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機(jī)器人天空（http://www.robotsky.com）
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機(jī)器人制作天空寶典
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編者：機(jī)器人天空網(wǎng)站（http://www.robotsky.com）
2010.04.01
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機(jī)器人天空（http://www.robotsky.com）
版 權(quán) 聲 明
本書(shū)中所收錄的文章除《用 Arduino 控制的三輪小車》一文外，其余文章全部原創(chuàng)首發(fā)
于機(jī)器人天空(http://www.robotsky.com)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處和作者。
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目 錄
前言……………………………………………………………………………………………… 5
理論篇…………………………………………………………………………………………… 6
如何制作機(jī)器人小車---給初學(xué)者 ……………………………………………………… 9
概念剖析：什么是 BEAM 機(jī)器人？ ………………………………………………………18
經(jīng)驗(yàn)篇……………………………………………………………………………………………20
制作機(jī)器人常用的單片機(jī)性能特點(diǎn)及使用經(jīng)驗(yàn)…………………………………………21
制作機(jī)器人常用傳感器盤(pán)點(diǎn)………………………………………………………………35
制作機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的一些經(jīng)驗(yàn)…………………………………………………………41
看看你的實(shí)驗(yàn)室還缺了什么………………………………………………………………45
項(xiàng)目篇……………………………………………………………………………………………51
瓢蟲(chóng)機(jī)器人制作教程………………………………………………………………………52
日本愛(ài)好者制作的微型巡線小車…………………………………………………………68
如何制作你的第一個(gè)機(jī)器人………………………………………………………………74
基于筆記本電腦的移動(dòng)機(jī)器人……………………………………………………………92
一個(gè) BEAM 四足機(jī)器人的制作過(guò)程………………………………………………………105
用 Arduino 控制的三輪小車 ……………………………………………………………116
國(guó)內(nèi)機(jī)器人愛(ài)好者的作品 ………………………………………………………………123
資源篇 …………………………………………………………………………………………134
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寫(xiě)在前面
一轉(zhuǎn)眼機(jī)器人天空已經(jīng)運(yùn)行維護(hù)了四年多了，在這四年中認(rèn)識(shí)了全國(guó)各地眾多熱愛(ài)機(jī)器
人技術(shù)的朋友，很多朋友都為機(jī)器人天空的發(fā)展做出了自己的貢
獻(xiàn)。像早期的網(wǎng)友留心、肉粑粑、wen2xiao1、 yiyix……還有后
來(lái)的 hym523、yunkangliu、劉天龍等等我叫得上名字的，許許多
多我叫不上名字的。雖然有人離開(kāi)，卻總是有更多的人進(jìn)來(lái)，這
一切給了我莫大的信心，使我一直堅(jiān)信機(jī)器人事業(yè)必定大有可為。
但同時(shí)也有一個(gè)問(wèn)題一直在困擾著我：每天來(lái)瀏覽網(wǎng)頁(yè)，學(xué)
習(xí)知識(shí)的人很多，真正動(dòng)起手來(lái)做一個(gè)哪怕最簡(jiǎn)單的機(jī)器人小車
的朋友卻都少之又少，這是為什么？
和網(wǎng)友們交流的時(shí)候我發(fā)現(xiàn)，很多人都表示機(jī)器人技術(shù)非常有趣，看到別人制作的機(jī)器
人能跑能跳自己也歡欣鼓舞，可等到自己真正動(dòng)起手來(lái)的時(shí)候卻發(fā)現(xiàn)問(wèn)題總比辦法多。有的
人看著別人的電路圖原理圖如墜霧中，完全摸不著頭腦；有的人做到一半發(fā)現(xiàn)遇到了自己解
決不了的問(wèn)題，時(shí)間一長(zhǎng)最后便不了了之；有的人受身邊條件所限，想動(dòng)手卻什么都買(mǎi)不到 ；
時(shí)間、金錢(qián)……障礙一層又一層。特別是一些非理工科出身的愛(ài)好者，滿懷著兒時(shí)的機(jī)器人
夢(mèng)想，卻被一堆專業(yè)名詞將夢(mèng)想擊得支離破碎。
我也曾瀏覽過(guò)很多的機(jī)器人制作相關(guān)資料和書(shū)籍，也發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在很多資料和論文還帶有很
濃厚的大學(xué)教材氣息，滿篇都是抽象概念和抽象的原理圖，很多東西啃了半天弄明白了它的
原理和功能，卻連它長(zhǎng)什么樣子，可以到哪里購(gòu)買(mǎi)都弄不清楚。這讓很多知識(shí)結(jié)構(gòu)不夠健全
的朋友完全不知該如何下手。最后的感覺(jué)就是畫(huà)張圖紙簡(jiǎn)單，做個(gè)實(shí)際的東西卻是難于登天 。
意識(shí)到這個(gè)問(wèn)題以后，在維護(hù)機(jī)器人天空網(wǎng)站的過(guò)程中我便有意識(shí)地去搜集、翻譯、原
創(chuàng)了一些非常適合初學(xué)者的圖文并茂的文章，在文章中多以實(shí)物圖為主，抽象圖為輔，力圖
可以將更多徘徊在門(mén)外的愛(ài)好者拉進(jìn)到這扇門(mén)里來(lái)。直到去年春節(jié)前，我忽然意識(shí)到機(jī)器人
天空網(wǎng)站上現(xiàn)有的一些精品文章已經(jīng)足夠可以拼出一本專門(mén)針對(duì)入門(mén)者的電子書(shū)籍來(lái)。春節(jié)
過(guò)后便一直忙于收集資料，請(qǐng)朋友幫忙寫(xiě)一些補(bǔ)充的文章，終于拼出了大家現(xiàn)在看到的這篇
文檔。希望它可以讓更多的機(jī)器人愛(ài)好者走進(jìn)到精彩無(wú)限的機(jī)器人世界中來(lái)。
我曾在一篇文章的結(jié)尾處這樣寫(xiě)到：“我們的作品基本上不會(huì)有什么科技價(jià)值，也不會(huì)
填補(bǔ)什么技術(shù)空白，不會(huì)為社會(huì)主義建設(shè)添什么磚加什么瓦，純粹只是自?shī)首詷?lè)。不過(guò)我想 ，
當(dāng)更多的人——尤其是學(xué)生，以制作機(jī)器人作為一種娛樂(lè)項(xiàng)目的時(shí)候，應(yīng)該也是一件令人高
興的事吧”。直至今天，這仍然是我的目標(biāo)，希望可以有更多的年輕人投入到哪怕是最簡(jiǎn)單
的機(jī)器人活動(dòng)中來(lái)，那么也不枉本書(shū)中收錄的那些文章作者的辛勤勞動(dòng)了。
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理 論 篇
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如何制作機(jī)器人小車---給初學(xué)者
作者：胡泊
最近接觸了很多機(jī)器人愛(ài)好者，很多
人都對(duì)機(jī)器人技術(shù)展示出了濃厚的興趣，
也在計(jì)劃如何動(dòng)手制作自己的第一個(gè)機(jī)器
人。但是似乎很多的人都摸不到門(mén)路，只
能是站在大門(mén)外滿懷興趣的向內(nèi)觀望，觀
望了一陣興趣漸失只好嘆口氣走開(kāi)……
很多初學(xué)者可能都是看了一些視頻或
是現(xiàn)場(chǎng)的比賽，勾起了兒時(shí)的美好回憶，
興起了自己動(dòng)手制作機(jī)器人的念頭，很多
人可能并不是嵌入式開(kāi)發(fā)的業(yè)內(nèi)人士，甚
至沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)這些名詞，看著別人滿地亂跑的各種機(jī)器人，頗有無(wú)處下手
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的感覺(jué)。有的人一上來(lái)就準(zhǔn)備做一個(gè)可以雙足行走的人形機(jī)器人，可以平穩(wěn)行走，可以靠攝
像頭來(lái)讀取環(huán)境信息，可以語(yǔ)音識(shí)別，最好還可以變形……
我的意見(jiàn)是：新手最好還是老老實(shí)實(shí)的從小車開(kāi)始吧。人形機(jī)器人可以說(shuō)是一個(gè)系統(tǒng)的
大工程，不是一個(gè)人玩的起來(lái)的，而且資金上的投入也是不可計(jì)量的。一個(gè)人形機(jī)器人的成
型產(chǎn)品最少要賣(mài)到幾千塊——要知道，你在開(kāi)發(fā)過(guò)程中是不可能沒(méi)有錯(cuò)誤投入的。機(jī)器人小
車技術(shù)上門(mén)檻較低，資金投入也少，市場(chǎng)上的各種產(chǎn)品和零配件的支持也較多，雖然簡(jiǎn)單，
但可以實(shí)現(xiàn)的功能可一點(diǎn)也不少。
我在這里憑自己的經(jīng)驗(yàn)介紹一些自己動(dòng)手制作機(jī)器人小車的基礎(chǔ)知識(shí)，如果你是曾經(jīng)自
己動(dòng)手做過(guò)的高手，那么你可以繞行，我這里介紹的都是為未入門(mén)者準(zhǔn)備的最基本的理論知
識(shí)和一些動(dòng)手經(jīng)驗(yàn)。
那么現(xiàn)在我們開(kāi)始，首先是理論部分——小車的控制結(jié)構(gòu)。
[一]小車的整體控制系統(tǒng)
小車是怎么來(lái)控制的？為什么小車判斷出障礙物后可以自動(dòng)的繞開(kāi)？
理論：控制工程——處理自動(dòng)控制系統(tǒng)各種工程實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的綜合工程技術(shù)。包括
對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)提出要求（即規(guī)定指標(biāo)）、進(jìn)行設(shè)計(jì)、構(gòu)造、運(yùn)行、分析、檢驗(yàn)等過(guò)程。它
是在電氣工程和機(jī)械工程的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。
閉環(huán)控制：閉環(huán)控制有反饋環(huán)節(jié)，通過(guò)反饋系統(tǒng)是系統(tǒng)的精確度提高,響應(yīng)時(shí)間縮
短,適合于對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間,穩(wěn)定要求高的系統(tǒng)。
開(kāi)環(huán)控制：開(kāi)環(huán)控制沒(méi)有反饋環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的穩(wěn)定不高,響應(yīng)時(shí)間相對(duì)來(lái)說(shuō)很長(zhǎng),精
確度不高,使用于對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定精確度要求不高的簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。
一般稍微復(fù)雜一點(diǎn)的機(jī)器人小車都是閉環(huán)控制，也就是說(shuō)它有一個(gè)反饋機(jī)制，會(huì)根據(jù)自
