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Arduino机器人权威指南

   《Arduino机器人权威指南》(外版书名《Arduino Robotics》)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


目    录

第1章 基础 1 1.1 电学 2 1.1.1 电模拟 3 1.1.2 电的基础知识 4 1.1.3 电路 6 1.1.4 电信号测量 7 1.1.5 万用表 7 1.1.6 电压测量 8 1.1.7 电流强度测量 9 1.1.8 电容测量 9 1.1.9 电阻测量 10 1.1.10 使用欧姆定律计算电阻功率 11 1.1.11 示波器 12 1.1.12 负载 13 1.1.13 电路连接 14 1.2 电子学 15 1.2.1 半导体 16 1.2.2 技术手册 17 1.2.3 集成电路 18 1.2.4 通孔元件 19 1.3 Arduino初级读本 20 1.3.1 Arduino变体 21 1.3.2 Arduino集成开发环境 24 1.3.3 草稿 24 1.3.4 信号 28 1.4 构建电路 38 1.4.1 电路设计 38 1.4.2 原理图 39 1.4.3 原型 41 1.5 搭建机器人 47 1.5.1 硬件 47 1.5.2 材料 49 1.5.3 工作区域 50 1.6 总结 51 第2章 基于Arduino的机器人 52 2.1 Arduino接口 52 2.1.1 继电器 53 2.1.2 晶体管 59 2.1.3 电机控制器的接口 66 2.2 用户控制 69 2.2.1 连线(有线)控制 70 2.2.2 红外控制(IR) 70 2.2.3 无线电控制系统 71 2.3 传感器导航 74 2.3.1 接触式感知 75 2.3.2 距离和反射式感知 75 2.3.3 方向(定位) 78 2.3.4 非自主传感器 81 2.4 总结 84 第3章 让机器人动起来 85 3.1 电机 85 3.1.1 有刷直流电机(永久磁铁型) 86 3.1.2 无刷直流电机 87 3.1.3 步进电机 88 3.1.4 齿轮减速电机 90 3.1.5 伺服舵机 91 3.1.6 线性制动器 92 3.1.7 功率计算 93 3.1.8 驱动 93 3.1.9 寻找合适的电机 94 3.2 H桥 95 3.2.1 产生制动 96 3.2.2 实现 97 3.2.3 H桥集成电路 100 3.2.4 更改PWM频率 101 3.2.5 反电动势 103 3.2.6 电流检测 105 3.2.7 基于H桥的商品(电机控制器) 106 3.3 电池 109 3.3.1 镍镉电池(NiCad) 110 3.3.2 镍氢电池(NiMH) 110 3.3.3 锂聚合物电池(LiPo) 111 3.3.4 铅酸蓄电池 112 3.3.5 充电 114 3.4 材料 115 3.4.1 木材 115 3.4.2 金属 116 3.4.3 螺栓和螺母 116 3.4.4 塑料 117 3.4.5 链条和链轮齿 117 3.4.6 车轮 118 3.5 总结 118 第4章 莱纳斯寻线机器人 120 4.1 莱纳斯的零件清单 121 4.2 如何使莱纳斯工作 123 4.2.1 轨道 123 4.3 制作红外传感器电路板 124 4.4 改装成连续旋转的伺服舵机 132 4.4.1 方法1:带有外部速度控制器的直接直流驱动 132 4.4.2 方法2:带有内部电机驱动电路的伺服脉冲驱动 135 4.5 合适的驱动轮 137 4.6 制作框架 141 4.7 制作连接 146 4.8 电池安装 147 4.8.1 安装电源开关 148 4.9 加载代码 148 4.10 制作轨道 155 4.11 测试 156 4.12 附加组件 157 4.12.1 LED指示灯 157 4.12.2 喷漆 159 4.12.3 添加速度调节器(电位器) 162 4.13 总结 164 第5章 墙追踪机器人Wally 166 5.1 如何让Wally工作 167 5.2 Wally的零件清单 169 5.3 电机控制器 171 5.3.1 高侧开关 171 5.3.2 低侧开关 171 5.3.3 电路制作 173 5.4 制作框架 178 5.5 安装传感器 182 5.6 安装电池和电源开关 185 5.6.1 电源开关安装 186 5.7 代码 187 5.7.1 代码目标 189 5.8 总结 198 第6章 制作PCB板 199 6.1 PCB基础 199 6.2 你需要什么来开始 200 6.3 电路设计 202 6.3.1 搜索开源设计 203 6.3.2 制作你自己的设计 204 6.3.3 使用Eagle原理图编辑器工作 207 6.3.4 使用Eagle电路板编辑器工作 211 6.4 转印设计 219 