机器人制作提高篇PDF电子书下载

第1章 组装模块式机器人 1

1.1 制作模块 1

1.1.1 组装Roundabout机器人或其他机器人 2

1.1.2 章节安排 2

1.2 熟悉机械加工 3

1.2.1 配置自己的机械加工间 4

1.2.2 选择一种微型铣床 4

1.3 总体介绍 7

1.3.1 机械零部件的内容编排 7

1.3.2 独立电子模块的分组归类 7

1.3.3 机器人的组装与调试 8

1.4 把这些零件和技术应用到其他机器人上 8

第2章 两种自制电机联轴器的比较及如何避免常见误差 11

2.1 两种自制联轴器技术的比较 11

2.1.1 研究伸缩管式联轴器 11

2.1.2 与实心杆联轴器的比较 12

2.2 确定联轴器钻孔的效果、常见偏差及效果 12

2.2.1 固定螺钉孔和电机轴孔的连接 13

2.2.2 孔的角度与中心位置的校正 14

2.3 准备制作实心杆联轴器 17

第3章 制作定位器和在实心杆上钻孔来加工联轴器 18

3.1 收集工具和零件 18

3.2 确定制作联轴器所需实心杆的长度 19

3.2.1 测量电机轴和LEGO十字轴的尺寸 19

3.2.2 选择制作联轴器本体的实心杆 20

3.2.3 把实心杆截成联轴器所需尺寸 21

3.2.4 把联轴器本体的端面打磨光滑 22

3.2.5 把具有一定长度的联轴器杆放置在一边 24

3.3 制作一个联轴器定位器 24

3.3.1 截取联轴器定位器块 25

3.3.2 在联轴器的定位器上钻紧定螺钉孔 26

3.3.3 在联轴器定位器的紧定螺钉孔上加工螺纹 27

3.3.4 在定位器上钻联轴器杆的固定孔 28

3.4 省钱的机会 32

3.4.1 扩大紧配合的孔 32

3.4.2 在联轴器定位器上安装紧定螺钉 33

3.4.3 重新定位联轴器定位器 33

3.5 在联轴器上加工联接电机轴和LEGO十字轴的孔 33

3.5.1 更换钻头，而不是更换联轴器杆 36

3.5.2 进行最后的修正：使端面与侧面成直角 36

3.6 检查联轴器 36

第4章 完成实心杆电机联轴器 38

4.1 在联轴器上安装紧定螺钉 38

4.1.1 确定联轴器上紧定螺钉的位置 38

4.1.2 加工联轴器上的紧定螺钉孔 39

4.1.3 对联轴器上的紧定螺钉孔攻丝 40

4.1.4 选择紧定螺钉 41

4.2 联接LEGO十字轴 42

4.3 总结 44

第5章 在车轮内部安装电机 46

5.1 遇到危险：电机轴弯曲 46

5.1.1 带有支撑的正常驱动 46

5.1.2 没有支撑时产生的弯曲 47

5.2 制作一个轮毂接头联轴器 47

5.2.1 使电机轴的外径与LEGO车轮的内径相配合 47

5.2.2 简单加工联轴器轮毂接头杆 49

5.2.3 加工内圆盘和外圆盘 50

5.2.4 在LEGO轮毂上钻中心孔 59

5.2.5 把所有的零件安装并且粘接在一起 61

5.3 总结 63

第6章 理解电子实验中的标准和参数设置 64

6.1 读原理图 64

6.1.1 布线 64

6.1.2 标定流水号 66

6.1.3 标定元件类型参数 67

6.1.4 电源的说明 71

6.2 无焊面包板的使用 73

6.2.1 无焊面包板的选择 73

6.2.2 根据照片连接无焊面包板 73

6.3 了解示波器信号曲线 77

6.4 充分利用现代电子技术 77

6.4.1 克服认知障碍 77

6.4.2 避免使用过时的技术 78

6.4.3 使用表面贴装元件 78

6.4.4 和通孔元件说“再见” 79

6.5 总结 81

第7章 搭建线性稳压电源 82

7.1 理解稳压器 82

7.2 理解线性稳压电源 83

7.2.1 7805线性稳压器 83

7.2.2 通过减小输入的未稳压的最小电压来改善电源特性 88

7.2.3 考虑线性稳压器的各种因素 96

7.2.4 市场的变化限定了5V稳压器的选择 100

7.3 向最优化的方向前进 101

第8章 机器人电源的改进 104

8.1 增大输入／输出电容的容量 104

8.1.1 使用大电容值电容增加电池的寿命 105

