我編程實(shí)現(xiàn)的一個(gè)自主機(jī)器人（自主者，非遙控也），能夠識(shí)別并規(guī)避障礙。她擁有全封閉的底盤并使用差速轉(zhuǎn)向（原文為“tank steering”，坦克的駕駛方式），這種轉(zhuǎn)向方式使用兩臺(tái)分開控制的電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)主動(dòng)輪（一機(jī)一輪）

控制信號(hào)來自其自身攜帶的Arduino微型控制器（在國內(nèi)用單片機(jī)如PIC、AVR，或者Arm處理器都可以很好地替代），另外有一個(gè)舵機(jī)用于Makey頭部的轉(zhuǎn)動(dòng)。Makey的頭部裝有一個(gè)超聲波探頭，她會(huì)持續(xù)的左右搖頭，以得到不同方向上的距離信息，并進(jìn)行存儲(chǔ)和處理

1???工具和材料

● （使用的工具與零部件列表這里沒翻，畢竟相當(dāng)一部分東西買原版都不太現(xiàn)實(shí)也沒有必要--國內(nèi)的家伙事兒差不多的也能土法上馬，有興趣的童鞋請(qǐng)參考原文）

2???制作機(jī)身

● 機(jī)身由兩片鋁合金薄板制成，涉及的加工方法有切割、鉆孔和折彎。你可以一次一片的加工，或者兩片一起做以減少占用加工設(shè)備的機(jī)時(shí)。成品見2.5

● 注意：切割金屬時(shí)務(wù)必佩戴防護(hù)眼鏡

2.1???切割

● 用帶鋸機(jī)把鋁合金片切成圖紙的形狀，切割的邊緣一定要在線外

● 提示：切割內(nèi)角時(shí)，先切出一個(gè)大概的弧形曲線，然后從兩個(gè)方向直線進(jìn)刀以得到直角

2.2???打孔

● 用沖子和小錘子在圖上有十字線的17處沖出定位孔，為下一步的鉆孔做準(zhǔn)備。另外要在圖上長方形的孔的四個(gè)角上沖透

● 按照?qǐng)D上標(biāo)十字線處的尺寸鉆孔，要首先取下貼上去的圖紙（不過別扔了），用鉆頭對(duì)準(zhǔn)前面留下的沖痕開鉆可以使鉆孔更精確

● 把金屬牢固的夾在廢木頭板上或者隨便什么墊子上，這樣可以得到更平滑的孔而不會(huì)導(dǎo)致薄金屬板在鉆孔處扭曲變形

● 為了掏成方形孔而鉆圓形孔時(shí)，你可能需要調(diào)整鉆孔的直徑以使圓孔邊緣與長方形的邊相切

2.3???挖槽

● 用沖剪完成對(duì)長方形孔的加工，如果你愿意的話可以把前面揭下來的圖再貼回去，以便容易知道長方形的邊界在哪。最后把邊緣磨平

● 用手工打磨工具去掉金屬邊緣的毛刺。給小孔磨邊的方法為：把大鉆頭的尖端插進(jìn)小孔，然后手工轉(zhuǎn)幾下

沖剪是長成這樣滴：

2.1-2.3都是跟合金板過不去的活兒，原作者的辦法基本是土法上馬，與美帝的高科技風(fēng)格嚴(yán)重不符。柚子在大學(xué)折騰機(jī)器人那會(huì)兒去交大觀摩，他們有加工中心，只要把CAD圖畫出來發(fā)過去，那邊用等離子切割機(jī)就給“打印”出來了，鉆啊、掏異形啊這種活兒根本不存在。更神奇的是切完的邊不用磨，基本不扎手。另外我們用土法掏方形孔的時(shí)候是先鉆大孔，把帶鋸拆開一頭套進(jìn)去然后慢慢鋸，得到的孔要多丑有多丑，然后還得上鐵砧拿小錘砸平

2.4???彎板

● 把底板的折彎圖用雙面膠貼到鋁板的另一面，對(duì)準(zhǔn)圓洞方洞的位置，別貼歪了

● 把鋁片貼折彎圖的一面向上塞進(jìn)彎板機(jī)里，在所有標(biāo)示折彎的部位折90度

● 每個(gè)長邊上的兩個(gè)突出部要先折，然后再折機(jī)身的邊。（順序反了就塞不進(jìn)去了）

● 折彎后要緩慢釋放，測(cè)量，確認(rèn)每一處折彎都要是直角

2.5???制作頂板

● 重復(fù)2.1-2.4步驟，加工頂板（top），然后你就搞定了每個(gè)機(jī)器人都會(huì)喜歡的底盤

3???運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)