6.4.1 让我们制作一块Arduino克隆板——Jduino 219 6.4.2 开始转印 221 6.5 腐蚀 227 6.5.1 测量腐蚀液 227 6.5.2 腐蚀(方法1) 228 6.5.3 腐蚀(方法2) 230 6.5.4 清除墨粉 232 6.6 钻孔 234 6.7 焊接 235 6.7.1 制作Arduino克隆板 235 6.7.2 制作BJT H-桥 238 6.8 测试 240 6.9 总结 243 第7章 昆虫机器人 244 7.1 通过Arduino读取开关 245 7.2 如何使昆虫机器人工作 246 7.2.1 天线传感器 246 7.2.2 碰撞传感器 247 7.3 昆虫机器人的零件清单 247 7.4 电机 249 7.4.1 改装伺服舵机 249 7.4.2 控制伺服舵机 251 7.4.3 将脉冲值转换为角度值 252 7.4.4 将车轮安装到伺服舵机 253 7.5 制作框架 255 7.5.1 标记有机玻璃 255 7.5.2 切割有机玻璃 256 7.5.3 安装电机 258 7.5.4 安装脚轮 258 7.5.5 安装Arduino 260 7.5.6 安装电池 260 7.6 制作传感器 262 7.6.1 前置天线传感器 262 7.6.2 后置碰撞传感器 263 7.7 制作连线 266 7.8 加载代码 267 7.8.1 创建一个延迟 267 7.8.2 变量 268 7.8.3 代码 269 7.9 制作一顶帽子 277 7.10 总结 280 第8章 探险者机器人 281 8.1 如何使探险者机器人工作 282 8.1.1 R/C控制 282 8.1.2 强大的电机 283 8.1.3 电流检测 283 8.1.4 启动视频 283 8.1.5 启动Xbee 284 8.2 探险者机器人的零件清单 284 8.3 制作框架 286 8.3.1 规格 286 8.3.2 添加电池支架 287 8.3.3 切割底部框架支架 289 8.3.4 切割顶部框架支架 289 8.3.5 切割和弯曲主框架板 290 8.3.6 添加横杆和安装脚轮 291 8.3.7 有机玻璃甲板(任选) 293 8.4 制作电机控制器 293 8.4.1 电流检测和限流 293 8.4.2 H桥设计 294 8.5 设置Arduino 298 8.5.1 连接H桥 299 8.6 设置Xbee 300 8.6.1 测试Xbee 302 8.7 添加摄像头 303 8.7.1 二自由度云台 304 8.7.2 制作第一个支架 305 8.7.3 制作第二个支架 306 8.8 加载代码 307 8.9 总结 316 第9章 机器船 318 9.1 开场白 319 9.2 机器船的零件清单 319 9.2.1 聚苯乙烯泡沫塑料 321 9.2.2 环氧树脂 322 9.2.3 手套 323 9.2.4 玻璃纤维布 323 9.2.5 胶水 324 9.2.6 泡沫塑料切割机和美工刀 325 9.2.7 杂项 325 9.3 机器船设计 325 9.4 组装机器船 327 9.4.1 模板 327 9.4.2 将模板胶合到EPS/ XPS板上 329 9.4.3 切出分段 330 9.4.4 把分段胶合在一起 332 9.4.5 插入泡沫锚 333 9.4.6 涂层 334 9.4.7 涂抹成品 335 9.4.8 鳍 336 9.4.9 上色 336 9.4.10 甲板 336 9.4.11 完成组装 337 9.5 推进装置 338 9.5.1 底板 340 9.5.2 枢轴 340 9.5.3 管子 341 9.5.4 舵角 342 9.5.5 电机 343 9.5.6 舵机 344 9.5.7 推杆 344 9.6 电子设备 344 9.6.1 系统的核心——ArduPilot PCB 345 9.6.2 GPS模块 346 9.6.3 电子调速器(ESC) 346 9.6.4 电机 347 9.6.5 舵机 347 9.6.6 电池组 347 9.6.7 安装电子设备 348 9.7 软件和任务规划 351 9.7.1 GPS接收器 351 9.7.2 软件 352 9.7.3 安装软件 372 9.7.4 任务规划 377 9.8 全部放在一起 380 9.8.1 集成系统 381 9.8.2 船,欢呼吧! 383 9.9 故障排除 383 9.9.1 电机/螺旋桨的推力不够 384 9.9.2 电机不启动 385 9.10 总结 385 第10章 草地机器人400 386 10.1 如何使草地机器人400工作 387 10.1.1 割草机甲板 388 10.1.2 大容量电池 388 10.1.3 钢框架 389 10.1.4 卸料斗 389 10.1.5 充气轮胎 390 10.1.6 前灯 390 10.1.7 失效保护 390 10.2 工具和零件列表 391 10.2.1 割草机 391 