 read_pots（）

函數 476 11.11.6 auto_level（）函數 477 11.11.7 update_motor_speed（） 函數 479 11.11.8 time_stamp（）函數 482 11.11.9 serial_print_stuff（）函數 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 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