Arduino六足机器人第一部分—机制与接线
这篇文章来源于DevicePlus.com英语网站的翻译稿。六足机器人是最炫酷的机器人之一,但是通常价格昂贵。原因之一是它们由多个零部件组成,并且使用18个伺服,而这些都需要由某些微控制器来供电和驱动。在本教程中,我将展示如何通过使用3D打印所有零部件并仅使用12个伺服来构建您自己的Arduino六足机器人,或简称为Ardupod。准备好了吗?那让我们开始吧!
硬件
•ArduinoUNO(或其他可兼容Arduino的开发板)•Adafruit16通道PWM扩展板(或模块;但是,此处强烈建议使用该扩展板,因为它的原型面积很小)•12个带有金属齿轮的微型伺服(MG90S或其他同等规格产品)•4.8V或6V电池(镍氢、锂离子等)•60个M3螺栓+120个螺母和垫圈(仅用于身体,对于其他部件的安装您需要再另外添加)•6个相同的圆珠笔弹簧•HC-SR04超声波测距模块(可选)
软件
•ArduinoIDE•SolidWorks或其他3D建模软件•Github–您在这里可以找到所有用于打印的Arduino源代码和3D模型
其他工具
•3D打印机•非常建议使用万用表、烙铁和电钻等其他工具设计
如上所述,本次所设计的六足机器人仅需要12个伺服来移动六条腿。这意味着每条腿只配有两个伺服,具有两个自由度(DOF)。与通常的每条腿有三个伺服相比,这种方法有几个优点。我们将需要更少的功率以及更少的处理时间来驱动伺服。但是,移除一个伺服也意味着我们牺牲了一个自由度,因此在对机器人进行稳定爬行的编程上会更具有挑战性。
为了弥补缺少一个伺服所带来的缺陷,所有腿部都有一个可以将伺服的角运动转换为腿部线性运动的机械系统。您可以在以下动画演示中看到该机制的工作原理。
正如您在视频中所看到的那样,该机制内含一个弹簧。弹簧的作用是对在打印过程中造成的所有误差进行补偿。另外,弹簧还可以提供更强大的支撑力,从而有助于实现更自然的爬行运动。您可以在任何地方获取弹簧。比如,圆珠笔里的小弹簧就可以用在这里,但是您可能需要稍微修剪一下长度。请确保您所获取的弹簧可以压缩,并且足够支撑机器人的重量。此外,在开始打印零部件之前,请确保弹簧适用于打印好的部件leg_1和leg_1_seg_1(详情参见Github)。
组装接下来,欢迎进入本文中最难的部分:组装腿部。无论是在构建上还是编程上,这都属于相当高阶的一个项目。我们将假设打算制造这台机器人的人对于使用诸如电钻和烙铁之类的设备具有基本的操作技能。
图1:腿部组装概览图2:腿部组装细节图3:组装好的腿部组装腿部时,请始终记得必须在每两个需要上下移动的塑料件之间放置一个垫圈。您可能需要用电钻调整孔的大小,保证螺栓能够自由旋转。同时,请注意每个螺栓需要两个螺母。
图4:连接腿部关节:塑料件(黑色)和金属件(浅灰色)这对于保持整个支撑系统的正常工作十分重要。组装腿部时,请确保不要将底部螺母拧得太紧,并调整至使塑料部件仍可以自由移动。然后,顶部螺母要尽可能拧到最紧。底部螺母保证了所有部件的自由移动,而顶部螺母保证了所有部件的紧固连接。如果您的螺母拧的过松,那么腿部会变得非常不稳定;如果拧的过紧,将会对伺服带来不必要的负载。对腿部的调整可能要经过几次尝试才能完成。这是本教程中最重要的部分,因此请确保正确完成此步骤。
伺服通过一个小小的“三角臂”来固定在适当位置,这种三角臂通常用于将伺服齿轮轴连接到您想要移动的任何物体上。但是,在这种情况下,三角臂的位置将会被固定,以便当伺服运转时,它也会自行移动,从而使腿部移动。
请确保您使用的是金属齿轮伺服,而不是塑料齿轮伺服!在这种应用中如果使用塑料齿轮,不仅强度比金属的低,而且其齿轮也可能会很快就损坏。
图5:伺服附件细节。确保三角臂固定在适当位置。伺服支架分为三部分,使其更易于打印。假设零部件是用丙烯晴丁二烯苯乙烯(ABS)打印的,那么可以使用丙酮来稍微溶解ABS,然后将这三部分粘在一起,再使其变干。或者,如果您有条件使用更高质量的3D打印机,也可以一次性打印出整个部件。
图6:伺服支架组装细节六足机器人的剩余部分就没有那么复杂了:机身身体由两块板组成,我们可以在其上安装所需的所有电子设备、电池和传感器。您可以在打印之前设定好用于安装电子设备的孔,也可以在打印之后再钻孔。所有零部件和打印说明均可在Github上获取。
图7:组装好的身体:“A”为上板,“B”为底板。您还可以看到安装在伺服上的超声波传感器。成功!到这里,您已经完成了机器人的组装,完成了本教程中最困难的部分。如果出现了什么问题,请不要担心,再次进行尝试。如有必要,请尝试对打印件进行微调,然后查看是否有效。
接线到目前为止,这是最简单的部分了,因为我们将使用AdafruitPWM扩展板来完成大部分工作。我们把扩展板连接到Arduino,然后把伺服连接到扩展板。如果您使用的模块无法直接连接到Arduino,只需要将SDA、SCL以及V+连接到Arduino相应引脚即可(详细信息请参见下图)。
您可能已经注意到了,这里有一个放置电容器的位置,但是却没有电容器。不用担心,这是有意为之!当许多伺服同时运转时,电流峰值将达到几安培。电容器将用来消除这些尖峰。您可能需要这种电容器来确保所有伺服的电源稳定。对于这种目的,使用电解电容器是最合适的,但是对电容值的选择更多的是凭借猜测,而不是确切的科学计算。通常来说,电容值越大越好。电容器的电压应略高于电池电压,因此,如果使用6V电池为所有伺服供电,那么6.3V4700µF应该可以满足需求。
图8:接线图在扩展板上,您还会注意到有一个单独的电源端子。那是因为Arduino本身无法提供足够的电流来一次运行一个以上或两个以上的伺服,需要将电池连接到此端子以及Arduino电源输入端(VIN和GND引脚)。
就是这样,基本的接线已经完成!如果需要,您还可以添加更多模块和传感器,例如超声波测距仪。
图9:接线细节:建议将所有连接到同一条腿上的伺服的电缆困扎在一起。这样,您将就知道哪条电缆通向哪个伺服。而且,这样看起来也会比一团缠结的线缆更美观一些。图10:带有HC-SR04超声波传感器的接线图在本教程中,我将添加一个超声波传感器,以使机器人能够在附近有障碍物的情况下移动。我之所以选择HC-SR04,是因为它们非常便宜,并且易于与Arduino一起使用。而且,这种特定传感器的形状类似于眼睛,您可以借此来分辨出机器人在看什么!