8.1.2 大电容值电容导致关机延迟 105

8.1.3 使用双刀双掷电源开关（DPDT）减少断开时间 107

8.1.4 选择大电容值电容 108

8.1.5 增加钽电容的安全系数 108

8.2 增加魔术电容 109

8.3 使用旁路／去耦合电容调节电路 110

8.4 防止短路或过电流造成的损坏 112

8.4.1 决定是否需要过电流保护 112

8.4.2 使用熔丝保护 113

8.4.3 使用手动复位电路断路器保护 113

8.4.4 使用一个固态自复位的PPTC元件为机器人提供短路和过电流保护 113

8.5 在稳压电路中防止过压损坏 116

8.5.1 齐纳（zener）二极管的介绍 117

8.5.2 使用齐纳二极管使电源断路以进行过电压保护 118

8.5.3 选择适当的击穿电压 119

8.5.4 购买齐纳二极管 119

8.6 组合成一个可靠的机器人电源 120

第9章 简易电机驱动器 122

9.1 为什么使用电机驱动器？ 122

9.1.1 电机运行电压高于逻辑芯片所能提供的电压 122

9.1.2 为电机输入高于逻辑芯片所能提供的电流 122

9.1.3 电机噪声产生逻辑错误 123

9.1.4 为电机提供稳压电源，还是未稳压电源 123

9.2 电机4种工作模式的演示 124

9.2.1 顺时针旋转 124

9.2.2 逆时针旋转 125

9.2.3 自由旋转／惰行（慢衰减） 125

9.2.4 制动／停止（快衰减） 126

9.3 单晶体管简单驱动 127

9.3.1 NPN型双极性单晶体管电机驱动电路 128

9.3.2 NPN型双极性单晶体管电机驱动器的实现 131

9.3.3 PNP型双极性单晶体管电机驱动电路 132

9.3.4 PNP型双极性单晶体管电机驱动器的实现 133

9.4 将NPN和PNP两种电机驱动器一同使用 133

9.4.1 由NPN和PNP共同组成的电机驱动器 134

9.4.2 避免短路 134

9.5 经典的双极性H桥 135

9.5.1 H桥电路驱动电机顺时针旋转 136

9.5.2 H桥电路驱动电机逆时针旋转 136

9.5.3 H桥电制动（下回路） 136

9.5.4 H桥电制动（上回路） 138

9.5.5 H桥电路驱动下的惰行 139

9.5.6 列举H桥其他的状态组合 139

9.5.7 经典双极性H桥电路实现 140

9.6 上回路的接口电路 140

9.6.1 通过不调整逻辑芯片电压来避免使用接口电路 141

9.6.2 通过调整H桥电路电压来避免使用接口电路 141

9.6.3 使用NPN驱动PNP 141

9.6.4 使用接口芯片 144

9.7 精通电机控制 147

第10章 高效大功率电机驱动器 148

10.1 利用MOSFET驱动电机 148

10.1.1 N-沟道单晶体管功率MOSFET电机驱动电路介绍 149

10.1.2 通过电阻提供一个默认的输入值 151

10.1.3 通过增加下拉电阻改进N-沟道功率MOSFET单晶体管电机驱动电路 155

10.1.4 使用下拉电阻搭建N-沟道功率MOSFET单晶体管电机驱动电路 156

10.1.5 P-沟道功率MOSFET单晶体管电机驱动电路介绍 156

10.1.6 搭建P-沟道功率MOSFET单晶体管电机驱动电路 156

10.1.7 功率MOSFET H桥介绍 157

10.1.8 选择功率MOSFET 161

10.2 用芯片驱动电机 165

10.2.1 理想中的驱动芯片 165

10.2.2 用4427系列作为独立的电机驱动器 166

10.2.3 在一个芯片上得到经典的双极性H桥 168

10.2.4 MC33887：一个功能强大的MOSFET H桥电机驱动器 170

10.3 电机驱动器的评估 176

10.3.1 电机驱动器功率传输的评估 177

10.3.2 电机驱动器效率的评估 179

10.4 总结 181

第11章 制作一个红外测障传感器来检测对手及墙壁 183

11.1 用一个通用模块来探测调制红外光，遥控器中都使用这种技术 183

11.1.1 松下PNA4602M红外接收集成芯片介绍 183

