Arduino机器人实践之初体验(一)

设计机器人一向被视为极高深的技术领域,然而,现在互联网上越来越多的创客、业余玩家利用Arduino来制作形形色色机器人。通过在https://www.google.com/网站上输入Arduino+robot,切换到图片搜索(Image,就会看到大量图片,其火爆程度不言而喻。

他独自一人,坐在简陋的自制作坊里,伴随着每一次各种工具使用的噪音和回响。他不停地动手工作并且还要进行计算,才能使他的创造性想法逐渐变成现实。从一堆无法辨认的金属和塑料,变成一个有着奇异的轮廓的家伙,然后……这可能是一种关于目前机器人爱好者的相当黑暗的描述。尽管存在很多困难,如果时光倒退二十年,遍布世界的机器人技术的业余爱好者也许都不得不如此,才能搭建一个像样的机器人。你要学习电子知识、你要有程序设计能力、你要学习机械知识、你要拥有加工能力的车间、你需要忍受孤军奋战的无奈和寂寞等等。

但是,今天,情况大不一样。由于种种进步,你可以在网络上轻易买到各种性能优异且价格低廉的传感器,像是电子罗盘、超声波测距模块、GPS系统、人体红外传感器、颜色传感器、陀螺仪、加速度计以及摄像头。还有小车底盘、各类型的电机,成熟的通讯设备(蓝牙、WiFi、红外等)。除此之外,你还可以到论坛上去逛,去问高手们,很容易翻找到一些书籍和手册来指导你。

即便如此,依然有一个问题摆着这些业余爱好者面前。要想制作成智能化的机器人就必须使用很多微控制器,诸如你的智能手机里面所使用的那些。使用这些装置往往需要比较专业的技能和知识,他们对于诸如非电子、计算机等专业的学生和广大业余爱好者来说门槛依旧较高。

虽然Arduino的创始团队开发这款产品时并非专门为机器人爱好者而设计,而事实上Arduino也可以有更广泛的用途。但对于机器人爱好者来说,Arduino的出现就像是买彩票中了头奖一样,以往我们很难想象会有如此简单易用的微控制器。于是,使用Arduino的机器人作品如雨后春笋一般的出现在了网络上。

因此,贯穿本系列的将会是一个带领读者使用Arduino动手制作最简单的两轮式移动机器人的实例。所有的知识都将会为这个实例而铺垫,那些过于技术细节和作者认为对于初学者而言属于拓展性质的内容我们都不会在正文过多的呈现。

由于这门书是面向零基础的读者,但零基础是指涉及机器人技术专业方面的知识,如果你阅读本书,那么,我们至少假设您应该具有以下技能:

  1. 会使用电脑,如会解压缩文件、打开程序、输入字符等

  2. 会使用互联网查找自己需要的信息,如Google、百度、阅读博客等

  3. 会使用电子支付系统(如网银、支付宝)进行网上购物

想必多数读者都兼备以上三条,即便你有一项乃至数项不会,随便请教一下身边的同事或者同学,应该就不是什么问题了。此外,如果你能阅读简单的英文、具备中学水平的电路知识、又甚至在大学里学过诸如C语言之类的程序设计课程,那对你日后使用Arduino作出令人惊叹的作品而言更加如虎添翼了。

1.1 Arduino是什么
Massimo Banzi是意大利一所设计学校的老师。他的学生们经常抱怨找不到便宜好用的微控制器来发挥他们在设计上的创意。2005年冬天, Massimo Banzi 跟David Cuartielles 讨论了这个问题。David Cuartielles 是一个西班牙的芯片工程师,当时在这所学校做访问学者。两人决定设计自己的电路板,并请Banzi 的学生 David Mellis 为电路板设计编程语言。数天后,电路板和开发环境都已完成,并被命名为Arduino。这个名字的灵感来源于意大利历史上一位著名的国王。

很快,他们发现这块板子交给即使完全不懂电子和程序设计的学生,只要稍加指点,他们就能用 Arduino 迅速实现他们的创意,做出很酷的东西。之后,三位作者把设计放到了互联网上,数月后,他们的设计作品就在网上得到了迅速的传播。

确切的说,Arduino是包括一系列(尺寸及端口数量有所差异)的控制板,一个简单易用的集成开发环境组成。访问Arduino官网http://arduino.cc/,选择Products(产品)菜单就可以看到所有的产品及其介绍。对于初学者,我们推荐使用Arduino Uno这一款官方主推的控制板。

    

1.2 动手实践-到电子市场和网上淘一把

如果你曾有过在淘宝上购物的经历,那么很多机器人零部件的购买就会方便许多。只是很多东西只值几元甚至于几分,你需要的量又不大,搭上运费就会出现运费占了你采购开支大部分的怪现象。不过如果你在一些大城市,你总可以比较容易能找到一些电子市场,诸如深圳华强北、北京中关村这样的,多去跑跑,实体货拿在手上掂量掂量和老板多些交流必定会让一个初学者获益匪浅,作者也是这样一步一步积累过来的。本节将会粗略的告诉你,Arduino的初学者应该筹备哪些电气零件,第一次自己搭建机器人,又应该准备好哪些机械结构的零件。

在电气零件方面,最基本的LED(发光二极管)、1602液晶显示屏、矩阵键盘、蜂鸣器显然是必不可少的,除此之外,作为机器人用途应该要有常用的直流电机、步进电机和舵机以及无线通信模块和电子罗盘;测距、巡线和壁障用的传感器,如红外测距传感器、超声波测距传感器,巡线用光敏电阻等。

机械结构零件方面,底盘、车轮、万向轮,支持各类传感器和电机的支架,螺栓、螺母连接件和支撑固定电路板用的铜柱、塑料柱等。

显然,在机器人安装调试的过程之中,除了这些耗材,我们往往还需要一些工具、仪器来测试和安装我们的各类元器件。机械方面,像是一字、十字的螺丝刀、剥线、剪线用的剪刀、钳子都是家里常备的工具。电气方面、万用表、面包板和针头线、万能板、烙铁和焊锡都是必不可少的。

事实上,这是一项繁琐而又不得不做的工作,在我们确定产品前,就先必须要先列出你所需的物料清单,然后才能去采购。对初学者来说幸运的是,关于本书的所有实例,我们都会在配套淘宝店上直接提供或者指引你采购。

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