己配備的各種傳感器來(lái)讀取環(huán)境信息，并且根據(jù)這些環(huán)境信息來(lái)決定自己下一步的行動(dòng)，決
定好后將行動(dòng)指令發(fā)給執(zhí)行系統(tǒng)，使機(jī)器人做出合適的動(dòng)作。當(dāng)然也有的機(jī)器人小車是開(kāi)環(huán)
控制，我就見(jiàn)過(guò)一個(gè)機(jī)器人小車配了一支筆，將機(jī)器人放在紙上，機(jī)器人一轉(zhuǎn)，刷的一下在
紙上畫(huà)出一個(gè)圈來(lái)，當(dāng)然由于摩擦力和機(jī)械誤差等原因，畫(huà)出來(lái)的圓圈可能不閉合，也可能
不圓。不過(guò)人家阿Ｑ都說(shuō)了：“孫子才畫(huà)的圓呢……”
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有點(diǎn)迷糊？沒(méi)關(guān)系，其實(shí)簡(jiǎn)單一點(diǎn)說(shuō)就是這樣：機(jī)器人可以分為三部分——傳感器部分 、
控制器部分、執(zhí)行器部分。
傳感器部分：機(jī)器人用來(lái)讀取各種外部信號(hào)的傳感器，以及控制機(jī)器人行動(dòng)的各種開(kāi)關(guān) 。
好比人的眼睛、耳朵等感覺(jué)器官。
控制器部分：接收傳感器部分傳遞過(guò)來(lái)的信號(hào)，并根據(jù)事前寫(xiě)入的決策系統(tǒng)（軟件程序 ），
來(lái)決定機(jī)器人對(duì)外部信號(hào)的反應(yīng)，將控制信號(hào)發(fā)給執(zhí)行器部分。好比人的大腦。
執(zhí)行器部分：驅(qū)動(dòng)機(jī)器人做出各種行為，包括發(fā)出各種信號(hào)（點(diǎn)亮發(fā)光二極管、發(fā)出聲
音）的部分，并且可以根據(jù)控制器部分的信號(hào)調(diào)整自己的狀態(tài)。對(duì)機(jī)器人小車來(lái)說(shuō)，最基本
的就是輪子。這部分就好比人的四肢一樣。
好的，現(xiàn)在我們來(lái)分析一下機(jī)器人小車的避障行為控制：機(jī)器人正在行走過(guò)程中（人在
路上走），忽然接收到裝在機(jī)器人前部的傳感器發(fā)來(lái)的一個(gè)“左前方有障礙物”的信號(hào)（人
眼發(fā)現(xiàn)左前方有一根電線桿），我們事先寫(xiě)在機(jī)器人控制芯片中的程序算法要求機(jī)器人發(fā)現(xiàn)
左前方有障礙物就往右邊轉(zhuǎn)（人發(fā)現(xiàn)左前方有電線桿就應(yīng)該往右躲——什么，你還要繼續(xù)往
前走？你牛！那我就等著聽(tīng)響了，哦，原來(lái)你只是想去看上面的小廣告……），控制芯片對(duì)
機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器——或是輪子，或是雙足——發(fā)出向右轉(zhuǎn)的指令（人大腦發(fā)出向右轉(zhuǎn)的指令 ，
通俗點(diǎn)說(shuō)就是“拐了拐了”），此時(shí)機(jī)器人的執(zhí)行器部分應(yīng)該立即響應(yīng)控制器的指令，改變
自己的狀態(tài)，使機(jī)器人的前進(jìn)方向改變，避開(kāi)障礙物（恭喜你，躲開(kāi)了電線桿）。
怎么樣，是不是有了點(diǎn)機(jī)器“人”的意思？
那么這三部分是怎么聯(lián)系起來(lái)的呢？很簡(jiǎn)單：電！其實(shí)機(jī)器人小車就是一個(gè)電子作品，
傳感器將外部的光信號(hào)、聲音信號(hào)、溫度信號(hào)等全部轉(zhuǎn)換為控制部分可以接受的電信號(hào)，控
制系統(tǒng)發(fā)出的指令也是各種電信號(hào)，通過(guò)執(zhí)行部分轉(zhuǎn)變?yōu)殡姍C(jī)輸出的扭矩、聲音、光信號(hào)等
等。
下面我來(lái)分別介紹一下這三個(gè)部分。
[二]傳感器部分
傳感器是機(jī)器人的眼睛，想要小車完成不同的任務(wù)就要配備各種不同的傳感器。
現(xiàn)在市場(chǎng)上林林總總的傳感器數(shù)不勝數(shù)，一般個(gè)人機(jī)器人愛(ài)好者經(jīng)常使用的有碰撞檢測(cè)
傳感器（碰撞開(kāi)關(guān)）、紅外測(cè)障傳感器、紅外測(cè)距傳感器、光敏電阻、電子溫度計(jì)、電子指
南針等等。
一般機(jī)器人用的傳感器返回的信號(hào)分兩種：一種返回值很簡(jiǎn)單，只有兩個(gè)狀態(tài)：“有”
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或者“沒(méi)有”；“是”或者“不是”；“0”或者“1”。我一般習(xí)慣把這種量稱為“狀態(tài)
量”。它所反映的是一種狀態(tài)，只是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的“是”或“否”。比如“機(jī)器人左邊有沒(méi)有
障礙物”，“有沒(méi)有聲音信號(hào)”等。還有一種返回值返回的是一個(gè)已知范圍內(nèi)任意值，比如
一只光敏電阻返回的信號(hào)就可能是 0～5V范圍內(nèi)的任意電壓信號(hào)。我一般把這種量稱為“強(qiáng)
度量”。它所反映的是一個(gè)有效范圍內(nèi)的強(qiáng)度。比如“機(jī)器人左邊的障礙物有多遠(yuǎn)”，“現(xiàn)
在的聲音信號(hào)有多強(qiáng)”等。
“狀態(tài)量”反映的信息較簡(jiǎn)單，相應(yīng)的傳感器也較簡(jiǎn)單，成本較低。而“強(qiáng)度量”反映的
信息則較豐富，相應(yīng)的傳感器的成本就會(huì)比較高，同時(shí)給控制上也帶來(lái)了更大的靈活和復(fù)雜 。
下面我們來(lái)看一些常用的傳感器：
碰撞開(kāi)關(guān)：電路常開(kāi)，碰到障礙物后連通，可以用來(lái)檢測(cè)機(jī)器人是否發(fā)生碰撞。
光敏電阻：光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改
變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、
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光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）?？梢杂脕?lái)檢測(cè)光線強(qiáng)度。
紅外測(cè)障傳感器：紅外測(cè)障傳感器利用紅外線遇到障礙物會(huì)反射的原理，來(lái)檢測(cè)某一方
向上是否有障礙物的存在。
紅外測(cè)距傳感器：紅外測(cè)距傳感器利用紅外信號(hào)遇到障礙物距離的不同反射的強(qiáng)度也不
同的原理，進(jìn)行障礙物遠(yuǎn)近的檢測(cè)。紅外測(cè)距傳感器具有一對(duì)紅外信號(hào)發(fā)射與接收二極管，
發(fā)射管發(fā)射特定頻率的紅外信號(hào)，接收管接收這種頻率的紅外信號(hào)。
超聲波測(cè)距傳感器：超聲波測(cè)距傳感器利用聲音在空氣中的傳輸距離和傳輸時(shí)間
成正比的原理，通過(guò)檢測(cè)不同遠(yuǎn)近的反射面對(duì)超聲波反射回去的時(shí)間不同來(lái)檢測(cè)障礙物的距
離。
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對(duì)于傳感器，很多人覺(jué)得只要看看文檔，知道怎么用了就行。但我的建議是：不但要知
道怎么用，還要知道其檢測(cè)原理。只有深刻的理解了傳感器的檢測(cè)原理，才能具有更好的發(fā)
散思維。我舉一個(gè)例子：當(dāng)初在學(xué)校開(kāi)展機(jī)器人滅火比賽，我們用了廠家提供的地面灰度傳
感器依靠可見(jiàn)光反射來(lái)檢測(cè)地面白線，效果一直不是很理想。后來(lái)有同學(xué)仔細(xì)研究了當(dāng)時(shí)電
機(jī)上配備的光電編碼器，發(fā)現(xiàn)其原理就是利用紅外線在不同顏色表明上反射率不同檢測(cè)高速
旋轉(zhuǎn)的電機(jī)上黑白相間的碼盤(pán)來(lái)測(cè)出電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，動(dòng)手將光電編碼器上的紅外檢測(cè)模塊
拆下來(lái)裝在機(jī)器人底部，用來(lái)檢測(cè)地面白線，檢測(cè)效果一下子好了很多。
購(gòu)買(mǎi)途徑：當(dāng)?shù)氐碾娮邮袌?chǎng)，或是網(wǎng)上購(gòu)買(mǎi)（現(xiàn)在很多機(jī)器人商家都有各種各樣的傳感器
提供，其實(shí)原理和適用范圍都差不多，很多都可以互換通用）。購(gòu)買(mǎi)時(shí)需要注意的是傳感器
的電壓范圍和有效范圍。
終極開(kāi)發(fā)：圖像識(shí)別 依靠一只攝像頭，根據(jù)攝像頭返回的視頻信號(hào)，計(jì)算出各個(gè)不同
物體距自己的距離以及其運(yùn)動(dòng)速度等等。如果你可以邁入這一步，那么，有一門(mén)叫做“機(jī)器
視覺(jué)”的學(xué)科的大門(mén)也就向你敞開(kāi)了。
[三]控制器部分
適合機(jī)器人的控制芯片有很多：?jiǎn)纹瑱C(jī)、DSP、甚至我們計(jì)算機(jī)上所用的 CPU，都
可以。不過(guò)我們這里主要介紹的針對(duì)機(jī)器人小車的技術(shù)，所以把其他的先放一放，讓我們把
注意力放到物美價(jià)廉的單片機(jī)上來(lái)。
首先還是理論課，不要抱怨，我的信條是：不懂理論的開(kāi)發(fā)者永遠(yuǎn)只能是一個(gè)拼裝師。
單片機(jī)：?jiǎn)纹瑱C(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算
機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、
價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。
小芯片有大智慧
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單片機(jī)是自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛的控制芯片，現(xiàn)在就在我們身邊的許多的電器
中都有單片機(jī)的身影。想自己動(dòng)手制作機(jī)器人的話，相應(yīng)的單片機(jī)知識(shí)是必不可少的。
系統(tǒng)的單片機(jī)知識(shí)我這里不想多說(shuō)，想要對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)有一個(gè)深入的理解，還是要找一
本比較好的單片機(jī)教材一頁(yè)一頁(yè)的看下去，網(wǎng)上的任何“技巧”“快速入門(mén)”（包括本文）都只
能算是水果、零食之類，閑暇無(wú)事時(shí)可以拿來(lái)開(kāi)開(kāi)胃，真正想要吃飽吃好，還是要用大餅卷
饅頭就著米飯吃才行。
我這里只提一些基礎(chǔ)的入門(mén)概念，給真正的入門(mén)者起一點(diǎn)拋磚引玉的作用。
一塊我們剛剛從商家手里拿到的單片機(jī)芯片，還是一塊空白，什么也做不了。如同一個(gè)
剛出世的孩子，我們開(kāi)發(fā)人員要做的，就是教會(huì)單片機(jī)處理各種各樣的問(wèn)題，給單片機(jī)配備
上各種各樣的擴(kuò)展工具，使單片機(jī)可以將復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，數(shù)字化。
單片機(jī)開(kāi)發(fā)涉及兩方面：硬件、軟件。
單片機(jī)不同于其他電器，拿過(guò)插銷直接插在電源上就可以使用，一塊空白的單片機(jī)想要
使用，還需要一些其他的電路來(lái)支持。一般來(lái)說(shuō)，最基本的電路就是單片機(jī)最小系統(tǒng)：
所謂的單片機(jī)最小系統(tǒng)就是指
可以讓單片機(jī)工作起來(lái)的最基本
的電路，在所有的單片機(jī)系統(tǒng)中，