10.2.2 零件清单 391 10.3 轮子 392 10.3.1 前脚轮 393 10.3.2 后驱动轮 393 10.3.3 安装链轮 394 10.4 框架 395 10.5 传动系统 402 10.5.1 安装电机支架 403 10.5.2 安装链条 406 10.6 电机控制器 408 10.6.1 选购一个电机控制器 408 10.6.2 散热风扇 410 10.6.3 电机控制器反馈 411 10.7 Arduino 413 10.7.1 固定好连接以防行驶颠簸 413 10.8 失效保护 417 10.8.1 无线电遥控拨动开关 418 10.8.2 功率继电器 420 10.8.3 避免无线电遥控本身的失效保护 421 10.9 连接电路 422 10.10 代码 423 10.11 美化和添加附件 429 10.11.1 喷漆 429 10.11.2 前灯 430 10.11.3 卸料斗 430 10.11.4 割草机安全开关 432 10.12 总结 432 第11章 赛格威机器人 434 11.1 如何使赛格威机器人工作 435 11.1.1 惯性测量单元 435 11.1.2 转向和增益 436 11.1.3 啮合器 436 11.2 赛格威机器人的零件清单 436 11.3 选择合适的传感器 438 11.3.1 3.3V电源 439 11.3.2 加速度计 440 11.3.3 陀螺仪 442 11.3.4 陀螺仪和加速度计的总结 443 11.3.5 角度滤波 444 11.4 制作惯性测量单元适配板 445 11.5 选择电机 446 11.5.1 卸掉电力制动器 448 11.5.2 电机安装位置 450 11.6 选择电机控制器 451 11.6.1 SoftwareSerial库 452 11.6.2 Sabertooth控制器的简化串口 453 11.7 电池 454 11.7.1 密封铅酸蓄电池 455 11.7.2 充电 456 11.7.3 12V供电 456 11.8 框架 456 11.8.1 框架设计 458 11.8.2 制作框架 458 11.9 输入装置 462 11.9.1 转向 462 11.9.2 增益 462 11.9.3 啮合器 463 11.9.4 水平启动 463 11.9.5 安装输入装置到框架上 463 11.10 安装电子设备 467 11.10.1 焊接输入装置 470 11.10.2 连接线路 470 11.11 分析代码 471 11.11.1 sample_accel()函数 472 11.11.2 sample_gyro()函数 473 11.11.3 检查角度读数 474 11.11.4 calculate_angle() 函数 475 11.11.5 read_pots()函数 476 11.11.6 auto_level()函数 477 11.11.7 update_motor_speed() 函数 479 11.11.8 time_stamp()函数 482 11.11.9 serial_print_stuff()函数 482 11.11.10 完整代码 484 11.12 测试 491 11.13 总结 493 11.14 参考资料 493 第12章 格斗机器人 494 12.1 机器人格斗的诞生 496 12.1.1 格斗机器人的规章制度 496 12.1.2 没有价格限制 497 12.2 格斗机器人零件清单 498 12.3 输入控制 500 12.3.1 Fly Sky CT-6:32美元、5通道、2.4GHz无线控制器备选方案 501 12.4 电子设备 504 12.4.1 Arduino 504 12.4.2 电机控制器 505 12.5 框架 507 12.5.1 是买,还是做 508 12.5.2 改装轮子 509 12.5.3 制作框架 510 12.6 传动系统 513 12.6.1 齿轮传动装置 514 12.6.2 链条张力调整螺母 515 12.7 电池 520 12.8 安装电子设备 522 12.8.1 保护好你的大脑 522 12.8.2 连接线路 524 12.9 代码 526 12.10 盔甲 532 12.11 武器 534 12.12 附加信息 540 12.13 总结 541 第13章 其他控制方式 542 13.1 用Processing来解码信号 543 13.2 其他控制方式所用零件清单 543 13.3 选择输入设备 544 13.4 Processing必备文件 545 13.5 遵照协议 546 13.6 检查Processing的代码 546 13.6.1 代码解析 549 13.6.2 测试Processing 551 13.7 检查Arduino的代码 553 13.8 总结 560

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