如何自己制作一个智能小车机器人？

2022-04-21 05:09:35

文章来源：本站

　　为什么要制作机器人呢？你的动机是什么？

　　机器人学能教你太多的知识，其涵盖了电子科学、机械学、控制理论、程序设计甚至动物行为学和人类心理学。在开始这个教程前先问问自己为什么要制作机器人，你的目的和动机是什么，否则当你半路退出时还不知道自己到底为什么开始。

　　既然你已经知道自己为什么要制作一个机器人了，那么让我们谈谈制作机器人你所需要知道的东西。

　　成功完成第一个机器人总是最难的。所以最好要采用KISS（Keep It Simple Stupid）方法：保持简单、目标明确！这是一个非常好的建议，因为我的第一个机器人目标定位太高，浪费了大量的资金，而且它根本没有真正的工作过。你制作第一个机器人的目标应该是学习基础知识，包括：如何编写程序、怎样使用工具、弄懂用到的术语，学习基本的技术和怎样用最便宜的价格搞到机器人的零件。把你的酷酷的机器人点子应用到你的第二个机器人上。随后你可以使用从第一个机器人上拆下来的零件来制作第二个机器人。相信我。

　　机器人是非常昂贵的。一个熟练的机器人专家制作一个机器人基本上不用花什么钱。经过多年的积累他们已经有足够的原材料，而不需要再去买大部分零件。专家们知道如何自己制作零件来代替成品，当然他们也有能力自己制作。然而初学者并不知道这些。你可以在房子中找到制作机器人所需要的大部份零件，但是不要指望只要用胶皮圈和牙签就可以改装出你的第一个机器人。要为你的第2或3个机器人准备好更多的资金。第一个机器人至少也要花上100-200美元。当你的技术越来越熟练你身边会有更多可用的零件，以后制作机器人会变得更容易负担。另一件事就是找个地方来制作机器人。加入一个机器人俱乐部，会员们经常会借给你所需要的零件、工具、仪器以及无价的帮助和建议。

　　一个容易制作的机器人应该是什么样子呢？这看上去像一个愚蠢的问题，但是我保证好好研究一下其他机器人会对你有很大的帮助。浏览网站上机器人相关的图片。切记只看真正简单的机器人，不要在你的第一个机器人上想象和创造。如果你想制作一个能帮你拿啤酒并有视力的双足机器人，那么你只是在自找麻烦。你要做的就是一个不会把自己创毁的2个轮子的东西。你要做的就是不会从桌上掉下去，不会发声的两轮的机器人。对于一个初学者来说，能自己完成已经是非常难的了。

　　这样你的机器人会有两个轮子，被机器人最基本的驱动算法所驱动-差分驱动。

　　前进时，两个轮子要以相同速度前进。后退时，两个轮子以相同速度后退。左转时，是左边的轮子后退而右边的轮子前进。右转时，右边的轮子后退而左边的轮子前进。

　　你可以通过改变两个轮子的转动速度得到一些有趣的曲线。但是现在，为了保证你的第一个程序的简单，让我们保持算法的二元性。哦对了不要忘了你还需要一个小脚轮（必须是摩擦力小的）。记不记得几何里所学的3点成面？

　　要制作一个差分驱动器我需要有什么呢？只需要有两样东西：2个轮子和2个电机。听起简单，但我们还是需要一个整体的设计方案。

　　让我们先从轮子开始。大轮子会让你的机器人移动速度更快，而小的轮子会慢些。那为什么不直接用大的呢？大轮子意味着你的机器人有更小的转矩去携带沉重的负荷，大轮子也更难很好的控制位置。而且你的传感器一般跟不上位置快速的移动。但另一方面，移动慢的机器人常常会因自杀（比如撞击到墙壁）而烧毁，你权衡一下在做决定。我建议你的第一个机器人应该使用直径是2-3\"的轮子。别忘了考虑你的轮子如何与你的电机连接。

　　好了现在我们来看看电动机。为机器人选择一个最优的电动机要考虑重量，传动比率（gearing ratios），地形的要求，速度和加速度的要求，电压，耗电量，可控制性等一整系列的事情，这些对于一个初学者来说简直就是灾难，所以我们先应付一下。让你的机器人尽可能的轻，选一个不容易被烧坏的电机。但要记得电机越大电池的寿命越短、控制电路也更复杂更昂贵。

　　以下是我对你的第一个机器人电动机的建议：电压：5V-8V；转矩：是你设计需要的2倍。

　　网上有很多地方都卖直流电动机。也可以考虑购买伺服电动机。他们的实现复杂度和花费基本相同。每一种都有自身的优点。伺服电动机更容易控制，但是他们的功率都比较小，需要明确的电压，and are less intuitive。电机的功率和能量都比较大可以粗略的处理，但别忘了智能控制的是不会让这种情况发生的。每个直流电机/伺服电机大概是1-40美元。我建议为你的第一个机器购买8-20美元的电机。