你都可以找到類似的電路。至于它
的原理，我這里就不累述了，找本
書(shū)看去吧。
我再介紹一些做機(jī)器人需要的擴(kuò)
展電路：
程序下載電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)最終需
要程序來(lái)控制，一般都是在 PC上
編寫(xiě)好程序，通過(guò)下載線來(lái)下載到
單片機(jī)中執(zhí)行。下載需要一個(gè)電路來(lái)支持，以前的通常做法是連接到 PC的串口，不過(guò)現(xiàn)在
有很多通過(guò) USB下載程序的電路。
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以上兩個(gè)電路就是機(jī)器人開(kāi)發(fā)所需要的最基本的單片機(jī)電路，其他也許還需要一些電
機(jī)驅(qū)動(dòng)、A/D轉(zhuǎn)換、開(kāi)關(guān)選擇等電路。
也許你有些迷糊，可以有一點(diǎn)感到棘手了，這些電路對(duì)于一個(gè)從未接觸過(guò)單片機(jī)的新手
來(lái)說(shuō)可能有些頭大，沒(méi)關(guān)系，現(xiàn)在市場(chǎng)上有很多成熟的單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)出售，價(jià)格極為低廉 ，
如果不想在底層電路上多花精力的話，到一些電子商務(wù)網(wǎng)站上搜索一下“單片機(jī)開(kāi)發(fā)板”，一
百多就可以買(mǎi)到功能十分齊全，贈(zèng)送軟件+教程還有技術(shù)支持服務(wù)的適用開(kāi)發(fā)板了（當(dāng)然，
你如果自己動(dòng)手的話，成本會(huì)更低）。
軟件：說(shuō)白了就是你自己給單片機(jī)開(kāi)發(fā)的智能程序，讓機(jī)器人可以具有最簡(jiǎn)單的智能。
不要看到“智能”這兩個(gè)字就覺(jué)得多么高深，看到前面有電線桿知道要拐，這，就是智能。
不同的單片機(jī)需要不同的開(kāi)發(fā)環(huán)境，這個(gè)要在購(gòu)買(mǎi)的時(shí)候就弄清楚，很多單片機(jī)公司都
有自己配套的開(kāi)發(fā)軟件，很多都是可以在公司網(wǎng)站上免費(fèi)下載。一般來(lái)說(shuō)，國(guó)外的很多芯片
公司在自己的網(wǎng)站上都有非常豐富和適用的資料，抱本英漢詞典，將網(wǎng)站上的資料瀏覽一下 ，
你會(huì)發(fā)現(xiàn)一切都變得十分簡(jiǎn)單。
以前一說(shuō)起單片機(jī)開(kāi)發(fā)就會(huì)想起匯編語(yǔ)言，那時(shí)候的芯片成本很高，芯片的運(yùn)算開(kāi)銷和
存儲(chǔ)開(kāi)銷都要精打細(xì)算，高效率的匯編語(yǔ)言是單片機(jī)的最佳選擇。而現(xiàn)在隨著芯片成本的降
低，開(kāi)銷問(wèn)題已經(jīng)不再是制約單片機(jī)程序開(kāi)發(fā)的瓶頸，所以很多類 C或 Basic語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)環(huán)
境都已經(jīng)出現(xiàn)。只要有一定的程序開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)，對(duì)單片機(jī)的各種引腳足夠熟悉，那么相信寫(xiě)出
一個(gè)簡(jiǎn)單的智能程序?qū)⑹呛苋菀椎氖隆?br/>購(gòu)買(mǎi)途徑：電子市場(chǎng)或是網(wǎng)購(gòu)?，F(xiàn)在單片機(jī)的價(jià)格已經(jīng)十分低廉，價(jià)格上無(wú)需考慮太多，
關(guān)鍵是要選擇一款合適的，資料較多，容易上手的就可以。就機(jī)器人開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，要滿足以下
幾個(gè)條件：有程序下載線，可以方便的將程序從 PC上下載到單片機(jī)上；集成了 A/D轉(zhuǎn)換；
有 PWM輸出（便于控制電機(jī)）。
終極開(kāi)發(fā)：?jiǎn)纹瑱C(jī)終究能力有限，想要做一些運(yùn)算量較大的應(yīng)用時(shí)（例如音頻視頻的處
理），就需要一些更高端的芯片，比如DSP等，或者干脆把你的電腦機(jī)箱加上幾個(gè)輪子，讓
你的電腦跑起來(lái)吧！
相關(guān)名詞：C51，PIC，AVR，PWM……啥意思？自己搜去！
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[四]執(zhí)行器部分
對(duì)于機(jī)器人小車來(lái)說(shuō)，最基本的執(zhí)行器部分就是輪子。要有輪子，小車才能被稱為小車。
這部分可能也是各位愛(ài)好者最發(fā)愁的部分，傳感器和控制器到處都有的賣(mài)，而一般適合機(jī)器
人小車上用的輪子，機(jī)械結(jié)構(gòu)，車體等部分卻很難尋覓。找人訂做成本極高，現(xiàn)在很多朋友
都用玩具小車來(lái)進(jìn)行改裝。其實(shí)現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始有機(jī)器人小車底盤(pán)出售，不過(guò)在電子市場(chǎng)很難
見(jiàn)到，多數(shù)都要在網(wǎng)上一些教育機(jī)器人公司的網(wǎng)店里郵購(gòu)。
機(jī)器人常用的電機(jī)分為三種：普通的直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)。
直流電機(jī)：輸出或輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，稱為直流電機(jī)，它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和
機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。當(dāng)它作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流電動(dòng)機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；作發(fā)電
機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。
步進(jìn)電機(jī)：步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載
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的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置
只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，
而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加
一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距
角。這一線關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電
機(jī)只有周期的誤差而無(wú)累積誤差等特
點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用
步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。
伺服電機(jī)：伺服電動(dòng)機(jī)又稱執(zhí)行
電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)
歇件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)
機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為
直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，其主
要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)
現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下
降。
這三種電機(jī)一般來(lái)說(shuō)成本是 直
流<步進(jìn)<伺服，控制精度是直流<步進(jìn)
<伺服（當(dāng)然也有不一般的時(shí)候，并不是說(shuō)伺服電機(jī)就一定比步進(jìn)電機(jī)便宜）。
初學(xué)者對(duì)單片機(jī)控制電機(jī)不太熟悉，起步可以先用單片機(jī)輸出的 PWM信號(hào)來(lái)控制直流電
機(jī)，更進(jìn)一步可以試著控制步進(jìn)電機(jī)，以求更高的控制精度。對(duì)于小車的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)來(lái)說(shuō)，一
般可以選用直流電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)，而伺服電機(jī)一般用在機(jī)械臂上，用來(lái)得到精確的旋轉(zhuǎn)角度 。
一般單片機(jī)要通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)。有專門(mén)的模塊來(lái)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)電
機(jī)，單片機(jī)只需要為這樣的模塊提供一定頻率的脈沖和控制信號(hào)就可以了。網(wǎng)上相關(guān)的資料
很多，大家需要的話可以去自己找一下。
購(gòu)買(mǎi)途徑：電子市場(chǎng)、五金商店、網(wǎng)購(gòu)、舊家電。
終極開(kāi)發(fā)：當(dāng)你可以自如的控制機(jī)器臂的時(shí)候，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，一個(gè)類人機(jī)器人將不再遙
遠(yuǎn)。
其他的常用驅(qū)動(dòng)裝置還有機(jī)械臂機(jī)械手等，裝在小車上去抓取東西?？梢宰约豪盟欧?br/>電機(jī)開(kāi)發(fā)（初學(xué)者最好繞行），也可以選擇市面上的成型產(chǎn)品，這些產(chǎn)品一般都有完整的文
檔，仔細(xì)閱讀，使用起來(lái)都是很方便的。
[后記](méi)
最后再介紹一點(diǎn)電子電路開(kāi)發(fā)的東西吧，提起電路，可能很多朋友首先想起來(lái)的就是
墨綠色的印刷電路板，現(xiàn)在很多電子市場(chǎng)都有人可以根據(jù)你的電路圖為你加工印刷電路板。
不過(guò)在設(shè)計(jì)階段，很多東西都會(huì)改來(lái)改去，每次都去重新制作電路板效率和成本都是大問(wèn)題，
一般在電路開(kāi)發(fā)中，有一種專門(mén)的實(shí)驗(yàn)板（也叫面包板），適合在開(kāi)發(fā)階段使用。
以上就是我寫(xiě)的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)之談，沒(méi)有寫(xiě)什么具體的技術(shù)，只是將新手可能會(huì)感到迷茫的
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一些問(wèn)題列出來(lái)，就像我在前面說(shuō)的，這篇小文章只能算是一點(diǎn)小點(diǎn)心，真正想要成為機(jī)器
人高手，還是需要埋頭啃一些專業(yè)書(shū)籍。學(xué)習(xí)沒(méi)有捷徑，如果你走了捷徑，那只能說(shuō)明你比
別人少看了風(fēng)景。
這篇文章的目的只是想讓一些對(duì)機(jī)器人有興趣而又不知如何著手的朋友知道制作機(jī)器人
需要些什么東西，需要哪些知識(shí)準(zhǔn)備，不入大家法眼，只是希望能有更多的朋友加入到機(jī)器
