机器人制作第一篇

[一]小车的整体控制系统理论：控制系统闭环控制：闭环控制有反馈环节，通过反馈系统是系统的精确度提高,响应时间缩短,适合于对系统的响应时间,稳定要求高的系统。开环控制：开环控制没有反馈环节，系统的稳定不高,响应时间相对来说很长,精确度不高,使用于对系统稳定精确度要求不高的简单的系统。一般稍微复杂一点的机器人小车都是闭环控制，也就是说它有一个反馈机制，会根据自己配备的各种传感器来读取环境信息，并且根据这些环境信息来决定自己下一步的行动，决定好后将行动指令发给执行系统，使机器人做出合适的动作。机器人可以分为三部分——传感器部分、控制器部分、执行器部分。传感器部分：机器人用来读取各种外部信号的传感器，以及控制机器人行动的各种开关。好比人的眼睛、耳朵等感觉器官。控制器部分：接收传感器部分传递过来的信号，并根据事前写入的决策系统（软件程序），来决定机器人对外部信号的反应，将控制信号发给执行器部分。好比人的大脑。执行器部分：驱动机器人做出各种行为，包括发出各种信号（点亮发光二极管、发出声音）的部分，并且可以根据控制器部分的信号调整自己的状态。对机器人小车来说，最基本的就是轮子。这部分就好比人的四肢一样。[二]传感器部分传感器是机器人的眼睛，想要小车完成不同的任务就要配备各种不同的传感器。现在市场上林林总总的传感器数不胜数，一般个人机器人爱好者经常使用的有碰撞检测传感器（碰撞开关）、红外测障传感器、红外测距传感器、光敏电阻、电子温度计、电子指南针等等。一般机器人用的传感器返回的信号分两种：一种返回值很简单，只有两个状态：“有”或者“没有”；“是”或者“不是”；“0”或者“1”。我一般习惯把这种量称为“状态量”。它所反映的是一种状态，只是简简单单的“是”或“否”。比如“机器人左边有没有障碍物”，“有没有声音信号”等。还有一种返回值返回的是一个已知范围内任意值，比如一只光敏电阻返回的信号就可能是0～5V范围内的任意电压信号。我一般把这种量称为“强度量”。它所反映的是一个有效范围内的强度。比如“机器人左边的障碍物有多远”，“现在的声音信号有多强”等。“状态量”反映的信息较简单，相应的传感器也较简单，成本较低。而“强度量”反映的信息则较丰富，相应的传感器的成本就会比较高，同时给控制上也带来了更大的灵活和复杂。下面我们来看一些常用的传感器：