我将传感器安装在一个额外的伺服上(有关安装细节请参见图7)。对该传感器进行接线也非常简单,只是请注意不要将VCC引脚直接连接到电池上!如果您使用的是6V电池,这样连接可能会损坏传感器。将VCC引脚连接到Arduino5V输出端,并将GND连接到GND。您可以将TRIG和ECHO引脚连接到剩下的任何数字引脚上,但要记得在代码中对它们进行适当设置。我将它们连接到引脚3(TRIG)和引脚2(ECHO)上,因为我想在需要串行端口的情况下保持引脚0和1断开。
结论现在,您应该已经完成了所有硬件的组装。接通电源之前,强烈建议您对所建立的每个连接进行测试和确认。
希望您到目前为止没有遇到很棘手的问题。如果您对该设计有任何改进的建议,请在Github上与我交流!请继续关注本项目的第二部分,我们将进入到下一阶段,进一步研究分析逆动力学,并且对这个神奇的Arduino六角机器人(或者Ardupod)进行编程。
接下来您将看到的是ArduPod一次伸展所有腿部!
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JanGromesJan目前在布尔诺工业大学学习电气工程。他在基于Arduino或其他微控制器创建项目方面有多年经验,并且对机器人系统的机械设计领域有浓厚兴趣。Arduino 机器人权威指南pdf
作者:
John-DavidWarren:毕业于阿拉巴马大学伯明翰分校,电子产品爱好者,实践过许多不同的项目,小到电动钓鱼竿,大到遥控割草机。2010年4月,他的作品登上了杂志封面。他目前和他美丽的妻子Melissa住在阿拉巴马州伯明翰市。
JoshAdams:毕业于阿拉巴马大学伯明翰分校,是软件开发人员,在设计优质软件和项目管理方面,拥有超过10年的专业经验。Josh是IsotopeEleven公司的首席设计师,并负责监管架构决策。
HaraldMolle:HaraldMolle是一位拥有30年经验的电脑工程师。他是一个专业的潜水员,为此甚至研究一款GPS控制机器船来勘测湖泊。他的妻子Jacqueline非常支持他。
译者:
于欣龙,工学硕士,2013年毕业于哈尔滨工程大学机械设计及理论专业。大学期间获得国家、省级奖励及表彰共48项,申请发明专利2项、实用新型与外观专利6项,还曾荣获2007中国机器人大赛空中机器人组固定翼15公斤级冠军、5公斤级亚军。现任哈尔滨奥松机器人科技有限公司总经理,哈尔滨工程大学创业学院创业导师,中国第一本开源硬件书籍《爱上Arduino》译者,国内资深创客。
张阳,互动艺术设计师,热爱科技和艺术,致力于互动科技和雕塑的结合。做过小型四足机器人、检测人体喷水的互动佛像、用iPhone控制的可折叠轻型滑板车、尝试以产品标准设计研发的龙爪灯等。
个人网站:www.zhangyangdesign.com。
张岩,工程硕士,本科就读于哈尔滨工程大学英语专业,后被保送本校电子与通信工程专业攻读硕士研究生。目前在大唐电信从事智能卡研发工作,业余时间关注Linux和Contiki等开源项目,探索物联网技术在国内的应用模式和发展方向。
陈丽,博士研究生、讲师,IEEE及中国计算机学会会员,主要研究方向为无线移动感知网络及物联网等。参研国家自然科学基金及省部级科研项目5项,在《计算机学报》、《软件学报》等国家一级学术刊物及国外EI期刊发表论文6篇。
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书名《Arduino机器人权威指南》书名原文:Arduinorobotics标准书号:ISBN978-7-121-22291-7编目分类:TP242-62作者:(美)沃伦(Warren,J.D.),(美)亚当斯(Adams,J.),(美)莫勒(Molle,H.)著译者:于欣龙张阳张岩陈丽译开本:787×9801/16印张:36.5字数:728千字页数:376页装帧:平装版次:2014年3月第1次印刷初版时间:2014年3月本 印 次:2014年3月定价:99元重量625g
或许你一直试图去读《Arduinorobotics》,但是苦于晦涩难懂的英文专业术语而搁置于某个角落,今时今日你不必在有遗憾了,因为奥松机器人创始人于欣龙已将令你头皮发紧的英文版《Arduinorobotics》翻译成通俗易懂的中文读本——《Arduino机器人权威指南》。这本书是继《爱上Arduino》后,于欣龙的另一本大作,今年3月份,《Arduino机器人权威指南》将重磅来袭!
奥松机器人创始人、资深创客于欣龙与Arduino创始人之一MassimoBanzi合影
于欣龙应电子工业出版社邀请,联合国内众多机器人高手张阳、张岩、陈丽等倾注13个月心血,终于完成了这本超高难度的翻译工作,打造出中国第一本全面解读Arduino在机器人上应用的著作,可谓奥松机器人系列丛书的巅峰之作。为什么说难度大呢?首先,这本书的内容殷实,再次,欲翻译某句话或某个段落,你必须要理解作者所要表达的思想,必须要有过硬的机器人相关知识以及丰富的实操功底。为什么说它是重磅来袭呢?因为此书含金量超高,内容可谓高精尖,国内没有任何一本机器人相关书籍与其媲美!