人開(kāi)發(fā)的行列中，當(dāng)然了，我們的作品基本上不會(huì)有什么科技價(jià)值，也不會(huì)填補(bǔ)什么技術(shù)空
白，不會(huì)為社會(huì)主義建設(shè)添什么磚加什么瓦，純粹只是自?shī)首詷?lè)。不過(guò)我想，當(dāng)更多的人——
尤其是學(xué)生，以制作機(jī)器人作為一種娛樂(lè)項(xiàng)目的時(shí)候，應(yīng)該也是一件令人高興的事吧，呵呵 。
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作者簡(jiǎn)介
胡泊：機(jī)器人天空網(wǎng)站副主編。畢業(yè)于河海大學(xué)常州校區(qū)，現(xiàn)居南京。在校期間曾參加
過(guò)全國(guó)機(jī)器人大賽，喜歡研究一些雖然實(shí)用意義不大，但好玩有趣的機(jī)器人。
電子郵箱：hupo1982@
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公司網(wǎng)址：www. 電話：18945688768 機(jī)器人技術(shù)博客：http:///robotbase
淘寶店網(wǎng)址：http://robotbase. Arduino 教學(xué)博客：http:///Arduino
機(jī)器人互動(dòng)社區(qū)：www. 旗下視頻播客：http://u./user_show/uid_robotbase
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概念剖析：什么是 BEAM機(jī)器人？
作者：胡泊
經(jīng)常瀏覽一些國(guó)外機(jī)器人網(wǎng)站的朋友們可能經(jīng)常見(jiàn)到“BEAM Robotic”這個(gè)名詞，但在
一些機(jī)器人學(xué)的教科書(shū)上卻找不到這個(gè)名詞的解釋。那么“BEAM Robotic”到底指的是哪一
類的機(jī)器人呢？
“BEAM Robotic”的概念是由著名的機(jī)器人愛(ài)好者 Mark Tilden 提出的?，F(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室里
的多數(shù)機(jī)器人都是一開(kāi)始為實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的任務(wù)而設(shè)計(jì)，技術(shù)門(mén)檻高，成本也絕非一般個(gè)人
愛(ài)好者所能夠承擔(dān)。而 Mark Tilden 則反其道而行之，主張從最基本的模仿自然生物某一功
能的簡(jiǎn)單機(jī)器人坐做起，如同自然界生物進(jìn)化一樣，逐漸從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的“進(jìn)
化”。正是因?yàn)槿绱?，“BEAM”機(jī)器人技術(shù)門(mén)檻低，成本不高的特點(diǎn)吸引了眾多業(yè)余愛(ài)好者的
加入?！癇EAM”是以下幾個(gè)單詞的縮寫(xiě)：
Biology－ 生物學(xué)：BEAM 機(jī)器人都是模仿自然界某些生物來(lái)設(shè)計(jì)自己的電路和機(jī)械結(jié)
構(gòu)。
Electronics－電子學(xué)：用最簡(jiǎn)單的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)自己的功能。BEAM 機(jī)器人所用的電路
都是最基本的簡(jiǎn)單電路，這也是 BEAM 機(jī)器人吸引了眾多入門(mén)者的原因。
Aesthetics－美學(xué)：任何作品都需要一個(gè)漂亮的外觀。
Mchanies－機(jī)械：機(jī)器人中機(jī)械部分與電子部分同樣重要。好的機(jī)械結(jié)構(gòu)同樣是一個(gè)
成功作品必不可少的部分之一。
以上是 BEAMers 掛在嘴邊的幾個(gè)關(guān)鍵詞匯，在實(shí)際作品中可能做不到面面俱到（尤其
是第三點(diǎn)），但也應(yīng)該作為最基本的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)來(lái)考慮。
概括起來(lái)說(shuō)，BEAM 機(jī)器人主要是指?jìng)€(gè)人愛(ài)好者業(yè)余制作的，由最簡(jiǎn)單電路驅(qū)動(dòng)的模仿
自然界某一生物的某一項(xiàng)基本行為的機(jī)器人。大多 BEAM 機(jī)器人的控制芯片都采用普通的8
位單片機(jī)或是直接由 PC機(jī)做上位機(jī)通過(guò)有線或無(wú)線連接直接控制；驅(qū)動(dòng)方式多用雙輪差速
驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，有一小部分機(jī)器人還實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的四足或雙足驅(qū)動(dòng)；大多 BEAM 機(jī)器人所配備的
傳感器也比較簡(jiǎn)單，多由碰撞開(kāi)關(guān)或紅外傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)避障，另外用的比較多的還有光敏電
阻和紅外測(cè)距傳感器等等。大多業(yè)余機(jī)器人愛(ài)好者所制作的機(jī)器人或多或少都包含了一些
BEAM 的元素。
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一般常見(jiàn)的 BEAM 機(jī)器人多為以下功能：
1、避障：這是最基本的 BEAM 機(jī)器人，也是大多 BEAM 機(jī)器人所必須的功能，多采用兩
個(gè)或三個(gè)紅外測(cè)障傳感器或碰撞開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)障礙物，機(jī)器人由一片單片機(jī)控制，多為電機(jī)驅(qū)
動(dòng)。可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人無(wú)障礙的躲避各種障礙物。
2、趨光：機(jī)器人主體部分與避障機(jī)器人無(wú)異，只是傳感器略有不同。一般在機(jī)器人前
部安裝兩個(gè)光敏傳感器，靠?jī)蓚€(gè)傳感器的不同返回值的差速來(lái)判斷光源的方向并逐漸趨近。
3、循跡：此類機(jī)器人的基本功能是靠機(jī)器人底部的光敏或紅外之類的傳感器來(lái)發(fā)現(xiàn)
地面上的標(biāo)志（多為黑地白線或白地黑線），并循線前進(jìn)。
近幾年，隨著各種機(jī)器人比賽在國(guó)內(nèi)的蓬勃開(kāi)展。國(guó)內(nèi)的機(jī)器人愛(ài)好者也越來(lái)
越多，但由于技術(shù)或經(jīng)濟(jì)上的原因，使眾多機(jī)器人愛(ài)好者難以開(kāi)展較為復(fù)雜的項(xiàng)目，而 BEAM
機(jī)器人由于成本低，資料豐富，較易上手，成為眾多愛(ài)好者們首選的項(xiàng)目。
人物簡(jiǎn)介：
馬克 特爾頓
馬克博士是機(jī)器人物理學(xué)家，曾為美國(guó)國(guó)家航空和宇宙航行局（NASA）工作，而且
曾為美國(guó)的其他政府機(jī)構(gòu)提供機(jī)器人制造技術(shù)。他是一個(gè)有著豐富機(jī)器人知識(shí)的物理學(xué)家。
在 1988 他設(shè)計(jì)了第一個(gè)仿生機(jī)器人, 近幾年推出了幾款他設(shè)計(jì)的智能玩具機(jī)器人，都取得
了不錯(cuò)的反響。Robosapien 是第一個(gè)根據(jù)他的理論設(shè)計(jì)制作的商業(yè)機(jī)器人。
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經(jīng) 驗(yàn) 篇
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制作機(jī)器人常用的單片機(jī)性能特點(diǎn)及使用經(jīng)驗(yàn)
作者：劉天龍
摘要：
很多接觸機(jī)器人或單片機(jī)不久的朋友面對(duì)種類繁多的單片機(jī)常會(huì)困惑，到底它們之
間有何不同？制作機(jī)器人到底用哪種單片機(jī)控制比較好？當(dāng)我們選擇了一種單片機(jī)后，有何
捷徑能迅速掌握并應(yīng)用這種單片機(jī)？本文嘗試用一種通俗易懂的方法解讀上述問(wèn)題，并設(shè)計(jì)
了一種有深度的單片機(jī)控制機(jī)器人的實(shí)例，希望能起到拋磚引玉的作用。我與大家分享我使
用單片機(jī)的一些經(jīng)驗(yàn)，希望能讓初學(xué)者少些迷茫，讓已經(jīng)入門(mén)的朋友思維開(kāi)闊。
寫(xiě)本文時(shí)我僅有 3年單片機(jī)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，比較了解 51系列和 AVR系列單片機(jī)，因此
著重討論了 AVR單片機(jī)，我經(jīng)驗(yàn)有限，有錯(cuò)誤在所難免，希望朋友們批評(píng)指正！
一 單片機(jī)和 CPU、個(gè)人電腦的區(qū)別和聯(lián)系
這部分內(nèi)容比較初級(jí)，但很多朋友剛接觸單片機(jī)時(shí)或許對(duì)下面的問(wèn)題不是很清楚。
1 什么是 CPU？
CPU中文名稱為“中央處理器”，典型代表為英特爾 8086處理器，現(xiàn)在的奔騰 X
處理器都是 8086的直系后代。處理器，顧名思義，其功能是處理數(shù)據(jù)，對(duì)于中央處理器，
就是在數(shù)據(jù)處理中處于核心地位的處理器，聽(tīng)起來(lái)似乎很復(fù)雜，但實(shí)際上核心就是一個(gè) ALU
“算術(shù)邏輯單元”。這個(gè)單元由一些數(shù)字門(mén)電路組成，僅能完成括加、減、乘、除四則運(yùn)算，
與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、比較和傳送等操作。CPU內(nèi)部包含 ALU，除此
之外 CPU還有時(shí)鐘電路，CPU運(yùn)行的基本原理是：時(shí)鐘電路產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖，這個(gè)脈沖控制
著一個(gè)累加器，即每產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘脈沖，累加器加 1，這個(gè)累加值以 16進(jìn)制數(shù)字的形式通
過(guò)地址總線唯一選通程序儲(chǔ)存器中一個(gè)儲(chǔ)存單元（在 CPU外部），這個(gè)單元將內(nèi)部?jī)?chǔ)存的程
序命令代碼通過(guò)數(shù)據(jù)總線送到 ALU中，ALU根據(jù)代碼不同執(zhí)行不同操作，比如把某寄存器
數(shù)值和某數(shù)值相加等，然后將計(jì)算結(jié)果輸出到 IO口或者各個(gè)總線上。
總之，CPU的工作就是把程序中的命令代碼翻譯成不同任務(wù)，然后執(zhí)行，輸出執(zhí)
行結(jié)果。CPU在一切數(shù)字計(jì)算機(jī)中都發(fā)揮了核心作用，即計(jì)算機(jī)都有 CPU。
2 什么是個(gè)人電腦？
由于 CPU只有計(jì)算功能，其計(jì)算的結(jié)果需要通過(guò)顯示器、音箱輸出，而其工作的
依據(jù)，即程序命令則依靠硬盤(pán)儲(chǔ)存，其執(zhí)行任務(wù)時(shí)動(dòng)態(tài)存取的數(shù)據(jù)要保存在內(nèi)存中，而人可
以通過(guò)鍵盤(pán)控制程序命令的執(zhí)行過(guò)程，把所有這些 CPU的外設(shè)組合在一起就叫做“個(gè)人電
腦”。
3 什么是單片機(jī)？
個(gè)人電腦功能強(qiáng)大，計(jì)算速度快，是較為理想的計(jì)算機(jī)。但當(dāng)我們需要用一個(gè)小裝
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置控制微波爐定時(shí)開(kāi)關(guān)時(shí)，個(gè)人電腦就顯得笨重和昂貴。因此人們?cè)O(shè)計(jì)出一種濃縮型電腦，