11.1.2 PNA4602M集成芯片的接线介绍 184

11.1.3 测试PNA4602M芯片 184

11.2 加一个发光二极管指示器来扩展检测电路 186

11.2.1 加一个74AC14反相器芯片来驱动发光二极管 186

11.2.2 检查指示电路 186

11.3 完成反射式检测器电路 189

11.3.1 测试完整的反射式检测器装置 189

11.3.2 38 kHz反射式探测器在无焊面包板上的实现 191

11.4 让它工作起来 197

第12章 反射式探测器的微调 198

12.1 调整频率到38 kHz 198

12.1.1 开始检测到信号和检测不到信号期间的中间位置 199

12.1.2 使用一个可以测量频率的万用表 202

12.1.3 使用示波器 202

12.1.4 施密特反相器的作用 202

12.1.5 诊断在电路调试过程中遇到的问题 204

12.2 反射式探测器的局限性 205

12.2.1 在室外或强光下不能工作 205

12.2.2 无法检测某些特定物体 206

12.2.3 无法检测到太远或过近的目标 207

12.2.4 不能提供范围值 209

12.3 准备应用在实际的机器人上 209

第13章 Roundabout机器人 211

13.1 避障机器人的检验 211

13.1.1 Roundabout机器人的侧视图 211

13.1.2 避障机器人的顶视图和底视图 212

13.2 Roundabout机器人的电路 213

13.2.1 电源 214

13.2.2 用简单逻辑控制方向 214

13.3 制作Roundabout机器人的机体 217

13.3.1 可用齿轮电机选择 218

13.3.2 应具有的特征 219

13.3.3 机器人机体的设计 220

13.3.4 构造Roundabout机器人的中心平台 225

13.3.5 检查Roundabout机器人的电机机构 226

13.3.6 选择LEGO齿轮 228

13.3.7 LEGO运动器件的物理极限 231

13.3.8 制作Roundabout机器人机座 232

13.4 Roundabout机器人总结 240

第14章 测试Roundabout机器人 241

14.1 准备测试机器人 241

14.1.1 所有控制器件调整到安全或适当位置 241

14.1.2 一次测试一个模块 242

14.1.3 测量闭合电路的阻抗 242

14.1.4 把机器人放置在支架上 244

14.1.5 检查电池电压和极性 245

14.1.6 监测上电期间的电流变化 245

14.2 调试机器人以及纠正小故障 246

14.2.1 精确调整红外反射探测器 246

14.2.2 触发双色LED 246

14.2.3 传感器的测试 247

14.2.4 混淆电机接线 248

14.3 评估Roundabout机器人的性能 248

14.3.1 在测试过程中解决问题 248

14.3.2 测试机器人的所有功能 251

14.3.3 挑战Roundabout机器人 252

14.4 停止运动 254

14.4.1 实验墙的评估 254

14.4.2 对Roundabout机器人行走的评估 255

14.4.3 减少探测中的不确定性 256

14.4.4 竭尽所能，想尽一切办法 261

第15章 如果我只有一个大脑 262

15.1 摩托罗拉KX8微控制器 262

15.2 比较微控制器和逻辑芯片 263

15.2.1 选择一个性能超过微控制器的逻辑芯片 263

15.2.2 选择一个性能优于逻辑芯片的微控制器 264

15.3 微控制器的编程 265

15.3.1 存储程序 265

15.3.2 判断程序存储空间 266

15.3.3 写人程序 266

15.3.4 没有网络的操作 267

15.3.5 编译及下载程序 267

15.3.6 调试程序 268

15.4 探究微控制器的性能 271

15.4.1 微控制器的封装形式 271

15.4.2 微控制器的引脚 272

15.4.3 微控制器的存储器 277