　　下面来介绍动力。不使用太阳能和燃料，他们不会让电机工作。用电池，要买可充电的那种，有高mAh（能量的容量），能在任何时候至少可以输出1安培。可通考虑通过对电池的并联和串联来控制总的电压和电流。

　　电池有很多种，让我们来讨论最常用的3种。

　　碱性电池是最普通、最容易买到的，也是最便宜的一种。然而他们对我们来说是没有什么用处，不要买他们。他们的容量很低需要很多s，不能在短时间内提供大电流，经常的更换也会带来昂贵的花销。

　　镍氢（镍金属氢化物）电池才真正的轻巧。今天手机中使用的电池就是镍氢电池。镍氢电池可以重复的充电，有良好的电流输出，而且是高容量。然而镍氢电池价格要比我要提到的其他两种电池都要昂贵。我建议体积小的机器人可以使用镍氢电池作为电源电路。镍氢电池根据不同的因素有不同的充电时间，一般需要 5-10小时才能将电池充满。

　　镍镉电池适合中小型的机器人，跟镍氢电池相比能输出更大的电流，而且在一两小时内即可完成充电。老式手机一般都采用镍镉电池。然而，给镍镉电池充电却是一个黑色艺术。是否曾经注意到一些老式手机的电池充电时间没有刚买来时那么长？这就叫做记忆效应。镍镉电池在反复充电过程中，可以储存的电量越来越少。为了防止记忆效应，在每次充电前都要将电池充分放电。只要把连个电池接在一个玩具动物上，直到它不动为止。我想把电池接在一个电机上也会起到同样的作用。记住，镍镉电池里面含有有毒的镍材料，所以要把他们保存起来然后循环利用/妥当处置。

　　我的建议是制作一个小型机器人，买2组6V的镍氢电池组。每组加运费大概需要10-15美元。买2组电池可以将电动机电源与电路电源隔离开。作为一个初学者你肯定不会希望你的电动机影响或烧毁你敏感的电路。一组电池给电动机供电，另一组给电路供电。电路最好使用镍氢电池，电动机使用镍镉电池还是镍氢电池取决于你的电动机功率的期望值，由你自己选择。

　　使用任何的电源，都要确保使用一个好的机器人功率调节电路去帮助你控制你的电源。

　　现在你需要一个好的电路。忘记你自己的设计。最好让你的第一个机器人简单，所以一个现成的电路是最简单的。他们一般被称作微型控制器，最流行的是基于PIC，ATMEL和BASIC Stamp的控制器。Stamps控制器虽然使用简单但是提供功能比较少。如果你有编程基础，我建议你使用基于PIC的控制器。在网页上搜索在线微型控制器 (microcontrollers online)或者查看我们的机器人配件列表。

　　一个控制器的售价大约在80-120美元，另外还需要30美元够买一个编程器（将你的电脑中的程序上载到芯片中），使用基于PIC的控制器还需要一个专业的编译软件，从免费到600美元价格不等。你也可以手工制作一个真正便宜的编译器。只要确认你的控制芯片有内置的电机驱动，LED驱动和模拟信号输入\\输出。现在不要担心他们是什么，只要确认你的芯片有他们就可以了。同样要考虑功率要求。最好还有使用手册和样例程序，来介绍芯片的使用方法。但事实上就是简单的即插即用。只要按步骤插上电源，安装好电动机\\伺服系统，连接好你的传感器，再对它们编程。你的电路就完成了。在你买第一个控制芯片的时候要切记，一定要买使用简单的。你真正的了解那些附加的功能是做什么用的吗？你的第一个机器人，目的应该是学习怎么制作一个机器人，而不是制作一个灵巧的机器人。

　　那么让我们来学一个基本的传感器：

　　光敏电阻是最基本的传感器。以前听过photovore机器人吗？如果没有可以到google上查一下。photovore机器人一般有2个光敏电阻，安装在机器人的两侧，内部运行二进制算法。运行中如果左侧的传感器感应的亮度比右侧的强，那么就会通知的你的差分驱动器向左转。把光敏电阻传感器对准地面，扫清地面上的障碍——你的机器人会避开在行进路线上的物体投影。是的就是这么简单！还有很多廉价简单的传感器装置，这仅仅是一个好的开始。