3.1???安裝電機(jī)

● 用4-40 x 1螺絲穿過小孔，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)定位在底板上，電機(jī)的傳動(dòng)軸應(yīng)該穿過大孔

● 使用螺母和墊片在電機(jī)的一端上緊，因?yàn)榭梢允┱沟目臻g尺寸很小，可能需要尖嘴鉗子（夾住螺母）才能上緊

3.2???制作輪轂

● 用2英寸（外徑，合50.8mm）的空心鉆頭（見過裝空調(diào)的師傅在墻上鉆大洞用的那種鉆吧，很類似）在廢木頭板上鉆出輪子（鉆透木板之后木板上有個(gè)圓洞，鉆頭中間的洞里會(huì)剩下個(gè)圓片，這個(gè)圓片就是輪子），我用了18號(hào)板（貌似是一種規(guī)格），最終得到的輪子有3/4英寸（19.05mm）厚，直徑1.8英寸（45.72mm）。鉆輪子的時(shí)候要牢固的固定木板，并且緩慢進(jìn)刀，防止卡住鉆頭

● 給2個(gè)木頭輪子分別對(duì)心定位一個(gè)輪心（圖中白色塑料的小輪子），并用小螺絲標(biāo)記兩個(gè)孔的位置，在此位置上用1英寸（原文如此，合25.4mm，不過疑為有誤，從圖上看孔絕對(duì)沒那么大）的鉆頭鉆透

● 給木頭輪子噴漆，我喜歡紅色光面防銹漆，這種東西非常薄，顏色很亮，覆蓋性好并且容易清潔。注意，不要在安裝孔里噴太多

3.3???制作輪胎

● 用43號(hào)鉆頭在輪心上鉆兩個(gè)相對(duì)的孔，然后用4-40絲錐在每個(gè)孔里攻出螺紋

● 用兩個(gè)4-40 x 1螺絲從木輪外側(cè)把輪子和輪心固定在一起，不要太緊

● 給每個(gè)輪子裝輪胎，輪胎外徑比較大的一面朝外。最后把輪子裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的傳動(dòng)軸上

3.1-3.3就是折騰那倆輪子，原作者極其不厚道，沒說怎么對(duì)心，這個(gè)很重要，誰也不希望做完的機(jī)器人跑起來一跳一跳的。您還別問我咋對(duì)心，我也沒經(jīng)驗(yàn)，新手還是找現(xiàn)成的輪子對(duì)付一套比較安全。另外3.2-3.3中原作者留下一個(gè)邏輯錯(cuò)誤，看出來的童鞋請(qǐng)舉手

3.4???安裝萬向輪

● 使用螺絲、螺母以及墊片將萬向滾珠安裝在底板底部

4???電控系統(tǒng)

4.1???安裝電源

● 按照第一步打印出來的隔板圖樣，從一塊硬塑料上切出隔板（隔板是用來裝線路板的，用塑料是為了絕緣），按說明打孔，嘗試著塞進(jìn)機(jī)器人的外殼并使之架在驅(qū)動(dòng)電機(jī)之上，作必要的修整，令其充分貼合匹配

● 用兩個(gè)4-40 x 2螺絲將Arduino控制線路板與硬塑料隔板固定在一起，螺絲應(yīng)從隔板下方穿入，并在線路板上方擰螺母。線路板上的USB接口需要和機(jī)器人面板上預(yù)先留好的開口充分對(duì)齊

● 將電池夾具鉚接在機(jī)器人外殼的左側(cè)面板上，預(yù)制的鉚釘頭朝外，這樣的話丑的一頭就朝里啦

關(guān)于鉚接，這里指的不是造泰坦尼克的那種把燒紅了的鋼制鉚釘插進(jìn)去擠兌一下的工藝，而是一種將鋁合金預(yù)制鉚釘?shù)拈_放端在常溫下擠壓成型從而將兩個(gè)或更多構(gòu)件固定在一起的方法，最常見到的是各地馬路邊的刮大風(fēng)能掉下來砸死人的鐵皮廣告牌子，它們就是用這種工藝把鍍鋅薄鋼板固定在L字鋼框架支撐結(jié)構(gòu)上滴

4.2???控制板

● 按照制造商的教程，把原型板（ProtoShield）焊好

● 用帶鋸機(jī)把板子上的BlueSMiRF接頭切下來，這個(gè)接頭是用來連接藍(lán)牙模塊的，我們的機(jī)器人用不到那東西。是不是鋸得很爽？

● 把面包板接在原型板上，原型板插在Arduino上，如果用的是Diecimila（Arduino主板的一個(gè)版本），那么將電源跳線設(shè)置在EXT位上

焊接原型板絕對(duì)不是個(gè)輕松的活兒，沒基礎(chǔ)的童鞋搞不定也不用糾結(jié)。面包板（breadboard）是這么個(gè)東西，其意義在于省了燒電烙鐵的麻煩，不過問題是有時(shí)候元件捅進(jìn)去會(huì)接觸不良...