大的有幾平方厘米，小的比米粒還小，它們叫做“單片機(jī)”——單片微型計(jì)算機(jī)。CPU是
一個(gè)芯片，單片機(jī)也是一個(gè)芯片，看起來(lái)外觀差不多，它們有什么不同呢？答案是：?jiǎn)纹瑱C(jī)
內(nèi)除了集成有 CPU外，還集成了程序儲(chǔ)存器 ROM（可理解為硬盤(pán)）、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器 RAM（可
理解為內(nèi)存），輸入輸出接口（可理解為顯示器、鍵盤(pán)插座），有的單片機(jī)內(nèi)還集成了電機(jī)驅(qū)
動(dòng)電路、視頻解碼電路、AD轉(zhuǎn)換器、無(wú)線傳輸電路等，使得單片機(jī)功能變得非常強(qiáng)大。單
片機(jī)的特長(zhǎng)在于可以用單個(gè)芯片和簡(jiǎn)單外部電路去實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制操作，因此非常適合機(jī)器
人控制。其實(shí)在絕大多數(shù)機(jī)器人中都有單片機(jī)的影子。簡(jiǎn)單的和中等復(fù)雜的機(jī)器人可以用單
片機(jī)直接控制，高度復(fù)雜的機(jī)器人用“個(gè)人電腦”或者“超級(jí)計(jì)算機(jī)”指揮許多單片機(jī)來(lái)完
成機(jī)器人控制。
4 學(xué)習(xí)單片機(jī)的捷徑是什么？
所謂捷徑就是少走彎路。我剛開(kāi)始學(xué)單片機(jī)時(shí)走了不少?gòu)澛?，很多朋友和我都有?br/>似的經(jīng)歷，剛開(kāi)始接觸單片機(jī)，面對(duì)琳瑯滿目的圖書(shū)教材，不知選擇哪本；想實(shí)踐時(shí)不知到
哪買(mǎi)單片機(jī)；不知如何編程下載程序……
A 對(duì)于初學(xué)者仔細(xì)看本文就是學(xué)習(xí)單片機(jī)的捷徑之一。
B 到圖書(shū)館或者書(shū)店在數(shù)十本單片機(jī)書(shū)中選一本你能看懂，而且覺(jué)得案例有趣的
“實(shí)在、生動(dòng)、活潑”的單片機(jī)書(shū)做為你的入門(mén)讀物。
C 建議先從 51單片機(jī)學(xué)起。掌握 51后再學(xué) AVR，然后學(xué) ARM、DSP等。
D 在學(xué)習(xí)過(guò)程中實(shí)踐非常必要。你需要一臺(tái)電腦。如果是臺(tái)式電腦，你可以花十
幾元購(gòu)買(mǎi) 25針并口下載線，如果是筆記本電腦，你只能購(gòu)買(mǎi)幾十元到幾百元的 USB ISP編
程器。
E 用萬(wàn)用板自己焊一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)，或者購(gòu)買(mǎi)開(kāi)發(fā)板。沒(méi)有必要使用昂貴的
仿真器。
F 你需要上網(wǎng)下載單片機(jī)編程軟件，比如 51用 Keil編程，AVR用 CVAVR編程，
在編程軟件中編好程序，然后生成 HEX文件，再上網(wǎng)下載并口燒程序軟件或者 USB ISP燒
程序軟件，用燒程序軟件加載 HEX文件，然后將編程線查到你的單片機(jī)電路板上，即可把
程序燒到單片機(jī)中。
G 拔下編程線，然后接通單片機(jī)板電源，你可以看到單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行。
H 如果系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，首先檢查電路是否接錯(cuò)，然后檢查程序是否燒錯(cuò)，如
果以上都沒(méi)毛病，研究程序是否編錯(cuò)。有時(shí)系統(tǒng)不能正常運(yùn)行并不意味著有什么地方錯(cuò)了，
只是某些參數(shù)沒(méi)設(shè)置好，你需要不斷運(yùn)行、修改程序、調(diào)試參數(shù)、再運(yùn)行如此往復(fù)，直到你
對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行滿意為止。有時(shí)這是一個(gè)非常艱苦的重復(fù)勞動(dòng)，調(diào)整數(shù)百次上千次，你無(wú)法回避 ，
只能堅(jiān)定信念，勇往直前。
I 到淘寶網(wǎng)上買(mǎi)東西更方便、更便宜。
二 在單片機(jī)誕生前人們用什么控制機(jī)器人
1 模擬計(jì)算機(jī)
在數(shù)字計(jì)算機(jī)誕生前，人們用電子管、電容器和電感線圈、電阻搭建模
擬計(jì)算機(jī)，能夠完成許多簡(jiǎn)單的計(jì)算和控制任務(wù)。所謂模擬計(jì)算機(jī)就是其計(jì)算
采用的信號(hào)不是 1、0數(shù)字信號(hào)，而是電壓連續(xù)變換的模擬信號(hào)，類似于自動(dòng)
控制原理中的各種控制器采用的運(yùn)算。別小看了模擬計(jì)算機(jī)，上世紀(jì) 80年代
中東戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)，阿拉伯國(guó)家使用的蘇制全自動(dòng)自行防空炮內(nèi)采用模擬計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)
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計(jì)算飛機(jī)軌跡并控制火炮射擊目標(biāo)。
2 齒輪和凸輪組成的控制器
在模擬計(jì)算機(jī)誕生前，也就是蒸汽機(jī)時(shí)代，有些機(jī)械天才硬是用數(shù)百
個(gè)齒輪和凸輪搭建出機(jī)械計(jì)算機(jī)，人們通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)印有數(shù)字的各種齒輪，另一些
齒輪就將運(yùn)算結(jié)果顯示出來(lái)。機(jī)械計(jì)算機(jī)在人類史上上曾經(jīng)是高科技產(chǎn)品，第
二次世界大戰(zhàn)時(shí)，德國(guó)著名的密碼機(jī)就是一種機(jī)電混合式計(jì)算機(jī)，它當(dāng)時(shí)是最
保密的通信工具。
3 發(fā)條和秒表和繼電器組成的控制器
在電氣時(shí)代開(kāi)始時(shí)，人們用鐘表內(nèi)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)分時(shí)控制一些繼電器的
通斷，從而控制一些機(jī)床和生產(chǎn)線的運(yùn)行。這種裝置類似于早期洗衣機(jī)內(nèi)的定
時(shí)器。
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三 入門(mén)首選 AT89S51系列單片機(jī)
1 簡(jiǎn)介
1980，英特爾公司開(kāi)發(fā)出一種簡(jiǎn)易的 8031CPU，在當(dāng)時(shí)該 CPU性能不比 8086
差很多，但價(jià)格較便宜，因此被很多低端應(yīng)用選中。由于市場(chǎng)看好，ATMEL公司購(gòu)買(mǎi)了
8031的內(nèi)核，把 Flash存儲(chǔ)器和加強(qiáng)型 IO 口融入進(jìn)去開(kāi)發(fā)出了 AT89系列單片機(jī)。所有
兼容 8031指令和內(nèi)核相似的單片機(jī)統(tǒng)稱為 51單片機(jī)，它是目前應(yīng)用最廣泛的 8位單片機(jī)
之一。因 51單片機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，指令易學(xué)，應(yīng)用廣泛，因此是初學(xué)單片機(jī)首選機(jī)型。如果
有人想不學(xué) 51，直接學(xué) AVR，那么此人一定會(huì)遇到很多難題，困惑和郁悶將伴隨著學(xué)習(xí)
過(guò)程。如果學(xué)了 51再學(xué) AVR和其他單片機(jī)，人們會(huì)發(fā)現(xiàn)“所謂單片機(jī)都不過(guò)如此”。
2 性能
根據(jù)任務(wù)具體需要選擇最合適的單片機(jī)，使單片機(jī)資源充分利用，使系統(tǒng)性價(jià)比達(dá)
到最高，同時(shí)兼顧未來(lái)擴(kuò)展需要，不一味追求高性能單片機(jī)，這就是選單片機(jī)的原則。
AT89S51有 4K的 Flash程序存儲(chǔ)器，128字節(jié)的 RAM，32條 IO口，中斷系統(tǒng)具
有 6個(gè)中斷源、5個(gè)終端矢量、2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu)；串行口是一個(gè)全雙工的串行通
信口；AT89S51的電源電壓為 4.0-5.5V，AT89LS51的電源電壓為 2.7-4.0V；振蕩器頻率 0-
33MHz（AT89S51）， 0-16MHz(AT89LS51); 有 ISP 在線編程功能，這個(gè)功能的優(yōu)勢(shì)在于改
寫(xiě)單片機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。是一個(gè)強(qiáng)大易用的功能。
AT89S52程序儲(chǔ)存器容量為 8KB，還有 AT89S55，ROM容量更大。
有很多公司生產(chǎn)了很多擴(kuò)展型 51系列單片機(jī)，有的帶有 AD轉(zhuǎn)換器，有的帶有比
較器，有的帶有 PWM，讀者可以根據(jù)自身需要選擇合適的 51單片機(jī)，但要注意他們的管
腳定義和編程方式。
3 使用方法
AT89S51 適于做單片機(jī)學(xué)習(xí)板、電子時(shí)鐘、超聲波測(cè)距儀等不需要采集模擬量和
控制大功率外部元件的電路。S51與過(guò)去的 C51的區(qū)別在于 S51支持 ISP在線編程，即 C51
需要幾百元的編程器編程，而 S51僅需一條 25針并口線和非常簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換電路即可接在臺(tái)
式電腦打印機(jī)接口燒程序，下載燒程序小軟件即實(shí)現(xiàn)可對(duì) S51單片機(jī)編程。對(duì) 51單片機(jī)編
程一般選用 Keil軟件，可采用 C語(yǔ)言或者匯編語(yǔ)言，編完程后選擇輸出 HEX文件，然后用
燒程序小軟件讀取 HEX文件，再燒寫(xiě)到單片機(jī)中。
4 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)
A 剛開(kāi)始看書(shū)時(shí)，按照書(shū)上的電路圖連線然后通電調(diào)試，但總不成功，將自己的
電路和書(shū)上的電路仔細(xì)對(duì)照發(fā)現(xiàn)不了問(wèn)題。原因在于很多書(shū)上的電路圖都是“簡(jiǎn)化圖”，即
省略了一些電路，而這些被省略的電路卻關(guān)乎系統(tǒng)的運(yùn)行。比如，當(dāng)單片機(jī)書(shū)講到 AD轉(zhuǎn)換
電路，給出的電路圖多省略了晶振和復(fù)位電路，按照 AD轉(zhuǎn)換電路圖搭出來(lái)的系統(tǒng)自然不能
運(yùn)行。
B 51單片機(jī) P0口輸出信號(hào)時(shí)需要上拉電阻，我經(jīng)常忘記加電阻，導(dǎo)致電路不好使 。
C 51單片機(jī) 31引腳需要接正極，以選擇采用內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。如果忘記給這個(gè)引
腳以正確的電壓，你的單片機(jī)可能不能執(zhí)行程序。
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4 應(yīng)用舉例
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四 愛(ài)好者制作機(jī)器人首選 AVR系列單片機(jī)
1 簡(jiǎn)介
AVR單片機(jī)是1997年由ATMEL公司研發(fā)出的增強(qiáng)型內(nèi)置Flash的RISC(Reduced