　　好的你已经凑齐了所有的零件，但还不是一个机器人。现在是设计制作机器人底盘的时候了。我先说设计的原因，是因为先做好计划通常是个好主意。通过经验我发现在设计上花的1个小时，在制作的时候就会少花1小时（而且直接制作的机器人构造一般还是低质量的）。初学者可能会在设计上遇到困难，因为他或她不知道什么可以工作什么不能。但是我仍然建议先设计。使用能显示所有零件、螺丝钉、一切部分安装位置的3D CAD程序，每个部件都有意设计成最少的钻孔和最小的切割面，计算每个部分的阻力和需要功率以保证它们都符合规格。这样能帮后面的工作省不少时间。

　　现在开始发挥你的想象力。要确实的按上面所说的做。基本上你需要决定的就是外形、零件的位置和如何将各个零件连接在一起。在设计上花的时间越多，你制作机器人的花费会更少，时间会更短。在设计的时候在要记得，计划好钻孔的位置，如何从铝板料，聚乙烯或谷类食品盒上切割零件，还要平衡重量。废物堆、旧玩具和mcmaster.com都是找零件的好地方。使用LEGO玩具来制作原型早些发现设计缺陷。还建议你使用尼龙搭扣和双面胶带这样让你修改起来很轻松。电池应该始终使用尼龙搭扣来连接——使得充电很方便。估计你的第一个机器人会修改很多，所以设计的时候应该让你的机器人更容易更改。

　　其他提示：

　　不要重新发明轮子。去网上看看其他人做的东西，然后模仿着做。这可能没有创造性，但这是你的第一个机器人，不要指望在第一次尝试的时候就发明相对论。

　　加入机器人俱乐部。他们有你需要的所有设备和建议。他们会成为一个巨大的支持团队，有可能会找到合作伙伴来一起制作机器人。

　　参加机器人竞赛。这样会给你动力，设计目标和完成机器人的最后期限。另外如果赢得了奖金，你的机器人就能自己赚钱了。只是不要等到比赛前2个星期才开始。也不要指望你第一次就能获胜，除非在比赛开始的前一个月你已完成机器人。那样你就有很多的时间来调整和完善你的机器人。从失败中吸取教训重新设计你的第一个机器人然后下次继续参加。

　　买零件也是一个技巧。寻找零件，确认符合你的规格并且买得起就是一个挑战。

　　随着机器人规模的线性增加，它的花费和难度都成指数增加。让你的机器人尽可能的小巧轻便。

　　最重要的一定要切记遵循KISS原则，保证机器人的简单。

　　首先制作前，你得知道你做这个智能车要实现啥功能？如何去实现，这就得你去规划一下，比如最基本的就是智能车的车体或者底盘，轮子，接下来就是如何让车子跑，你就得用电机驱动让轮子转起来，而驱动就得用控制板去控制，最后就是用各种传感器去采集信号给控制器然后让其进行各种控制。如果大家有啥问题，可以留言，我以前就专门做这种智能车。用的控制器是msp430,51, stm32, dsp28335。

　　我来回答你这个问题，我在上学的时候做过好几种智能小车，一般智能小车主要由电机（马达），传感器，控制器，电池这几部分组成。如果想制作自己的智能小车，一般需要掌握以下知识。

　　第一:需要掌握C语言编程基础知识

　　第二:需要掌握单片机的相关知识，能够利用单片机进行编程，因为智能小车的控制器一般都是用单片机控制的，学会C语言的相关知识后才能够熟练的使用单片机进行编程，对于初学者来说，学会51单片机就可以了。

　　第三:掌握基本的模拟电子，数字电路基础，因为如果要驱动电机，是要自己设计电机驱动电路的。

　　掌握以上三点知识，再搭配各种类型的传感器就可以完成各种类型的智能小车的制作了，例如，你想做一辆红外避障功能的小车，只要搭配上红外传感器就可以了，如果有不清楚的地方，可以关注我的头条号，我会不定期发布智能小车的制作方法

　　先准备好小车的机构件，基于不同的结构有不同的做法，有两轮，三轮，四轮。驱动方式有后区前转向，四驱前转向，各轮独立动力等等，再基于不同的驱动方式配电机舵机驱动板。然后就是你熟悉的控制板及周边传感器。准备好就可以开始编程测试了。

　　目前，市面上有许多智能小车机器人，比如，常见的家庭扫地机器人、平衡小车、大疆的机甲战士、送餐服务类机器人等。关键还是在于智能二字。我这里就抛砖引玉，分享一个适合初级入门爱好者的案例。基于单片机来制作的智能小车案例，希望能给你启发。

　　要想做一个基于单片机平台的智能小车，你需要以下主要的几种材料：1、小车底盘；2、车轮；3、驱动轮电机；4、主控板；5、电机驱动板；6、电池；7、其他（避障传感器、循迹传感器、摄像头、遥控器等）。

　　下图就是一个用于避障的智能小车。