5???給WALL·E安上一雙明亮的眼睛

5.1???WALL·E的脖子

● 咱這個(gè)項(xiàng)目用的是HS-55型舵機(jī)及與之配套的較短的一字舵角，用5''鉆頭對(duì)舵角最靠外的兩個(gè)孔進(jìn)行擴(kuò)孔

Du-Bro Mini E/Z 連接頭, #DUB845

微副翼系統(tǒng) Du-Bro Micro Aileron System, #DUB850

● 將兩個(gè)Du-Bro Mini E/Z連接頭從正面穿過搖臂兩端的孔，并在反面用黑色橡膠的部件固定

● 將控制桿（圖中所示的細(xì)鐵絲樣?xùn)|西）穿過Du-Bro Mini E/Z連接頭，并用連接頭附帶的螺絲擰緊

5.2???WALL·E之眼

● 有挑戰(zhàn)性的工作來咯！咱們需要把舵機(jī)和超聲波探頭接在一起。把從舵機(jī)上伸出來的控制桿分別穿過位于傳感器電路板對(duì)角的定位孔（這個(gè)定位孔來自Du-Bro Mini E/Z連接頭，連接頭又插在板子上的螺絲眼里，然后另一端用那個(gè)黑橡膠部件固定）并向外折成90度角

● 控制桿應(yīng)該從舵角開始豎直向上，并且給超聲波探頭留下足夠插信號(hào)線的空間，傳感器正面（有收發(fā)端，也就是像倆小眼睛的那一面）朝前，控制桿上還應(yīng)該套上絕緣套（就是那個(gè)塑料管）以防止短路，絕緣套在Du-Bro套件里可以找到。確認(rèn)安裝無誤后，將控制桿與傳感器上的連接頭擰緊。

Du-Bro是美國的一家生產(chǎn)模型配件的公司，很遺憾我沒找到這些產(chǎn)品的國內(nèi)版本。歡迎在國內(nèi)見過這些配件的同學(xué)提供信息

5.3???給WALL·E安上一雙明亮的眼睛

● 將舵機(jī)和超聲波探頭出來的線穿過機(jī)器人外殼頂部預(yù)先留下的長方形開孔

● 舵機(jī)也要插進(jìn)那個(gè)頂部開孔，調(diào)整好位置后兩邊用螺絲與螺母將舵機(jī)與外殼固定好，剪去多余的控制桿(還是那個(gè)細(xì)鐵絲)

● 把舵機(jī)搖臂與舵機(jī)上到一起，用小螺絲刀調(diào)整一下保證Makey的眼睛（傳感器）朝前

6???連接并測(cè)試驅(qū)動(dòng)電機(jī)

6.1???電機(jī)預(yù)處理

● 咱的地?cái)傌涬姍C(jī)上的連接頭部件是很脆弱滴，所以連接部分一定要用心

● 從外殼里拆出電機(jī)和Arduino線路板

● 切2紅2黑各12英寸（304.8mm，12寸炮是305mm的，比如筑波級(jí)的2*2主炮）電線，每條線的兩端1英寸（25.4mm）剝?nèi)ソ^緣皮。先別焊接，用一個(gè)紅黑線對(duì)在電機(jī)的末端（有電源接點(diǎn)的那一端）纏幾圈，以防止拉斷，然后讓線對(duì)從電機(jī)頂端通過，用雙面泡沫膠帶將其固定在電機(jī)上。注意不要覆蓋電機(jī)上的任何孔洞，同時(shí)要為電機(jī)的固定留足空間

● 將電容的兩個(gè)引腳分別穿過電機(jī)接線頭上的小孔，焊接（這里應(yīng)該是把引腳穿過去的部分和同一根引腳的根部焊在一起，這樣的話引腳和電機(jī)接線頭就充分連通了。注意，千萬別把倆引腳焊在一起！）這需要使用尖嘴鉗的巧妙掰彎手法。然后把給電機(jī)供電的電線頭與電容引腳，注意，不是電機(jī)接線頭，焊在一起，焊牢穩(wěn)一些。再然后剪掉多余的電容引腳。把電容和纏在電機(jī)末端的電線一起用黑膠布（也就是絕緣膠帶）緊密的纏在電機(jī)上，并且用更多的泡沫膠帶把這個(gè)鼓鼓囊囊的位置包起來（還是為了固定）