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Arduino机器人权威指南 译者序Arduino的诞生可谓开源硬件发展史上的一个新的里程碑,本人见证着其在中国蓬勃发展的整个过程。尤其近几年,随着Arduino软硬件功能的不断提高,周边配套模块的不断完善,其应用日趋成熟,应用领域也日趋扩大,从环境监测、智能家居再到3D打印等多个领域都能看到它的身影,特别是在机器人和自动化领域,因为它的存在而生辉增色不少。Arduino因其程序语法简单易懂、开发资料丰富,受到众多创客的追捧,从小就喜欢动手DIY的我也不例外。正当本人忙于本书最后校稿之时,谷歌已完成对“大狗”(BigDog)机器人制造商BostonDynamics公司的收购。它是谷歌近半年来收购的第八家机器人公司。这则爆炸性新闻,让“我和我的小伙伴们都惊呆了”,谷歌的这些举动足以说明未来机器人行业发展的巨大潜力。纵览国内现有解读Arduino和机器人制作的相关书籍,本人发现大多是围绕单一内容展开编写的,将两者结合,系统全面讲解Arduino在机器人上应用的书籍并不多。本人有幸先于广大读者读到本书英文版《ArduinoRobotics》,通过阅读发现,本书在内容编排上由浅入深、循序渐进,力求通俗易懂,是一本由“理论入,实践出”的实用型工具书,为此本人决定联合国内几位资深机器人爱好者将其翻译出来,早日跟大家分享,共同学习。内容编排全书共分13个章节,各章节内容明确,重点突出,确保读者快速理解而又不浪费时间。如果你是一个完全没有电子基础却又对机器人制作感兴趣的初学者,可以从头开始章章通读,前两章从介绍理论基础知识、常用工具、电子元件和传感器入手,内容简单,容易理解;第3章主要介绍机器人常用的不同种类电机和驱动电路,让读者为后面制作机器人做准备。如果你对机器人制作和Arduino编程有一定基础,相信本书的各种机器人制作项目也会让你大开眼界,从第4章到13章作者通过亲自动手制作机器人项目的方式教授读者如何选择电子器件,焊接电路,制作PCB,以及根据功能需要编写程序,到实际调试和后续改进等过程,整个过程图文并茂,剖析准确到位,程序注释句句清晰、简明。其中第6章内容告诉读者如何使用目前国外最流行的PCB绘制软件eagle设计并制作电路板也是本书特色项目之一,填补了这款软件的国内教学空白。全书中的例子代码可通过作者创建的网站下载获取,关于Arduino其他硬件方面的创作,你也可以登录Rebecca的博客http://blog.sina.com.cn/arduino查找学习。因本书涉及内容多、专业性强,故邀请不同译者分章翻译,最终统稿编排,因此书中难免会出现疏漏与错误。如果读者在阅读过程中发现任何问题,希望找到译者共同探讨,那么可以加入ArduinoRobotics主题QQ群:334268182。在这个群里你会获得更多关于Arduino和机器人方面问题的解答。致谢首先要感谢作者为广大Arduino和机器人爱好者做出的巨大贡献。其次,本人因为Arduino有幸结识其他译者,在此特别感谢我的挚友张阳、张岩和陈丽,没有你们的辛勤付出,本书不可能顺利完成。当然,还要感谢本书编辑,因为你们对本书译稿的多次审阅和提出宝贵建议才促使本书更加完善并得以早日出版。另外,奥松机器人王非凡、朱新龙、马丽娜也为本书的校对和出版做了大量工作,在此对他们表示由衷感谢。古人云:“授人以鱼,不如授之以渔”,本书不仅能够带着你一步一步去制作各种功能的机器人,还能教会你使用更多制作方法和小妙招。要想做一位名副其实的创客,《Arduino机器人权威指南》是你的最佳选择,动手就从这里开始吧!
于欣龙奥松机器人创始人、资深创客
Arduino机器人权威指南介绍这本书是为那些想更多了解关于Arduino和机器人的爱好者们写的。虽然有些项目是面向大学生和成人的,但涵盖机器人项目的初级章节也同样适合初中生和高中生阅读。因为我曾看到过一些很棒的项目,他们都是由老年人或者是年轻人制作的,所以我不会对这本书做年龄的限制。预备知识首先,你要能够使用基本的电动工具、手动工具、电压表和电烙铁。如果你没有这些方面的经验,也不用担心,因为你的第一次经验已经向你走来(你必须从某处开始),就像骑自行车一样,熟能生巧。如果你是一名经验丰富的机器人制造者,通过学习我介绍的一些方法,能够使你进步得更快。如果你是一个初学者,你就再也不会把一些孔钻到错误的地方、把一个轮子安装得不直、把机器人做得如此丑陋。不要总是想第一次就把每一步都做得非常完美,第一次只要尽力做就行,然后回过头再去改善。手中有一个可以工作但不完美的机器人比什么都没有要好(因为你太害怕去尝试)。总之,这本书主要是为那些Arduino爱好者们提供有趣的项目。如果你在做项目的时候,没有寻找到乐趣,或是做错了;如果你困惑于一个项目,不得不停下来;那么请寻求帮助吧——没有人想让你感到沮丧,但学习新的东西,有时候会让你有一种“用头撞墙”的感觉;不要那样做,只要坚持住,相信你的问题最终会得到解决的。我建了一个谷歌网站,里面包含了本书每个项目的文件并且给大家提供了一个互相交流学习的平台。 网址:https://sites.google.com/site/arduinorobotics/
Arduino机器人权威指南目录更有上海新车间创始人李大维,上海RoboPeak创始人陈士凯,教育部“国培计划”专家、青少年科技创新丛书主编郑剑春等知名人士倾力推荐!