Instruction Set CPU) 精簡(jiǎn)指令集高速 8位單片機(jī)。高可靠性、功能強(qiáng)、高速度、低功
耗和低價(jià)位一直是衡量單片機(jī)性能的重要指標(biāo)，而 AVR 單片機(jī)是典型高性能單片
機(jī)。
早期單片機(jī)，比如 51 單片機(jī)為了提高可靠性（防止數(shù)據(jù)誤讀或跑飛）采
用較高的分頻系數(shù)對(duì)時(shí)鐘分頻，使得指令周期長(zhǎng)，執(zhí)行速度慢。例如 51 單片機(jī)需
要 12 個(gè)晶振周期才能組成 1 個(gè)機(jī)器周期，而且很多指令需要 2 個(gè)機(jī)器周期才能執(zhí)
行。AVR 單片機(jī)的推出，徹底打破這種舊設(shè)計(jì)格局，廢除了機(jī)器周期，采用精簡(jiǎn)指
令集，取指周期短，又可預(yù)取指令，實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)，故可高速執(zhí)行指令。AVR 單片
機(jī)在 12 個(gè)晶振周期中能執(zhí)行 12 條指令，從這個(gè)角度看，如果晶振頻率相同，AVR
的速度是 51 的 12 倍到 24 倍。
AVR 有 32 個(gè)通用寄存器，在進(jìn)行大量復(fù)雜運(yùn)算時(shí)，AVR 的 32 個(gè)寄存器
可相當(dāng)于 51 的 32 個(gè)累加器，克服了 51 系列單片機(jī)只有單一累加器數(shù)據(jù)處理造成
的瓶頸現(xiàn)象，在復(fù)雜運(yùn)算時(shí)速度比 51 快 5 倍以上。由此可看出，51 與 AVR 相比是
多么慢，AVR 是多么快。
AVR 系列單片機(jī)多內(nèi)部集成了多路 AD 轉(zhuǎn)換器、電壓比較器、 ISP、I2C、
JTAG 總線電路、UART 串口、大功率 IO 口、看門(mén)狗等實(shí)用電路，并且很多 AVR
單片機(jī)型號(hào)有 EEPROM、FLASH、SRAM 三種存儲(chǔ)器，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)修改程序存
儲(chǔ)器中的內(nèi)容，即 AVR 單片機(jī)可以自己修改自己的程序。同時(shí) AVR 一般能工作在
寬電壓范圍（2.7～6.0V），有的居然可以在 1.8V 電壓下工作。以上這些性能只是 AVR
眾多性能中的一部分，然而已經(jīng)讓 51 系列單片機(jī)望塵莫及了。
如此高性能的單片機(jī)價(jià)格居然和 51 單片機(jī)差不多，比如 ATmega8 價(jià)格為
8 元左右，ATmega16 在 13 元左右，這是 AVR 有極高性價(jià)比的真實(shí)寫(xiě)照。
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2 性能
AVR 家族人丁興旺，包括 ATinyAVR（微小型）、低功耗類、ATmegaAVR
高中低檔 5 類單片機(jī)。它們都基于同一核心技術(shù)，但在內(nèi)部集成的電路多少上有不
同。不論你要做電子手表還是視頻處理，都有一款合適的 AVR 單片機(jī)能滿足你的
需要。
本文只列出 ATmega16 中檔單片機(jī)的性能：
16KB 的 FLASH 程序存儲(chǔ)器；512B 的 EEPROM；1KB 的 SRAM；32 個(gè)快
速寄存器；32 個(gè)大功率 IO 口；20 個(gè)中斷；2 個(gè)外部中斷口；有 SPI、SUART、I2C
總線接口；2 個(gè) 8 位定時(shí)器；1 個(gè) 16 位定時(shí)器；3 個(gè) PWM 通道；有實(shí)時(shí)時(shí)鐘 RTC；
8 個(gè) 10 位 AD 通道；電壓比較器；看門(mén)狗；內(nèi)置時(shí)鐘振蕩器；JTAG 接口； ISP 在
線編程；電壓范圍為 2.7V-5.5V；外部時(shí)鐘晶振 0-16MHz；有 PID 和多種貼片封裝。
AVR 的 IO 口能輸出 20mA 和吸收 40mA 的電流，不僅可直接驅(qū)動(dòng) LED,
甚至可直接驅(qū)動(dòng)微型直流減速電機(jī)。而且 AVR 的 IO 口可編程設(shè)置成輸入、輸出、
高阻態(tài)狀態(tài)，是真正的 3 態(tài) IO 口。和 51 相比使用 AVR 開(kāi)發(fā)產(chǎn)品你會(huì)發(fā)現(xiàn)前所未
有的方便和自由。
AVR 單片機(jī)可上操作系統(tǒng)，比如 UCOS2、Linux 等，自主編程實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)功能也很
容易。
根據(jù)任務(wù)具體需要選擇最合適的單片機(jī)，使單片機(jī)資源充分利用，使系統(tǒng)性價(jià)比達(dá)
到最高，同時(shí)兼顧未來(lái)擴(kuò)展需要，不要一味選用高性能單片機(jī)，這就是選單片機(jī)的原則。
用 ARM+操作系統(tǒng)做超聲波測(cè)距儀——?dú)㈦u用了牛刀。用 AVR中檔單片機(jī)做機(jī)器
視覺(jué)——有些吃不消。如果把它們調(diào)換一下，一切就恰到好處了。
3 使用方法
學(xué) AVR 單片機(jī)的好書(shū)是《AVR 單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用實(shí)踐》，封面
見(jiàn)下圖。
AVR 一般采用 CVAVR 編程軟件編程，也可用 GUN GCC AVR、AVR Studio
軟件編程。可采用匯編或 C 語(yǔ)言編程。燒程序前先輸出 HEX 文件，然后用 SLISP
（雙龍 ISP）軟件加載，再通過(guò) ISP 編程線或者 25 針并口連接線燒入 AVR 單片機(jī)，
支持在線編程。
由于 AVR 單片機(jī)最小系統(tǒng)很簡(jiǎn)單，就是電源+晶振（可不用）+LED+ISP
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接口（通電就運(yùn)行，斷電就停止，不用復(fù)位電路），因此任何初學(xué)者都可以用面包
板搭出 AVR 最小系統(tǒng)，并且編程實(shí)踐。
4 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)
使用 AVR 單片機(jī)時(shí)注意要正確設(shè)置熔絲位，SLISP 軟件就可設(shè)置，熔絲位
可決定單片機(jī)是采用外部晶振還是采用內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器，如果熔絲位設(shè)置為采用外
部晶振，而電路中沒(méi)有接入晶振，則 AVR 程序不能運(yùn)行。很多初學(xué)者忽視了這一
點(diǎn)，他們的 AVR 系統(tǒng)不能運(yùn)行卻找不到原因。再有就是 AVR 的 IO 口在使用前需
先編程設(shè)置其狀態(tài)，否則你將發(fā)現(xiàn)程序在運(yùn)行，但 IO 口沒(méi)信號(hào)。
4 應(yīng)用舉例
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五 高級(jí)機(jī)器人控制器 ARM
1 簡(jiǎn)介
ARM是一個(gè)公司名，他們基于同一內(nèi)核設(shè)計(jì)了很多高性能處理器，這些處理器
都叫ARM。該技術(shù)被很多公司購(gòu)買(mǎi)后生產(chǎn)出了集成很多功能電路的ARM芯片，使得 ARM
成為高性能單片機(jī)。ARM一般為 32位單片機(jī)，適于處理大量復(fù)雜數(shù)據(jù)，很多 ARM裝上
了 UCOS2、Windows CE、Linux操作系統(tǒng)，能夠同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序。ARM廣泛應(yīng)用于手
機(jī)、MP3、GPS導(dǎo)航儀、吸塵機(jī)器人等產(chǎn)品上。
六 音頻視頻處理首選 DSP
1 簡(jiǎn)介
DSP數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Processing，簡(jiǎn)稱 DSP)，它是一種獨(dú)特的微處
理器，是以數(shù)字信號(hào)來(lái)處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換為 0或 1
的數(shù)字信號(hào)，再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯
回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千
萬(wàn)條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。
它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，是最值得稱道的兩大特色。
在高速小車巡線、語(yǔ)音識(shí)別等領(lǐng)域 DSP被廣泛應(yīng)用。但如果僅用 DSP檢測(cè)幾
個(gè)碰撞開(kāi)關(guān)、控制幾個(gè)電機(jī)顯得大材小用。
七 新興控制器 FPGA
1簡(jiǎn)介
FPGA（Field－Programmable GateArray），即現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列，它是
在 PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專
用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以根
據(jù)需要通過(guò)可編輯的連接把 FPGA內(nèi)部的邏輯塊連接起來(lái)，就好像一個(gè)電路試
驗(yàn)板被放在了一個(gè)芯片里。簡(jiǎn)單說(shuō)，如果使用者想開(kāi)發(fā)一個(gè)用簡(jiǎn)單數(shù)字邏輯電
路就能控制的小車，又嫌搭電路麻煩，他就可用軟件給一個(gè) FPGA編程讓它實(shí)
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現(xiàn)數(shù)字電路功能去控制小車。即 FPGA可被用來(lái)模擬各種電路。有的 FPGA甚
至能模擬 51 單片機(jī)的運(yùn)行。因 FPGA 通過(guò)編程即可修改它模擬的電路結(jié)構(gòu)，
因此在系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、調(diào)試中很方便，很多愛(ài)好者嘗試用 FPGA 做機(jī)器人控制器。
八 更多可供選擇的單片機(jī)
我們選擇學(xué)一款單片機(jī)前首先要考慮自己面對(duì)的實(shí)際任務(wù)需要什么性能的單片機(jī)，
然后在眾多性能滿足要求的單片機(jī)中作出選擇。此時(shí)我們還要考慮不同單片機(jī)的“應(yīng)用廣泛
程度”，比方說(shuō)：當(dāng)我們要做一個(gè)電子大賽智能小車，有AVR單片機(jī)和 PIC單片機(jī)可滿足任
務(wù)需要，如何在兩者中作出選擇需要考慮哪種單片機(jī)學(xué)起來(lái)比較容易、學(xué)習(xí)資料容易獲取、
可供參考的程序和案例更加豐富、哪種單片機(jī)更容易獲得編程軟件和下載器等。筆者感覺(jué)要
想做智能小車，AVR單片機(jī)的資料比較豐富。
世界上有種類繁多的單片機(jī)，它們當(dāng)中絕大多數(shù)都可用來(lái)控制機(jī)器人，但存在一個(gè)
是否合適的問(wèn)題。比如 PLC是可編程控制器，當(dāng)然可以用來(lái)控制愛(ài)好者手中的機(jī)器人，但PLC
多用于工業(yè)控制領(lǐng)域，設(shè)備龐大價(jià)格昂貴，同時(shí)不易獲得用 PLC 控制小型機(jī)器人的資料。
愛(ài)好者選擇學(xué)一種單片機(jī)前，首先得明確自己要用單片機(jī)干什么，然后再選最合適的單片機(jī)