● 把漏在外面的電機(jī)供電線擰成雙絞線，這樣可以減低電路中的噪聲（一個(gè)供電的低壓直流線路里有點(diǎn)噪聲怕什么？原作者的想法好奇怪）。給電機(jī)標(biāo)出左和右

在電機(jī)上并聯(lián)了一個(gè)電容，這樣做有兩個(gè)好處。

其一，在穩(wěn)定的直流電路里，電容是開路，不會(huì)影響電機(jī)工作，但是給電機(jī)通電的那一瞬間，電容因?yàn)橐潆姡梢苑謸?dān)一部分電流，所以電容作為一個(gè)保護(hù)器件可以保護(hù)電機(jī)。

其二也是更重要的，這種直流電機(jī)的接線頭是一個(gè)銅合金片，從電機(jī)的塑料外殼里伸出來（通常被和塑料鑄在一起），鬼知道奸商們用了什么材料，反正這個(gè)東西非常脆，尖嘴鉗上去經(jīng)常能掰斷，然后這個(gè)電機(jī)就沒啥搶救的價(jià)值鳥，另外這個(gè)銅片不怎么粘焊錫，焊接不易。但是電容的引腳一般都是類似鋁、錫一樣的柔韌金屬，想怎么扳都能成形，焊起來也容易得多，所以作者把電氣連接的活兒都轉(zhuǎn)到這個(gè)引腳上來做。

【連電機(jī)的小經(jīng)驗(yàn)】銅接線片作連接之前最好用細(xì)砂紙小心的蹭幾下，去掉氧化物。電容線腳穿過去之后輕輕拉緊，在穿孔附近用尖嘴鉗用力捏一下，使線腳與銅片充分接觸。另外電線最好挑獨(dú)軸的，也就是絕緣皮里面只有一根金屬的，那種絕緣皮里有一束極細(xì)銅絲的線焊起來會(huì)有想死的沖動(dòng)

6.2???電機(jī)測(cè)試

● 將短實(shí)心跳線分別焊接到電機(jī)供電線和電池接頭線上，這些跳線可以讓你把它們（電機(jī)和電池）插到面包板上，焊接之后用熱縮膠帶作焊點(diǎn)的絕緣（用絕緣膠布纏是一樣的，除了丑一點(diǎn)和大一點(diǎn)）。將電機(jī)供電線穿過塑料隔板（4.1提到的那個(gè)）上的大窟窿（因?yàn)槊姘搴碗姍C(jī)分別在隔板上下兩側(cè)）

● 按圖示把電機(jī)驅(qū)動(dòng)器插進(jìn)面包板中間的一行孔里，使之和電機(jī)以及一個(gè)電池連通（注意，在面包板上，每一行的孔之間是連通的）。使用短跳線并保證這些線緊貼面包板，傻大黑粗的大電線是不配塞進(jìn)機(jī)器人里的

● 從?Arduino官網(wǎng)?下載Arduino的軟件并且安裝之，通過USB接口把你的Arduino和電腦連起來，如果你用的是Diecimila版本的話，把它的電源跳線接換到USB檔上。

● 為了測(cè)試電機(jī)，運(yùn)行名為01_Test_Motor_Rotation的程序，此時(shí)左邊的電機(jī)應(yīng)該先往前轉(zhuǎn)再往后轉(zhuǎn)，然后是右邊的，先往前再往后。如果不是這樣，檢查一下你的接線。接下來運(yùn)行02_Test_Motor_Speed，此時(shí)電機(jī)應(yīng)該以低速啟動(dòng)，然后加速，最后反方向轉(zhuǎn)，如果不是這樣的話檢查線腳D11和D3

7???連接并測(cè)試舵機(jī)和傳感器

7.1???連接舵機(jī)

● 將電機(jī)和Arduino再裝回機(jī)器人里面，找兩個(gè)3針的單排直角插針（通常是將一個(gè)20針的單排插針折斷得到）插在面包板上，把舵機(jī)線接在上面，具體接線規(guī)則為：黑線-GND（地線，電池負(fù)極），紅線-+5V（電池正極），黃線-Arduino跳線D10

● 再來一個(gè)3針右轉(zhuǎn)接頭，這個(gè)是接超聲波探頭的，接線規(guī)則為黑線-GND（地線，電池負(fù)極），紅線-+5V（電池正極），黃線-Arduino跳線D9