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在我最开始制作机器人的时候,第一个微处理器还没有被发明。机器人的大脑仅仅只是一块手工线路板,而板子上面则分布着老式电阻、超贵的三极管,可能还有一两个继电器。而在当今,我们可以使用微控制器——非常棒的微型化产物,可以直接连接到灯、报警器、电动机、电磁铁、传感器及其他传感器。实际上,这一概念已经形成了所谓的“物理计算”这个专业名词。之所以提到这个,是因为物理计算直接与机器人制作相关联,这也是为何类似于Arduino的微控制器对于机器人会如此重要。Arduino类似于存放在瓶子中的大脑……就其自身而言,它缺乏直接探测周围环境或者操作任何事物的能力。但是它可以根据用户的意愿配置传感器、电动机和其他控制电路,然后通过Arduino编程,使其能够执行命令。这也是本书的切入点:《Arduino机器人制作指南》将帮助用户使用Arduino作为中央大脑,从而构建6个机器人。书中展示了如何把零部件连接起来,然后编写程序使得机器人跟随指令行动。 《Arduino机器人制作指南》中的各个项目,只需要普通的工具和一般的制作技术,便可以容易地进行复现。所有的项目既不需要切割大块的金属或者进行焊接,而我们制作的6个机器人都只需要很容易获得的零件,并不需要任何特殊的及少见的零件。通常的机器人制作工作是一个极为费钱的行为,但是所有本书中涉及的机器人部件都相当廉价,且鼓励零件的重复利用。免费的在线内容、零件查找和奖品 本书包含免费的在线内容:ARB在线支持网站。参照附录A的内容: ●访问“ProjectPartsFinder”以寻找本书将会用到的所有零件 ●下载所有项目的源代码 ●随时新建和更新网站信息和供应商信息 ●强化和升级机器人的设计(e-plans) ●有奖论文、机器人制作指导及更多始于此,但并非止于此 《Arduino机器人制作指南》可以被认为是通往某处的道路,但并非最终目的地。本书的6个机器人项目只是起到跳板的作用——能够较理想地帮助你入门。所有的代码——使用Arduino的术语来说是Sketch——尽量编写得简单明了,以便弄清楚它的工作原理,然后可以迅速地将其分成若干个部分,再加入你自己的创意。许多项目都只提供了最核心的少量代码。当然,如果代码不长,则将所有的代码都罗列了出来。不过,可以在ARB在线支持网站迅速而容易地下载所有的源代码。我从来都只认为我所有的机器人项目都是“在制”状态,经常会升级和调整。在ARB在线支持网站会同时提供可供选择的各个版本的代码,我也非常欢迎你提交经过加强和改进的Sketch! 现在,是时候上车了,发动引擎,然后开始你的旅程吧!目 录第 1 章 Arduino开发平台介绍为何制作机器人………………………………………………………………………………2为何用Arduino制作机器人……………………………………………………………………3Arduino可以为机器人做什么…………………………………………………………………4Arduino:硬件和软件的整合…………………………………………………………………5近距离观察Arduino硬件……………………………………………………………………6Arduino主板上需要关注的重点……………………………………………………………7可用内存……………………………………………………………………………………14关于电压和处理速度…………………………………………………………………………15Arduino工作电压:3.3V或5V………………………………………………………………15Arduino工作速度……………………………………………………………………………16了解主板上所有的LED………………………………………………………………………17旧版本的Arduino主板…………………………………………………………………………17了解Arduino软件………………………………………………………………………………17IDE版本………………………………………………………………………………………19USB驱动……………………………………………………………………………………20使用面包板或扩展板扩展……………………………………………………………………20第2章 让Arduino跑起来所需零件………………………………………………………………………………………23Arduino快速上手………………………………………………………………………………25步骤1——下载Arduino…IDE…………………………………………………………………25步骤2——解压缩软件包……………………………………………………………………26步骤3——安装USB驱动……………………………………………………………………26步骤4——确认Arduino正常工作……………………………………………………………27步骤5——启动Arduino…IDE…………………………………………………………………28步骤6——选定Arduino主板类型和通信端口………………………………………………29步骤7——上传测试Sketch…………………………………………………………………29步骤8——修改测试Sketch…………………………………………………………………30再次了解Arduino…………………………………………………………………………………31微控制器编程入门……………………………………………………………………………32概念:全都是“数字”……………………………………………………………………32HIGH到底是多高……………………………………………………………………………33bit、byte、word………………………………………………………………………………33烦人的概念:命令、函数、声明、数据类型运算符及变量名…………………………34语法和结构…………………………………………………………………………………35Sketch的结构分析……………………………………………………………………………36上手实验1:我们的LED闪光灯………………………………………………………………36上手实验2:我们的LED闪光灯,镜头2……………………………………………………39上手实验3:读取按键状态……………………………………………………………………41上手实验4:让Arduino发出声音……………………………………………………………44第3章 制作Teachbot学习平台舵机版Teachbot概述…………………………………………………………………………47舵机版Teachbot的功能………………………………………………………………………49制作舵机版Teachbot底板……………………………………………………………………50切割零件……………………………………………………………………………………51开孔技巧……………………………………………………………………………………53添加甲板……………………………………………………………………………………54组装Teachbot…………………………………………………………………………………54步骤0——准备好基本零件…………………………………………………………………54步骤1——将舵机安装到舵机固定座上……………………………………………………55步骤2——将L支架和舵机固定座连接在一起……………………………………………55步骤3——将舵机固定座安装到底层甲板上………………………………………………55步骤4——安装平衡支撑杆…………………………………………………………………56步骤5——给舵机安装轮子…………………………………………………………………57步骤6——安装电池…………………………………………………………………………57步骤7——将Arduino安装到第二层甲板上…………………………………………………58步骤8——在第二层甲板上固定面包板……………………………………………………59步骤9——在底层甲板上添加第二层甲板…………………………………………………59舵机版Teachbot如何…………………………………………………………………………61舵机ABC……………………………………………………………………………………62改进普通舵机的方法…………………………………………………………………………64基本改进步骤………………………………………………………………………………64所需工具……………………………………………………………………………………65选择改进对象………………………………………………………………………………65Hitec…HS-422改进实例………………………………………………………………………65Futaba…S3003改进实例………………………………………………………………………67改进后测试…………………………………………………………………………………68第4章 