15.4.4 微控制器的指令长度 280

15.4.5 微控制器指令的复杂性 280

15.4.6 微控制器的速度 280

15.4.7 专用看门狗 284

15.4.8 低电压看门狗 284

15.5 选择一个微控制器 284

15.5.1 用完了 285

15.5.2 推荐使用摩托罗拉微控制器 286

15.5.3 推荐使用Parallax BASIC Stamp 286

15.5.4 到处打听 288

15.6 祝你的机器人成功 288

第16章 构建Roundabout机器人的子板 290

16.1 转换成双层结构 290

16.1.1 取代DIP插槽 290

16.1.2 板与板之间的连接 294

16.1.3 访问主板的困难 300

16.1.4 屏蔽红外线反射检测器 301

16.2 截取信号：遇到新的管理者 302

16.2.1 保持有价值的功能 302

16.2.2 红外检测信号的路线变更 303

16.2.3 捕捉和终止停转状态 303

16.2.4 电机及双极性控制线路的变更 303

16.2.5 产生（几乎是）完全控制 304

16.3 扩展功能 304

16.3.1 检查微控制器的引脚 304

16.3.2 驱动微控制器 304

16.3.3 留下未用的中断引脚 304

16.3.4 检测墙面和障碍物 305

16.3.5 控制电机 305

16.3.6 控制双极性LED 306

16.3.7 读取按钮 306

16.3.8 用DIP开关提供多路选择 307

16.3.9 通过软件消抖 309

16.3.10 制作音乐 310

16.3.11 其余引脚用于扩展 310

16.4 对机器人升级 311

第17章 增加场地传感器模块 312

17.1 光敏电阻检测亮度 312

17.1.1 通过分压电路将阻值的变化转换为电压值的变化 313

17.1.2 光敏电阻的非线性 316

17.1.3 不同光敏电阻间的差异 318

17.1.4 阻值上升或者下降的速度 320

17.1.5 再次使用平衡的亮度检测电路 320

17.2 使用光敏二极管IC检测亮度 321

17.2.1 场地反射传感器电路介绍 321

17.2.2 场地反射电路的实现 322

17.3 循线而行 328

17.3.1 自动检测标志线的亮度 328

17.3.2 读取场地传感器的输出值 329

17.3.3 传感器输出值的变换 329

17.3.4 沿着黑色标志线行进 330

17.3.5 使机器人的中心保持在黑色标志线的上方 330

17.3.6 循线而行算法的改进 331

17.4 机器人相扑竞赛 331

17.4.1 参加相扑竞赛的Roundabout机器人 332

17.4.2 DIP开关的设置策略 333

17.5 可能扩充的功能 333

第18章 烹饪一道机器人大餐 335

18.1 音乐制作 335

18.1.1 音频电路的描述 335

18.1.2 音频电路的补充说明 336

18.1.3 调整音量 336

18.1.4 扬声器的驱动 337

18.1.5 注意声音信号 338

18.1.6 演奏一个音符 339

18.1.7 演奏一首乐曲 339

18.2 按比例放大机器人的本体 341

18.2.1 制造一个双平台 341

18.2.2 通过滑动的方式转圈 341

18.2.3 自己动手建造一个较大的空间 342

18.2.4 轮子的沟槽 343

18.2.5 轴两端的支撑 343

18.3 安装电机 344

18.3.1 采用角支架安装电机 344

18.3.2 使用右旋角斜齿轮传动装置来节省空间 347

18.3.3 采用一个小直径的电机轴和一个整体式电机座，以符合LEGO块的互换性 349

18.4 背着太阳能板漫步 352

18.4.1 选择合适的轮子，实现平稳行驶 352

18.4.2 障碍探测 353

18.5 站在机器人的角度考虑问题 357

18.5.1 给任何已有的机器人加一个无线摄像机 357

18.5.2 浏览无线视频 358

18.5.3 在无线摄像机中欣赏自己 358

18.6 感谢 359