7.2???測(cè)試舵機(jī)和超聲波探頭

● 運(yùn)行舵機(jī)對(duì)中程序03_Test_Servo_Center，松開舵機(jī)搖臂的螺絲并微調(diào)，舵機(jī)臂與超聲傳感器盡量指向正前，因?yàn)槎鏅C(jī)軸齒輪的問題，這一步可能無法完全對(duì)中，沒關(guān)系，我們稍后再調(diào)整

● 運(yùn)行程序04_Test_Servo_Sweep，這個(gè)程序可以讓超聲波探頭慢慢的搖頭

● 再來測(cè)試超聲波探頭，運(yùn)行05_Test_Sensor_Distance，點(diǎn)擊Arduino軟件的數(shù)據(jù)流監(jiān)視器圖標(biāo)，你應(yīng)該能看到不斷跳出來的測(cè)距讀數(shù)，而且如果你在傳感器之前揮舞你的手，測(cè)距讀數(shù)應(yīng)該有變化。如果你得到的讀數(shù)始終是0或者255厘米或者別的什么錯(cuò)誤的讀數(shù)，檢查你的接線是否有誤，并且千萬確定你的傳感器沒接反 ：P

7.3???安裝開關(guān)

● 終于可以接電源開關(guān)鳥！把Arduino最后一次拆出來，為了裝開關(guān)，需要把還沒用到的電池引線的紅線焊在開關(guān)的一端并且把另一跟紅線焊在開關(guān)的另一端。同樣別忘了把電池的黑色引線和另一個(gè)根黑線焊在一起

● 把線從機(jī)器人側(cè)面的方形孔穿好，開關(guān)需要打在“1”的檔位上，把開關(guān)塞進(jìn)方孔里固定好，這個(gè)調(diào)整可能會(huì)用到鉗子

● 把從開關(guān)出來的紅色線腳接到原型板的RAW線腳上（這個(gè)線腳還連著Arduino的Vin線腳），把從電池出來的黑色線接到原型板的GND線腳上，如果你用的是Diecimila版本的話，把它的電源跳線調(diào)回到EXT檔上

8???系統(tǒng)測(cè)試

● 現(xiàn)在所有的電子設(shè)備工作都正常鳥，小心的把所有東西塞回機(jī)器人里，啥也別落下。裝好電池，把機(jī)器人放好，別摔了。用來傳程序的USB接口應(yīng)該能從側(cè)面的孔里露出來

● 重新載入并運(yùn)行01_Test_Motor_Rotation，注意，所謂前是指機(jī)器人的USB接口和傳感器指向的方向，如果你的機(jī)器人反著跑，檢查在線腳AOut1, AOut2, BOut1, BOut2, AIn1, AIn2, BIn1, 和 BIn2處的接線，可能也會(huì)需要反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的連接

● 重新運(yùn)行其他的測(cè)試程序，確認(rèn)接線正常，測(cè)試完成后把舵機(jī)和傳感器的線塞進(jìn)外殼里，扣上頂蓋，擰上4個(gè)螺絲固定，收工！

9???給你的WALL·E注入靈魂

● 有時(shí)候你的硬件做好了你就沒啥事可干了，不過你的程序是寫不完滴。這也是你展示創(chuàng)造力的好時(shí)機(jī)

● 在代碼中你需要使用digitalWrite和analogWrite這倆函數(shù)來控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過傳遞值給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的各3個(gè)線腳。其中一個(gè)可以接收介于0到255之間的值，用于控制傳給電機(jī)的電流大小，這個(gè)是用來控制速度的。另外2個(gè)線腳則使用布爾型變量，用于決定每個(gè)電機(jī)兩端的電位高低，這個(gè)可以決定電機(jī)的方向（當(dāng)然電機(jī)兩端只能一端是高電位）

● 你可以編寫類似void Forward()這樣的函數(shù)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的動(dòng)作，比如后退（兩個(gè)電機(jī)同時(shí)反轉(zhuǎn)），Spin_Left（原地左轉(zhuǎn)，右輪正轉(zhuǎn)左輪反轉(zhuǎn)），Arc_Left（畫弧左轉(zhuǎn)，右輪正轉(zhuǎn)左輪不動(dòng)）之類的。Arduino的編程環(huán)境使你的代碼實(shí)驗(yàn)和加載都很方便

● 另外一個(gè)好玩的事情是規(guī)避障礙，只要運(yùn)行這樣一個(gè)循環(huán)：往前走，讀取測(cè)距信息，如果障礙物太近則采取躲避動(dòng)作比如后退并轉(zhuǎn)彎，返回循環(huán)體頭部

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