教学机器人编程:使其运动接线并尝试驱动一个舵机……………………………………………………………………69舵机控制编程………………………………………………………………………………71舵机控制Sketch分析…………………………………………………………………………72两个舵机的控制………………………………………………………………………………75面包板接线…………………………………………………………………………………79运行舵机测试sketch…………………………………………………………………………80分析测试Sketch………………………………………………………………………………83舵机版Teachbot的有线控制…………………………………………………………………83关于Servo对象的更多知识……………………………………………………………………87连接和分离舵机……………………………………………………………………………88从特定位置开始运行………………………………………………………………………91设定舵机转速………………………………………………………………………………91使用变量指代I/O引脚编号…………………………………………………………………93让舵机无延迟运转…………………………………………………………………………94连续旋转舵机的不足之处……………………………………………………………………94第5章 编程教学机器人:观察其反应 ………………………………101让机器人具有触觉……………………………………………………………………………95用微动开关检测碰撞…………………………………………………………………………97了解碰撞检测Sketch………………………………………………………………………101使用轮询或中断的方法来判断开关的触发……………………………………………102抖动和防抖………………………………………………………………………………105安装更多的开关…………………………………………………………………………106光线检测……………………………………………………………………………………106将光敏电阻的输出转换成电压信号……………………………………………………106基础的光线传感器应用…………………………………………………………………107用手电筒控制机器人……………………………………………………………………108循迹…………………………………………………………………………………………112循迹基础…………………………………………………………………………………112使用成品循迹传感器模块………………………………………………………………114制作自己的循迹模块……………………………………………………………………118红外线LED和光敏三极管的安装………………………………………………………120双传感器的循迹…………………………………………………………………………121第6章 教学机器人编程:使其开始探索“非接触”和“近距检测”概述…………………………………………………………124使用超声波测距传感器……………………………………………………………………124超声波传感器的基本功能………………………………………………………………126安装传感器………………………………………………………………………………127使用超声波传感器避障…………………………………………………………………128添加旋转云台………………………………………………………………………………128添加夏普GP2Y0D810红外线测距传感器…………………………………………………132添加一个夏普GP2D120红外线传感器……………………………………………………133将GP2D120连接到Arduino………………………………………………………………135给Teachbot添加电源开关…………………………………………………………………137回顾Teachbot的舵机连接…………………………………………………………………139第7章 机械制作制作机器人的重要工具……………………………………………………………………142制作机器人的材料…………………………………………………………………………143使用木材制作机器人……………………………………………………………………143使用塑料制作机器人……………………………………………………………………144使用铝型材制作机器人…………………………………………………………………146使用泡沫板和硬纸板制作机器人………………………………………………………147组装技术……………………………………………………………………………………148胶…带……………………………………………………………………………………148魔术贴……………………………………………………………………………………149塑料扎带…………………………………………………………………………………150胶水………………………………………………………………………………………150机械紧固件………………………………………………………………………………150紧固件类型………………………………………………………………………………152制作过程……………………………………………………………………………………153钻孔技巧…………………………………………………………………………………153切割技巧…………………………………………………………………………………153第8章 制作:电子电路面包板………………………………………………………………………………………157透视面包板………………………………………………………………………………158如何使面包板电路持久工作……………………………………………………………159面包板的使用技巧………………………………………………………………………159扩展板(Shield)……………………………………………………………………………160I/O冲突……………………………………………………………………………………161电路过流…………………………………………………………………………………161物理和机械特性的限制…………………………………………………………………161处理扩展板I/O重复使用的问题…………………………………………………………161扩展板和不同版本Arduino主板的兼容性………………………………………………162电路制作的工具……………………………………………………………………………163导线…………………………………………………………………………………………163接线…………………………………………………………………………………………163使用将导线焊接到排针上的方法制作排线……………………………………………165使用压接的方法制作排线………………………………………………………………166电路制作……………………………………………………………………………………167面包板……………………………………………………………………………………167万用板……………………………………………………………………………………167定制PCB…………………………………………………………………………………168接口技术……………………………………………………………………………………170LED接口…………………………………………………………………………………171电动机接口………………………………………………………………………………172输入保护…………………………………………………………………………………174减少输入/输出的线路干扰…………………………………………………………………177减少来自于电动机的干扰………………………………………………………………177减少来自于电子设备的电学噪声………………………………………………………178第9章 强化教学机器人总物料清学…………………………………………………………………………………179制作直流电机版Teachbot…………………………………………………………………181对直流电机版Teachbot接线………………………………………………………………186电源开关连线……………………………………………………………………………187面包板接线………………………………………………………………………………187最后一次检查接线………………………………………………………………………189让直流电机版Teachbot迈出第一步………………………………………………………189测试电动机速度控制………………………………………………………………………192添加循迹模块………………………………………………………………………………193旋转转向和圆角转向……………………………………………………………………198测试传感器的红外线LED是否点亮……………………………………………………199开始循迹学习……………………………………………………………………………199添加编码器…………………………………………………………………………………200编码器的工作机制………………………………………………………………………201Teachbot编码器的硬件制作………………………………………………………………202加强编码器的实用性……………………………………………………………………209提高编码器的分辨率……………………………………………………………………210添加发声功能………………………………………………………………………………211安装喇叭…………………………………………………………………………………211对Babblebot模块进行控制………………………………………………………………213Teachbot应该扩展…………………………………………………………………………214第 10 章 