1障碍物检测避障可以说是各种机器人最基本的功能。因此选择测障传感器可以说是每一个机器人DIYer必须熟知的知识。检测机器人面前是否存在障碍物的传感器，可以分为接触式和非接触式。接触式－－碰撞开关：电路常开，碰到障碍物后连通，可以用来检测机器人是否发生碰撞。碰撞开关优缺点：碰撞开关的优点是价格便宜，一般每只零售仅几块钱，使用简单，使用范围广，对环境条件没有什么限制。缺点是必须在发生碰撞后才能检测到障碍，这在某些机器人比赛中是相当失分的。并且使用时间较长后容易发生机械疲劳，无法继续正常工作。非接触式－－红外测障传感器非接触式测障开关一般的工作原理与雷达相似，发射某种射线，遇到障碍物会被反射回来，这时传感器就认为发现了障碍物。最常用的便是发射红外线的传感器。现在网上有成套的红外测障传感器出售，可以直接购买产品使用，也可以自己购买电子元件焊接。红外发射和接收管红外测障传感器优缺点：红外测障传感器成本较低（当然比碰撞开关还是要高一点），电路简单，检测范围大，并且如果在电路中加上一个电位器可以随时调节传感器的检测范围。检测方式为非接触式，控制起来更加好看，也更加灵活。缺点是多个传感器之间容易互相干扰，在传感器的布局上需要多花心思，安装位置也要尽可能的避免碰撞。2：距离检测单单知道哪个方向上有障碍物并不够，还必须知道障碍物距离机器人具体有多远，才好判断机器人下一步的行动，这个时候我们就需要测距传感器。测距传感器大多为非接触式，目前在个人机器人领域用的比较多的是红外和超声波两种。红外测距传感器：红外测距传感器：提到红外测距传感器，就不能不提夏普的GP2D12红外测距传感器，几乎可以说是机器人爱好者的必备传感器。现在在网上看到的一些个人机器人作品几乎都可以看到GP2D12的身影。GP2D12产品规格参数：1.测量射程范围：10to80cm2.最大允许角度：>40°3.电源电压：4.5to5.5V4.平均功耗：35mA5.峰值功耗：约200mA6.更新频率/周期：25Hz/40ms7.模拟输出噪声：<200mV8.测量距离与输出模拟电压关系：2.4V~0.4V模拟信号对应10cm~80cm，输出与距离成反比非线性关系。红外测距传感器特点：这种传感器的优点是体积小，测量准确，电源电压与输出信号都较常规，一般单片机系统都可直接使用。缺点是成本较高，购买途径较少。超声波测距传感器：超声波测距传感器也是一种很常见的测距传感器，依靠超声波的发射与反射接收中的时间差来判断距离。超声波测距传感器规格很多，测试距离也从远到近都有，价格相差也较大，一般机器人爱好者使用的都是测量范围在最小几厘米到最大几米之间。超声波测距优缺点：超声波测距的优点在于测量范围较大，且不是使用光学信号，所以被测物体的颜色对于测量结果没有影响。缺点是成本较高，由于是依靠声速测距，所以对于一些影响声速的因素较敏感，比如温度、风速等。最大允许角度较小。3、亮度检测：机器人有时需要判断环境光的亮度，这个时候就需要亮度传感器。最常用的便是光敏电阻。光敏电阻是一种随着照射在上面的可见光强度变化而阻值发生变化的电阻，可以根据其阻值的变化判断出光强。光敏电阻的使用也非常简单，只要将它当做普通电阻接入电路，只要根据电流变化便可得出电阻的变化，进而判断出光强的变化。优点：成本低廉、可靠性好、测量准确。缺点：暂无。4、速度检测机器人自身的行走速度对于判断机器人运动状态和机器人所在位置非常重要，这里我们主要讨论一下机器人小车运动速度的测量。机器人小车依靠电动机驱动轮子来运动，因此测量机器人小车的速度可以归结为测量驱动电动机的转速测量电机转速有很多种方法，比较适合个人机器人爱好者的是光电编码器。5、地面灰度：很多人最开始做的机器人小车基本功能就是循线，白色的地板上贴着一条黑线，让机器人小车沿着地面的黑线前进。可见光地面灰度检测器：所谓的可见光地面灰度检测器，就是使用一个发光装置与一个光敏电阻搭配，装在机器人底部离地面较近的一个位置上。利用不同颜色对可见光的吸收程度不同的原理来检测地面灰度。发光装置发射可见光，照射到不同颜色上面后反射光的强度会有一定的差异，根据光敏电阻的返回值便可知道现在机器人下面的地面颜色。6常用的电子指南针传感器电子指南针传感器：利用磁场传感芯片制成，将地磁信号转化为电信号输出，用于定位系统，精度高、稳定性好。常用的红外测障传感器红外测障传感器：红外测障传感器利用红外线遇到障碍物会反射的原理，来检测某一方向上是否有障碍物的存在购买途径：当地的电子市场，或是网上购买（现在很多机器人商家都有各种各样的传感器提供，其实原理和适用范围都差不多，很多都可以互换通用）。购买时需要注意的是传感器的电压范围和有效范围。[三]控制器部分适合机器人的控制芯片有很多：单片机、DSP、甚至我们计算机上所用的CPU，都可以。不过我们这里主要介绍的针对机器人小车的技术，所以把其他的先放一放，让我们把注意力放到物美价廉的单片机上来。单片机：单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。单片机是自动控制系统中应用非常广泛的控制芯片，现在就在我们身边的许多的电器中都有单片机的身影。想自己动手制作机器人的话，相应的单片机知识是必不可少的。单片机开发涉及两方面：硬件、软件。一块空白的单片机想要使用，还需要一些其他的电路来支持。一般来说，最基本的电路就是单片机最小系统：所谓的单片机最小系统就是指可以让单片机工作起来的最基本的电路，在所有的单片机系统中，你都可以找到类似的电路。做机器人需要的扩展电路：程序下载电路：单片机最终需要程序来控制，一般都是在PC上编写好程序，通过下载线来下载到单片机中执行。下载需要一个电路来支持，以前的通常做法是连接到PC的串口，不过现在有很多通过USB下载程序的电路。开发环境不同的单片机需要不同的开发环境，这个要在购买的时候就弄清楚，很多单片机公司都有自己配套的开发软件，很多都是可以在公司网站上免费下载。一般来说，国外的很多芯片公司在自己的网站上都有非常丰富和适用的资料[四]执行器部分对于机器人小车来说，最基本的执行器部分就是轮子。要有轮子，小车才能被称为小车。这部分可能也是各位爱好者最发愁的部分，传感器和控制器到处都有的卖，而一般适合机器人小车上用的轮子，机械结构，车体等部分却很难寻觅。找人订做成本极高，现在很多朋友都用玩具小车来进行改装。其实现在已经开始有机器人小车底盘出售，不过在电子市场很难见到，多数都要在网上一些教育机器人公司的网店里邮购。机器人常用的电机分为三种：普通的直流电机、步进电机、伺服电机直流电机：输出或输入为直流电能的旋转电机，称为直流电机，它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。步进电机：步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线关系的存在，加上步进电机只有周期的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。伺服电机：伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行器件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。三者比较成本：

直流<步进<伺服电机控制精度：

直流<步进<伺服电机电机的单片机控制一般单片机要通过驱动电路来控制步进电机、伺服电机。有专门的模块来负责驱动电机，单片机只需要为这样的模块提供一定频率的脉冲和控制信号就可以了。对于小车的运动驱动来说，一般可以选用直流电机或步进电机，而伺服电机一般用在机械臂上，用来得到精确的旋转角度。下页上页返回机器人的手足——驱动下页上页返回机器人的手足——驱动下页上页返回机器人的眼睛——传感器下页上页返回机器人的嘴巴——输出设备下页上页返回机器人的大脑——控制器下页上页返回制作自己的第一个机器人下页上页返回直流减速电机下页上页返回电机驱动器件L298N下页上页返回电机驱动电路图下页上页返回电机驱动电路图下页上页返回电机驱动程序voidgo_ma()//电机A前进{ ENA=1; IN1=1; IN2=0;}voidback_ma()//电机A后退{ ENA=1; IN1=0; IN2=1; }voidstop_ma()//电机A停止{ ENA=0; IN1=0; IN2=0;}voidadvance()//BF-1机器人前进{ go_ma(); go_mb();}voidback()//BF-1机器人后退{ back_ma(); back_mb();}voidleft_turn()//BF-1机器人左转{ stop_ma(); go_mb();}下页上页返回循迹传感器下页上页返回红外传感器电路下页上页返回路径判断程序voidhw_scan()//红外检测{ if(hw1==