學(xué)習(xí)。學(xué)單片機(jī)重在學(xué)精一兩種單片機(jī)，如果有人泛泛地學(xué) ARM、PLC、PIC、凌陽(yáng)、DSP、
FPGA等所有有名的單片機(jī)，那么他將無(wú)法擁有真正的深度開(kāi)發(fā)能力。所謂深度開(kāi)發(fā)，以 AVR
單片機(jī)為例，初學(xué)者可以用它實(shí)現(xiàn)小燈交替閃爍，中級(jí)技術(shù)人員可以用它控制參加比賽的機(jī)
器人，而真正的高級(jí)開(kāi)發(fā)人員可以用 AVR實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺(jué)、無(wú)人機(jī)自動(dòng)駕駛、坦克火控系
統(tǒng)……
AVR單片機(jī)過(guò)時(shí)了嗎？
有初學(xué)者甚至中級(jí)開(kāi)發(fā)人員認(rèn)為因 ARM性能一般比 AVR性能高，因此 ARM將代
替 AVR，AVR將退出歷史舞臺(tái)，或者M(jìn)SP430將代替 51系列單片機(jī)，或者 FPGA將取代所
有單片機(jī)等。這種看法不對(duì)，因?yàn)椴煌瑔纹瑱C(jī)都有各自的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，沒(méi)有哪種單片機(jī)是完
美的，在不同場(chǎng)合用最合適的單片機(jī)，發(fā)揮它們各自的特長(zhǎng)，而不存在 ARM一統(tǒng)天下，取
代所有其他型號(hào)單片機(jī)的可能性。試想，原本十幾元的電子表因?yàn)椴捎?ARM控制買(mǎi)到幾百
元，誰(shuí)能受得了？因此不要覺(jué)得 AVR已經(jīng)過(guò)時(shí)，學(xué)完 51 就直接學(xué) ARM，或者覺(jué)得學(xué) 51
沒(méi)用，直接學(xué) ARM，否則你將碰壁。
MSP430系列單片機(jī)：比較適于機(jī)器人開(kāi)發(fā)，是美國(guó)德州儀器推向市場(chǎng)的一種 16
位、具有精簡(jiǎn)指令集的、超低功耗的混合信號(hào)處理器。具有 Flash存儲(chǔ)器，中斷源較多，并
且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。MSP430系列單片機(jī)的電源電壓采用的是 1.8~3.6V 電
壓。因而可使其在 1MHz的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的電流會(huì)在 200~400uA左右，時(shí)鐘關(guān)
斷模式的最低功耗只有 0.1uA。MSP430系列單片機(jī)的各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。
它們分別是看門(mén)狗、模擬比較器、定時(shí)器、串口 0、1、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、10位/12
位 ADC、16位 Sigma-DeltaAD、直接尋址模塊（DMA）、 IO端口、基本定時(shí)器（Basic Timer）
等的一些外圍模塊的不同組合。MSP430 系列單片機(jī)引進(jìn)了 JTAG技術(shù)，不僅使開(kāi)發(fā)工具變
得簡(jiǎn)便，而且價(jià)格也相對(duì)低廉，并且還可以實(shí)現(xiàn)在線編程。
PIC單片機(jī)：可用于機(jī)器人開(kāi)發(fā)，是 8位單片機(jī)，產(chǎn)品種類豐富，采用精簡(jiǎn)指令
集，有不錯(cuò)的開(kāi)發(fā)環(huán)境，引腳驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，可直接連接繼電器控制強(qiáng)電。自帶看門(mén)狗，有睡
眠和低功耗模式。很多性能不如 AVR和MSP430系列單片機(jī)，但因其有特殊優(yōu)點(diǎn)，也被廣
泛應(yīng)用。
凌陽(yáng)單片機(jī)：比較適于機(jī)器人開(kāi)發(fā)，以 16位計(jì)算機(jī)為核心，集成不同規(guī)模的
RAM、ROM和其他豐富的功能電路，使用者可以根據(jù)自己需要選擇集成了特定功能電路的
凌陽(yáng)單片機(jī)。凌陽(yáng)單片機(jī)指令系統(tǒng)提供出具有較高運(yùn)算速度的 16位，16位的乘法運(yùn)算指令
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和內(nèi)積運(yùn)算指令，為其應(yīng)用添加了 DSP功能，因此凌陽(yáng)適合進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別。在我國(guó)凌陽(yáng)單
片機(jī)在學(xué)校比較常見(jiàn)，應(yīng)用實(shí)例較多，可作為機(jī)器人愛(ài)好者選用的單片機(jī)。
九 實(shí)例：用 AVR單片機(jī)創(chuàng)造機(jī)器生命
1 什么是機(jī)器生命
機(jī)器生命就是一個(gè)能自主生存的機(jī)器，一個(gè)自動(dòng)為生存下去而奮斗的機(jī)器。對(duì)于
機(jī)器生命來(lái)說(shuō)，生存的含義就是不斷電，繼續(xù)運(yùn)行。機(jī)器生命具有完全自主決策、自主行
動(dòng)、活動(dòng)于未知世界、不需人類參與就能持續(xù)運(yùn)行并且自我維護(hù)等特征。影片《終結(jié)者》
中的天網(wǎng)就是超級(jí)機(jī)器生命?！杜Z 5號(hào)》描述了一個(gè)機(jī)器人從無(wú)生命到有生命的過(guò)程。
N.維納（Norbert Wiener，1894～1964）寫(xiě)《控制論》時(shí)創(chuàng)造出第一個(gè)機(jī)器生命Wiener
龜，這個(gè)機(jī)器龜僅有 2個(gè)電子管組成的模擬計(jì)算機(jī)，但它卻能實(shí)現(xiàn)真正的烏龜覓食、睡覺(jué) 、
探索、逃避等行為，其表現(xiàn)如同一個(gè)有生命的生物一樣。機(jī)器龜上面有太陽(yáng)能電池，當(dāng)自
身電池快用完前，機(jī)器龜樂(lè)于尋找一個(gè)光線充足的地方充電，充滿電后可能找個(gè)地方睡懶
覺(jué)，或者探索未知世界，它有避免碰撞和避免到傾斜地方的趨向，我們無(wú)法預(yù)知它的行蹤 ，
因?yàn)樗皇前凑粘绦蜻\(yùn)行的，就如同我們自己一樣。后來(lái)維納在他的機(jī)器龜上又加了一個(gè)
電子管，三個(gè)電子管連接成簡(jiǎn)單的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)對(duì)機(jī)器龜訓(xùn)練，維納通過(guò)搖鈴可控制機(jī)
器龜?shù)男袨椤Ｕ缬猩飳W(xué)家訓(xùn)練狗使得狗聽(tīng)到搖鈴聲后就流口水。
2 我們可以自己動(dòng)手做一個(gè)機(jī)器寵物
我們今天有先進(jìn)的單片機(jī)，制作一個(gè)更好的機(jī)器生命其實(shí)不難。機(jī)器生命遠(yuǎn)比按
固定程序運(yùn)行的機(jī)器人好玩，就如同寵物狗比玩具狗好玩一樣。我們?cè)O(shè)想的機(jī)器生命可以
是一個(gè)小型履帶式機(jī)器人，帶有太陽(yáng)能板，能感受光線強(qiáng)弱，障礙物距離和碰撞，為了實(shí)
現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)，該機(jī)器生命具有語(yǔ)音識(shí)別功能。試想你學(xué)習(xí)一天，回到寢室，叫一聲 TONY，
你的機(jī)器寵物轉(zhuǎn)身飛快跑向你，那種感覺(jué)只有寵物的創(chuàng)造者才能體會(huì)……
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3 如何實(shí)現(xiàn)？如何設(shè)計(jì)電路？如何設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)？
這個(gè)機(jī)器生命方案采用 ATmega16單片機(jī)做控制器，單片機(jī)的 8路 AD通道和其
余 24個(gè) IO 接口都被使用。AVR單片機(jī) AD轉(zhuǎn)換頻率高于音頻，可以用來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的語(yǔ)
音采集。機(jī)器生命的程序較復(fù)雜，而 AVR單片機(jī)適合進(jìn)行快速?gòu)?fù)雜運(yùn)算。本設(shè)計(jì)的電路
板上除了 ATmega16單片機(jī)外，還有 2個(gè) LG9110電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、2個(gè) LM386音頻功放芯
片，和 LM393電壓比較器芯片，再加上少量電阻電容和三極管，電路簡(jiǎn)潔，適合初學(xué)者
和中級(jí)愛(ài)好者動(dòng)手制作。
LCD采用通用 1602模塊，支持 3位控制線 4位數(shù)據(jù)線，如果你采用 IO口復(fù)用技
術(shù)，可用 6條線控制 LCD模塊。
此方案涉及光電檢測(cè)、自動(dòng)充電、語(yǔ)音識(shí)別、超聲波測(cè)距、鍵盤(pán)（4個(gè)碰撞開(kāi)關(guān)）、
LCD液晶顯示、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等技術(shù)，這些都是動(dòng)手做簡(jiǎn)單機(jī)器人的基本技術(shù)，如果愛(ài)好者
能把這個(gè)機(jī)器生命做好，那么你的電路設(shè)計(jì)、調(diào)試經(jīng)驗(yàn)和編程能力都會(huì)有很大的提高。
這個(gè)機(jī)器生命的技術(shù)含量相當(dāng)于 20世紀(jì) 70年代國(guó)際機(jī)器人領(lǐng)域的先進(jìn)水平。當(dāng)
時(shí)已經(jīng)有很多非常精密和復(fù)雜的工業(yè)機(jī)器人被應(yīng)用，但這種簡(jiǎn)單的機(jī)器人怎么能稱作先進(jìn)
呢？因?yàn)榧夹g(shù)的復(fù)雜和技術(shù)的先進(jìn)不是一個(gè)概念，復(fù)雜+精密不一定等于先進(jìn)。先進(jìn)的東
西不一定復(fù)雜和精密。
A 尋光
我們可以用光電二極管來(lái)檢測(cè)光線強(qiáng)弱。當(dāng)然也可以用光敏電阻。將光敏電阻和
一個(gè)固定電阻串聯(lián)接在電源正負(fù)極之間，光敏電阻靠近正極一側(cè)。從光敏電阻和固定電阻
連接點(diǎn)引出導(dǎo)線接到 ATmega16的 AD轉(zhuǎn)換輸入口。當(dāng)強(qiáng)光照在光敏電阻時(shí)，光敏電阻阻
值變小，因此其壓降變小，而固定電阻分壓增多，引出的 AD檢測(cè)電位升高，被單片機(jī)轉(zhuǎn)
化為數(shù)字量后判斷光線增強(qiáng)。機(jī)器生命有 5個(gè)光電傳感器，其中 4個(gè)面向機(jī)器人前后左右
四個(gè)方向，另一個(gè)指向太陽(yáng)能板所面對(duì)的方向。通過(guò)編程可以讓機(jī)器人自主移動(dòng)到光線最
強(qiáng)的地方。
B 充電
本設(shè)計(jì)采用 4.8V鎳氫充電電池為系統(tǒng)供電。太陽(yáng)能電池板正負(fù)極通過(guò)一個(gè)三極管
與電池正負(fù)極相連。有一個(gè)電壓比較器比較電池電壓與太陽(yáng)能板的壓差，如果壓差高于某
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值，比較器控制三極管導(dǎo)通，太陽(yáng)能電池板對(duì)充電電池充電。充電電池電壓上升，當(dāng)高于
某值時(shí)控制三極管關(guān)斷，結(jié)束充電。為使太陽(yáng)能板能對(duì)電池組充電，要求太陽(yáng)能板在陽(yáng)光
直射下輸出電壓高于 8V。
C 語(yǔ)音識(shí)別