有趣的音乐机器人Tunebot设计概述……………………………………………………………………………215制作Tunebot………………………………………………………………………………217组装和固定电动机………………………………………………………………………218安装背板…………………………………………………………………………………221组装橡胶履带……………………………………………………………………………221测试和使用Tunebot的减速电动机…………………………………………………………222制作可逆控制板…………………………………………………………………………222对电动机和控制板接线…………………………………………………………………224手动操纵Tunebot…………………………………………………………………………226使用电机控制模块…………………………………………………………………………228使用H桥电路控制电动机…………………………………………………………………228更换Tamiya减速箱的电动机………………………………………………………………229安装Arduino和其他电子零件………………………………………………………………230MIDI模块…………………………………………………………………………………230安装Arduino主板…………………………………………………………………………232安装ArduMoto扩展板……………………………………………………………………233将电动机连接到电动机扩展板(ArduMoto)…………………………………………233安装面包板扩展板………………………………………………………………………234配备供电电池组……………………………………………………………………………236电源和电动机测试…………………………………………………………………………237使传动系统更加耐用……………………………………………………………………240添加循迹模块………………………………………………………………………………240使用MIDI产生音乐…………………………………………………………………………242关于乐器、音色库、通道的知识………………………………………………………243通道音频信息……………………………………………………………………………245变更设置信息……………………………………………………………………………246MIDI作曲…………………………………………………………………………………247常…数……………………………………………………………………………………249演奏复合音节……………………………………………………………………………251对机器人运动和音乐编程…………………………………………………………………254为Tunebot扩展接近传感器和碰撞传感器…………………………………………………254在线内容:为Tunebot添加扎实的履带……………………………………………………255第 11 章 让遥控机器人到达指定位置 ………………………………273无线控制机器人……………………………………………………………………………257ZigBee入门………………………………………………………………………………259了解ZigBee标准的变迁…………………………………………………………………259使用XBee…Series…1通信……………………………………………………………………260三个Arduino,一个遥控机器人……………………………………………………………260制作无线遥控器……………………………………………………………………………261安装Arduino和面包板扩展板……………………………………………………………261连接XBee无线模块………………………………………………………………………262使用主令开关……………………………………………………………………………263使用两轴加速度传感器或电子罗盘……………………………………………………264使用复合传感器…………………………………………………………………………266给Telebot添加XBee接收器…………………………………………………………………270使用主令开关控制Telebot………………………………………………………………271使用电子罗盘控制Telebot………………………………………………………………274在线内容:使用电子罗盘的方位数据控制Telebot………………………………………276给Telebot加载实时视频传输功能…………………………………………………………277为视频添加字幕…………………………………………………………………………278将信息写入Backpack模块………………………………………………………………280显示环境数据……………………………………………………………………………283加强遥控机器人……………………………………………………………………………285第 12 章 机器蛇 ………………………………………………………303模仿蛇的运动………………………………………………………………………………287机器蛇设计概述……………………………………………………………………………288体…节……………………………………………………………………………………289Arduino主板………………………………………………………………………………289自动化和遥控……………………………………………………………………………291制作机器蛇…………………………………………………………………………………291组装体节…………………………………………………………………………………292设定舵机的中点…………………………………………………………………………295电池和舵机接线板的安装………………………………………………………………297使用舵机延长线…………………………………………………………………………299体节间接线………………………………………………………………………………300Arduino…Pro…Mini接线………………………………………………………………………302对机器蛇编程………………………………………………………………………………303降低舵机的运行速度……………………………………………………………………305加载和运行机器蛇的Sketch………………………………………………………………307在线内容:将Arduino用作舵机控制器……………………………………………………309用遥控器控制机器蛇………………………………………………………………………310第 13 章 机械手 ………………………………………………………331了解机械手…………………………………………………………………………………316剖析机械手结构……………………………………………………………………………317自由度……………………………………………………………………………………318舵机的选择………………………………………………………………………………318舵…盘……………………………………………………………………………………319特殊的Arduino主板………………………………………………………………………319制作机械手…………………………………………………………………………………320将所有舵机调整到中点…………………………………………………………………320切割底板…………………………………………………………………………………321制作肩部基板……………………………………………………………………………322组装肩部…………………………………………………………………………………323制作上臂和前臂…………………………………………………………………………330制作腕部…………………………………………………………………………………333制作夹持器………………………………………………………………………………335连接前臂和上臂…………………………………………………………………………335连接上臂和旋转平台……………………………………………………………………336增加逆向弹性平衡………………………………………………………………………336安装Arduino主板……………………………………………………………………………339电源接线……………………………………………………………………………………339将控制电路接到Arduino……………………………………………………………………342添加橡胶脚垫………………………………………………………………………………344对机械手编程………………………………………………………………………………344测试起始位置和最小/最大位置…………………………………………………………344使用串口监视器控制机械手……………………………………………………………346使用带Joystick手柄和键盘的控制器控制机械手………………………………………349对机械手编程以实现交互控制……………………………………………………………350操纵机械手…………………………………………………………………………………357使用Joystick手柄来操纵…………………………………………………………………358使用键盘操纵……………………………………………………………………………358附件A ARB支持网站 ………………………………………………379在线资源……………………………………………………………………………………359特殊零件来源或网站………………………………………………………………………359附件B 物料采购链接…………………………………………………381机器人………………………………………………………………………………………361电子零件……………………………………………………………………………………362爱好者商店…………………………………………………………………………………363特殊资源……………………………………………………………………………………363支架:金属和塑料………………………………………………………………………363竞赛和机器人小组………………………………………………………………………363电子套件…………………………………………………………………………………364论坛(非产品专题)……………………………………………………………………364齿轮和机械件……………………………………………………………………………364塑料和结构件……………………………………………………………………………364二手货……………………………………………………………………………………364如何在一个大型目录中找到所需的电子零件……………………………………………365附件C 排错及如何避免犯错…………………………………………387预防检查……………………………………………………………………………………367系统开发和排错……………………………………………………………………………368使用串口监视器调试问题…………………………………………………………………369插入到setup()函数中间……………………………………………………………………370插入到loop()函数的开头或结尾部分……………………………………………………371插入到用户自定义函数中………………………………………………………………371插入到Sketch中任何使用到循环的位置…………………………………………………372插入到任何需要预览的某个值附近……………………………………………………372排错建议……………………………………………………………………………………373无电源,指示灯不亮,处于最原始的状态……………………………………………373行为异常…………………………………………………………………………………374指示灯亮,但是没有串口调试信息……………………………………………………374串口监视器窗口显示乱码………………………………………………………………374调试信息重复出现,但是设计并非如此………………………………………………374数据结果错误或是未预料的……………………………………………………………375Sketch无法编译……………………………………………………………………………375一切都在工作,除了电动机……………………………………………………………375 本书封底由奥松机器人提供图片,是奥松机器人今年正式成为arduino代理商引进的Arduino首款带有车轮的机器人——ArduinoRobot,目前国内很少买到正品,且全球限量发行,购买请提前预订文章标题作者添加日期2013年RobotCup公开赛AS-6DOF双足竞步机器人Sam2013-10-12机器人国际盛宴—RobotTec2013国际机器人展Sophie2013-09-23让我们一起设计AS-Mini2WDRobot轮式机器人Toni2013-09-09首款带车轮Arduino控制板亮相——ArduinoRobotsophie2013-07-252013年Arduino官方对奥松机器人企业资质、行业地位、业务能力、技术条件以及售后服务等多方面经过数月考核,通过认证,并授予奥松机器人(ALSRobotBase)成为意大利Arduino官方授权的中国大陆区域总代理商。文章标题作者添加日期祝贺奥松机器人成为美国Pololu官方中国区域总代理Sophie2013-11-18祝贺奥松机器人成为意大利Arduino官方中国区域总代理商Sophie2013-10-12祝贺奥松机器人成为美国电子开源硬件巨头Sparkfun中国区域代理商sophie2013-08-10文章标题作者添加日期基于ArduinoUNO与超声波传感器的音乐魔方Techie2013-08-23利用Arduino超声波传感器自制倒车雷达Techie2013-07-26ArduinoRobot与奥松机器人自主研发产品超声波传感器的完美结合,并且超声波支架为奥松机器人代理的3D打印行业国际一流品牌美国Makerbot其MakerbotReplicator2打印机的产物。文章标题作者添加日期【独家首发】《Arduino机器人制作指南》助你圆梦Sophie2013-12-28【独家首发】RaspberryPiPython编程入门Sophie2013-12-20【独家】RaspberryPi快速入门指南预售抢读Sophie2013-11-19权威解析全球3D打印发展史Sophie2013-12-21创客的3D打印梦:从PCB到电子产品的进化史Artech2013-12-14爱上3D打印机2——3D打印机大显身手thunder2013-11-30爱上3D打印机1-认识MakerBotR23D打印机thunder2013-11-223D万圣节礼物之Arduino骷髅精灵Techie2013-11-213D打印机或将无所不能--第三次工业革命Sam2013-11-08Leopoly:让所有人都成为3D模型设计师Sophie2013-10-073D打印如何解决反盗版难题Sophie2013-09-24MakerBot3D打印机的新产物——机器人灵巧手thunder2013-08-20kinect实现3D扫描助力3D打印Jacky2013-07-29转:互联网大会8月13日召开涉及3D打印sophie2013-07-243D打印机之建模及格式转换注意要点thunder2013-07-24从想象到现实,3D打印机无所不能sophie2013-07-20相关文章:
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Arduino机器人权威指南
Arduino机器人权威指南发表于2020-04-19更新于2020-04-20基本信息名称:Arduino机器人权威指南作者信息:作者:John-DavidWarren(约翰-戴维.沃伦)[英文pdf]
简单介绍《Arduino机器人权威指南》(外版书名《ArduinoRobotics》)是目前使用Arduino做机器人的最权威指导图书,在国内人工智能领域是唯一一本。其姊妹篇《Arduino从基础到实践》之前问世时就受到创客们的一致好评。无论你是只会摆弄Arduino的初学者,还是一个制作小工具的专家,《Arduino机器人权威指南》都会帮助你制作出意想不到的机器人作品。
目录123目录第1章基础11.1电学21.1.1电模拟31.1.2电的基础知识41.1.3电路61.1.4电信号测量71.1.5万用表71.1.6电压测量81.1.7电流强度测量91.1.8电容测量91.1.9电阻测量101.1.10使用欧姆定律计算电阻功率111.1.11示波器121.1.12负载131.1.13电路连接141.2电子学151.2.1半导体161.2.2技术手册171.2.3集成电路181.2.4通孔元件191.3Arduino初级读本201.3.1Arduino变体211.3.2Arduino集成开发环境241.3.3草稿241.3.4信号281.4构建电路381.4.1电路设计381.4.2原理图391.4.3原型411.5搭建机器人471.5.1硬件471.5.2材料491.5.3工作区域501.6总结51第2章基于Arduino的机器人522.1Arduino接口522.1.1继电器532.1.2晶体管592.1.3电机控制器的接口662.2用户控制692.2.1连线(有线)控制702.2.2红外控制(IR)702.2.3无线电控制系统712.3传感器导航742.3.1接触式感知752.3.2距离和反射式感知752.3.3方向(定位)782.3.4非自主传感器812.4总结84第3章让机器人动起来853.1电机853.1.1有刷直流电机(永久磁铁型)863.1.2无刷直流电机873.1.3步进电机883.1.4齿轮减速电机903.1.5伺服舵机913.1.6线性制动器923.1.7功率计算933.1.8驱动933.1.9寻找合适的电机943.2H桥953.2.1产生制动963.2.2实现973.2.3H桥集成电路1003.2.4更改PWM频率1013.2.5反电动势1033.2.6电流检测1053.2.7基于H桥的商品(电机控制器)1063.3电池1093.3.1镍镉电池(NiCad)1103.3.2镍氢电池(NiMH)1103.3.3锂聚合物电池(LiPo)1113.3.4铅酸蓄电池1123.3.5充电1143.4材料1153.4.1木材1153.4.2金属1163.4.3螺栓和螺母1163.4.4塑料1173.4.5链条和链轮齿1173.4.6车轮1183.5总结118第4章莱纳斯寻线机器人1204.1莱纳斯的零件清单1214.2如何使莱纳斯工作1234.2.1轨道1234.3制作红外传感器电路板1244.4改装成连续旋转的伺服舵机1324.4.1方法1:带有外部速度控制器的直接直流驱动1324.4.2方法2:带有内部电机驱动电路的伺服脉冲驱动1354.5合适的驱动轮1374.6制作框架1414.7制作连接1464.8电池安装1474.8.1安装电源开关1484.9加载代码1484.10制作轨道1554.11测试1564.12附加组件1574.12.1LED指示灯1574.12.2喷漆1594.12.3添加速度调节器(电位器)1624.13总结164第5章墙追踪机器人Wally1665.1如何让Wally工作1675.2Wally的零件清单1695.3电机控制器1715.3.1高侧开关1715.3.2低侧开关1715.3.3电路制作1735.4制作框架1785.5安装传感器1825.6安装电池和电源开关1855.6.1电源开关安装1865.7代码1875.7.1代码目标1895.8总结198第6章制作PCB板1996.1PCB基础1996.2你需要什么来开始2006.3电路设计2026.3.1搜索开源设计2036.3.2制作你自己的设计2046.3.3使用Eagle原理图编辑器工作2076.3.4使用Eagle电路板编辑器工作2116.4转印设计2196.4.1让我们制作一块Arduino克隆板——Jduino2196.4.2开始转印2216.5腐蚀2276.5.1测量腐蚀液2276.5.2腐蚀(方法1)2286.5.3腐蚀(方法2)2306.5.4清除墨粉2326.6钻孔2346.7焊接2356.7.1制作Arduino克隆板2356.7.2制作BJTH-桥2386.8测试2406.9总结243第7章昆虫机器人2447.1通过Arduino读取开关2457.2如何使昆虫机器人工作2467.2.1天线传感器2467.2.2碰撞传感器2477.3昆虫机器人的零件清单2477.4电机2497.4.1改装伺服舵机2497.4.2控制伺服舵机2517.4.3将脉冲值转换为角度值2527.4.4将车轮安装到伺服舵机2537.5制作框架2557.5.1标记有机玻璃2557.5.2切割有机玻璃2567.5.3安装电机2587.5.4安装脚轮2587.5.5安装Arduino2607.5.6安装电池2607.6制作传感器2627.6.1前置天线传感器2627.6.2后置碰撞传感器2637.7制作连线2667.8加载代码2677.8.1创建一个延迟2677.8.2变量2687.8.3代码2697.9制作一顶帽子2777.10总结280第8章探险者机器人2818.1如何使探险者机器人工作2828.1.1R/C控制2828.1.2强大的电机2838.1.3电流检测2838.1.4启动视频2838.1.5启动Xbee2848.2探险者机器人的零件清单2848.3制作框架2868.3.1规格2868.3.2添加电池支架2878.3.3切割底部框架支架2898.3.4切割顶部框架支架2898.3.5切割和弯曲主框架板2908.3.6添加横杆和安装脚轮2918.3.7有机玻璃甲板(任选)2938.4制作电机控制器2938.4.1电流检测和限流2938.4.2H桥设计2948.5设置Arduino2988.5.1连接H桥2998.6设置Xbee3008.6.1测试Xbee3028.7添加摄像头3038.7.1二自由度云台3048.7.2制作第一个支架3058.7.3制作第二个支架3068.8加载代码3078.9总结316第9章机器船3189.1开场白3199.2机器船的零件清单3199.2.1聚苯乙烯泡沫塑料3219.2.2环氧树脂3229.2.3手套3239.2.4玻璃纤维布3239.2.5胶水3249.2.6泡沫塑料切割机和美工刀3259.2.7杂项3259.3机器船设计3259.4组装机器船3279.4.1模板3279.4.2将模板胶合到EPS/XPS板上3299.4.3切出分段3309.4.4把分段胶合在一起3329.4.5插入泡沫锚3339.4.6涂层3349.4.7涂抹成品3359.4.8鳍3369.4.9上色3369.4.10甲板3369.4.11完成组装3379.5推进装置3389.5.1底板3409.5.2枢轴3409.5.3管子3419.5.4舵角3429.5.5电机3439.5.6舵机3449.5.7推杆3449.6电子设备3449.6.1系统的核心——ArduPilotPCB3459.6.2GPS模块3469.6.3电子调速器(ESC)3469.6.4电机3479.6.5舵机3479.6.6电池组3479.6.7安装电子设备3489.7软件和任务规划3519.7.1GPS接收器3519.7.2软件3529.7.3安装软件3729.7.4任务规划3779.8全部放在一起3809.8.1集成系统3819.8.2船,欢呼吧!3839.9故障排除3839.9.1电机/螺旋桨的推力不够3849.9.2电机不启动3859.10总结385第10章草地机器人40038610.1如何使草地机器人400工作38710.1.1割草机甲板38810.1.2大容量电池38810.1.3钢框架38910.1.4卸料斗38910.1.5充气轮胎39010.1.6前灯39010.1.7失效保护39010.2工具和零件列表39110.2.1割草机39110.2.2零件清单39110.3轮子39210.3.1前脚轮39310.3.2后驱动轮39310.3.3安装链轮39410.4框架39510.5传动系统40210.5.1安装电机支架40310.5.2安装链条40610.6电机控制器40810.6.1选购一个电机控制器40810.6.2散热风扇41010.6.3电机控制器反馈41110.7Arduino41310.7.1固定好连接以防行驶颠簸41310.8失效保护41710.8.1无线电遥控拨动开关41810.8.2功率继电器42010.8.3避免无线电遥控本身的失效保护42110.9连接电路42210.10代码42310.11美化和添加附件42910.11.1喷漆42910.11.2前灯43010.11.3卸料斗43010.11.4割草机安全开关43210.12总结432第11章赛格威机器人43411.1如何使赛格威机器人工作43511.1.1惯性测量单元43511.1.2转向和增益43611.1.3啮合器43611.2赛格威机器人的零件清单43611.3选择合适的传感器43811.3.13.3V电源43911.3.2加速度计44011.3.3陀螺仪44211.3.4陀螺仪和加速度计的总结44311.3.5角度滤波44411.4制作惯性测量单元适配板44511.5选择电机44611.5.1卸掉电力制动器44811.5.2电机安装位置45011.6选择电机控制器45111.6.1SoftwareSerial库45211.6.2Sabertooth控制器的简化串口45311.7电池45411.7.1密封铅酸蓄电池45511.7.2充电45611.7.312V供电45611.8框架45611.8.1框架设计45811.8.2制作框架45811.9输入装置46211.9.1转向46211.9.2增益46211.9.3啮合器46311.9.4水平启动46311.9.5安装输入装置到框架上46311.10安装电子设备46711.10.1焊接输入装置47011.10.2连接线路47011.11分析代码47111.11.1sample_accel()函数47211.11.2sample_gyro()函数47311.11.3检查角度读数47411.11.4calculate_angle()函数47511.11.5read_pots()函数47611.11.6auto_level()函数47711.11.7update_motor_speed()函数47911.11.8time_stamp()函数48211.11.9serial_print_stuff()函数48211.11.10完整代码48411.12测试49111.13总结49311.14参考资料493第12章格斗机器人49412.1机器人格斗的诞生49612.1.1格斗机器人的规章制度49612.1.2没有价格限制49712.2格斗机器人零件清单49812.3输入控制50012.3.1FlySkyCT-6:32美元、5通道、2.4GHz无线控制器备选方案50112.4电子设备50412.4.1Arduino50412.4.2电机控制器50512.5框架50712.5.1是买,还是做50812.5.2改装轮子50912.5.3制作框架51012.6传动系统51312.6.1齿轮传动装置51412.6.2链条张力调整螺母51512.7电池52012.8安装电子设备52212.8.1保护好你的大脑52212.8.2连接线路52412.9代码52612.10盔甲53212.11武器53412.12附加信息54012.13总结541第13章其他控制方式54213.1用Processing来解码信号54313.2其他控制方式所用零件清单54313.3选择输入设备54413.4Processing必备文件54513.5遵照协议54613.6检查Processing的代码54613.6.1代码解析54913.6.2测试Processing55113.7检查Arduino的代码55313.8总结560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