用 AVR單片機(jī)的高速 AD檢測(cè)功能能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的語(yǔ)音識(shí)別。聲音信號(hào)被駐極體電
容話筒接收后送至 LM386音頻功放芯片放大和過(guò)濾后送至單片機(jī) AD轉(zhuǎn)換口，單片機(jī)對(duì)
音頻信號(hào)幅值采樣轉(zhuǎn)化為一組數(shù)字，然后對(duì)這組進(jìn)行取方差運(yùn)算，得出一個(gè)特征值，該特
征值可以用于簡(jiǎn)單的語(yǔ)音識(shí)別。比如你發(fā)一個(gè)“e”，方差應(yīng)該比較小，如果你發(fā)“p”爆
破音，方差應(yīng)該較大。當(dāng)然，如果你用更復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，會(huì)得到更好的識(shí)別效果。本設(shè)
計(jì)使用了 2路聲音信號(hào)，目的是讓單片機(jī)判斷出聲源的大體方位。
D 超聲波測(cè)距
用 AVR的 1個(gè) IO口輸出 40KHz信號(hào)送至超聲波發(fā)射電路，當(dāng)超聲波遇到障礙物
返回后，被超聲波接收頭接收，信號(hào)經(jīng) CX20106A解碼芯片處理，得到一個(gè)低電平脈沖，
用該脈沖引發(fā) AVR單片機(jī)中斷，AVR通過(guò)檢查發(fā)波和收到回波之間的時(shí)間差即可算出障
礙物距離。
E 電機(jī)驅(qū)動(dòng)
本設(shè)計(jì)采用 2片 LG9110電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流減速電機(jī)。LG9110輸出最大
電流為 800mA，僅需要 2條控制線與單片機(jī) IO口直接相連即可控制一臺(tái)電機(jī)正反轉(zhuǎn)或者
停止。LG9110僅有 8個(gè)引腳，使用非常方便。
F 讓機(jī)器生命更聰明
我的這個(gè)機(jī)器生命設(shè)計(jì)方案能實(shí)現(xiàn)最酷的效果是：白天，陽(yáng)光明媚，機(jī)器生命跑
到陽(yáng)光底下曬太陽(yáng)，太陽(yáng)光會(huì)隨著時(shí)間變化，機(jī)器生命能自動(dòng)跑到最合適的位置享受日光
浴。到了晚上，機(jī)器生命會(huì)找個(gè)安靜的地方閉目養(yǎng)神，等待明天太陽(yáng)升起。你可以訓(xùn)練機(jī)
器生命，讓它知道自己的名字叫什么。比如你叫著它的名字，同時(shí)站在它面前用強(qiáng)光照射
它的太陽(yáng)能電池板，如此反復(fù)訓(xùn)練，會(huì)使機(jī)器生命聽(tīng)到自己名字后向聲源方向跑去，在距
離聲源一定遠(yuǎn)處停止，因?yàn)橐酝@樣做它都能享受強(qiáng)光照射并充電。這就如同真正的寵物
狗，你叫它名字它就跑到你跟前希望能獲得食物。這一切都是完全能夠?qū)崿F(xiàn)的，關(guān)鍵就在
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于編程序?qū)崿F(xiàn)它。
G 想象無(wú)極限，你的機(jī)器寵物將無(wú)所不能
以上方案中，ATmega16的功能被發(fā)揮到極致，以至于沒(méi)有空閑的 IO口，系統(tǒng)不
能再擴(kuò)展了。如果你用 ATmega128單片機(jī)做，那么它擁有 53個(gè) IO 口 ，30多個(gè)中斷，128Kb
的程序存儲(chǔ)器，4Kb的 RAM，使得你能編寫(xiě)更復(fù)雜的程序、儲(chǔ)存更多的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、連接
更多的外設(shè)，你的機(jī)器生命將變得非常有生命力。比如加入三軸加速度傳感器、地磁傳感
器、GPS定位、雨水傳感器甚至攝像頭、無(wú)線通信模塊等，重新設(shè)計(jì)一個(gè)堅(jiān)固和強(qiáng)勁的
底盤(pán)，你的機(jī)器生命就可以在室外自由探索了。
以上芯片外設(shè)來(lái)源說(shuō)明：在淘寶上購(gòu)買(mǎi)很容易
底盤(pán)：340元的高級(jí)履帶式 1：16電動(dòng)坦克模型
加速度傳感器、地磁傳感器：美國(guó) AD公司的 40元 ADXL330加速度傳感器
GPS定位：幾十元的車載外置 GPS天線
最后，我想說(shuō)，機(jī)器人是非常好玩的，只要你有想象力，有毅力，努力研究實(shí)踐就能創(chuàng)
造奇跡。
*************************************************************
作者簡(jiǎn)介：
劉天龍，23，喜歡電子技術(shù)、機(jī)器人、航模、計(jì)算機(jī)編程、
電腦藝術(shù)、軍事。將致力于服務(wù)型機(jī)器人設(shè)計(jì)，希望設(shè)計(jì)低成
本、高效能、系統(tǒng)化并且視覺(jué)效果良好的服務(wù)型機(jī)器人產(chǎn)品。
同時(shí)喜歡拋開(kāi)傳統(tǒng)人工智能，研究基于生物神經(jīng)結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)方
法的機(jī)器人智能化方法。郵箱：spurtltl@ 歡迎有
共同愛(ài)好的朋友聯(lián)系。
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制作機(jī)器人常用傳感器盤(pán)點(diǎn)
作者：胡泊
現(xiàn)在越來(lái)越多的朋友都對(duì)機(jī)器人開(kāi)發(fā)產(chǎn)生了濃厚的興趣，而機(jī)器人小車由于技術(shù)門(mén)檻
低，成本低廉而成為了很多入門(mén)者的首選。機(jī)器人小車電子部分主要的構(gòu)成就是控制芯片、
電機(jī)和傳感器。今天我們就在這里介紹幾種機(jī)器人小車上常用的傳感器。
傳感器，簡(jiǎn)單點(diǎn)下個(gè)定義就是把現(xiàn)實(shí)中的各種物理信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮与娐分锌梢宰R(shí)別的電
信號(hào)。下面我就根據(jù)用來(lái)識(shí)別不同的物理信號(hào)來(lái)介紹幾種機(jī)器人愛(ài)好者常用的傳感器。
1、障礙物：
避障可以說(shuō)是各種機(jī)器人最基本的功能。因此選擇測(cè)障傳感器可以說(shuō)是每一個(gè)機(jī)器人
DIYer必須熟知的知識(shí)。
檢測(cè)機(jī)器人面前是否存在障礙物的傳感器，可以分為接觸式和非接觸式。
接觸式測(cè)障傳感器最典型的便是碰撞開(kāi)關(guān)。
這是一幅碰撞開(kāi)關(guān)的外形圖。
這是一幅碰撞開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)圖。碰撞開(kāi)關(guān)的工作原理非常簡(jiǎn)單，完全依靠?jī)?nèi)部的機(jī)械
結(jié)構(gòu)來(lái)完成電路的導(dǎo)通和中斷。當(dāng)碰撞開(kāi)關(guān)的外部探測(cè)臂受到碰撞，探測(cè)臂受力下壓，帶動(dòng)
碰撞開(kāi)關(guān)內(nèi)部的簧片撥動(dòng)，電路的導(dǎo)通狀態(tài)從而發(fā)生改變。一般碰撞開(kāi)關(guān)需要接三根線，一
根紅色的電源線，一根黑色的地線，和一根黃色的信號(hào)線（信號(hào)線的顏色可能存在不同）。
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在機(jī)器人小車上的用法多數(shù)為將探測(cè)臂加長(zhǎng)，擴(kuò)大探測(cè)范圍和靈敏度，當(dāng)機(jī)器人小車裝
到前面的障礙物，碰撞開(kāi)關(guān)的信號(hào)端便可返回一個(gè)高電平，控制芯片由此可以知道小車面前
存在著障礙物。
碰撞開(kāi)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，一般每只零售僅幾塊錢(qián)，使用簡(jiǎn)單，使用范圍廣，對(duì)環(huán)境
條件沒(méi)有什么限制。
缺點(diǎn)是必須在發(fā)生碰撞后才能檢測(cè)到障礙，這在某些機(jī)器人比賽中是相當(dāng)失分的。并且
使用時(shí)間較長(zhǎng)后容易發(fā)生機(jī)械疲勞，無(wú)法繼續(xù)正常工作。
非接觸式測(cè)障開(kāi)關(guān)一般的工作原理與雷達(dá)相似，發(fā)射某種射線，遇到障礙物會(huì)被反射回
來(lái)，這時(shí)傳感器就認(rèn)為發(fā)現(xiàn)了障礙物。最常用的便是發(fā)射紅外線的傳感器。
紅外測(cè)障傳感器電路圖
現(xiàn)在網(wǎng)上有成套的紅外測(cè)障傳感器出售，可以直接購(gòu)買(mǎi)產(chǎn)品使用，也可以自己購(gòu)買(mǎi)電子
元件焊接。
紅外發(fā)射管外形圖 紅外接收管外形圖
紅外測(cè)障傳感器成本較低（當(dāng)然比碰撞開(kāi)關(guān)還是要高一點(diǎn)），電路簡(jiǎn)單，檢測(cè)范圍大，
并且如果在電路中加上一個(gè)電位器可以隨時(shí)調(diào)節(jié)傳感器的檢測(cè)范圍。檢測(cè)方式為非接觸式，
控制起來(lái)更加好看，也更加靈活。
缺點(diǎn)是多個(gè)傳感器之間容易互相干擾，在傳感器的布局上需要多花心思，安裝位置也要
盡可能的避免碰撞。
2：距離
有時(shí)間單單知道哪個(gè)方向上有障礙物并不夠，還必須知道障礙物距離機(jī)器人具體有多遠(yuǎn)
才好判斷機(jī)器人下一步的行動(dòng)。這個(gè)時(shí)候我們就需要測(cè)距傳感器。
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測(cè)距傳感器大多為非接觸式，目前在個(gè)人機(jī)器人領(lǐng)域用的比較多的是紅外和超聲波兩
種。
紅外測(cè)距傳感器：提到紅外測(cè)距傳感器，就不能不提夏普的 GP2D12紅外測(cè)距傳感器，
幾乎可以說(shuō)是機(jī)器人愛(ài)好者的必備傳感器?，F(xiàn)在在網(wǎng)上看到的一些個(gè)人機(jī)器人作品幾乎都可
以看到 GP2D12的身影。
無(wú)圖無(wú)真相，相信很多朋友看到下面這張圖都會(huì)禁不住感嘆：“哦，原來(lái)是它呀！”
是不是很眼熟？說(shuō)實(shí)話除了在個(gè)人機(jī)器人上，我還真沒(méi)在其他的地方見(jiàn)過(guò)這個(gè)東西。
GP2D12產(chǎn)品規(guī)格參數(shù)：
1.測(cè)量射程范圍：10 to 80 cm
2.最大允許角度：>40°
3.電源電壓：4.5 to 5.5V
4.平均功耗：35mA
5.峰值功耗：約200mA
6.更新頻率/周期：25Hz/40ms
7.模擬輸出噪聲：<200mV
8.測(cè)量距離與輸出模擬電壓關(guān)系：2.4V~0.4V模擬信號(hào)對(duì)應(yīng)10cm~80cm，輸出與距離成
反比非線性關(guān)系。
這種傳感器的優(yōu)點(diǎn)是體積小，測(cè)量準(zhǔn)確，電源電壓與輸出信號(hào)都較常規(guī)，一般單片機(jī)系
統(tǒng)都可直接使用。
缺點(diǎn)是成本較高，購(gòu)買(mǎi)途徑較少。
超聲波測(cè)距傳感器：超聲波測(cè)距傳感器也是一種很常見(jiàn)的測(cè)距傳感器，依靠超聲波的發(fā)
射與反射接收中的時(shí)間差來(lái)判斷距離。
超聲波測(cè)距傳感器外形圖
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超聲波測(cè)距傳感器規(guī)格很多，測(cè)試距離也從遠(yuǎn)到近都有，價(jià)格相差也較大，一般機(jī)器人
愛(ài)好者使用的都是測(cè)量范圍在最小幾厘米到最大幾米之間。
超聲波測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)在于測(cè)量范圍較大，且不是使用光學(xué)信號(hào)，所以被測(cè)物體的顏色對(duì)于
測(cè)量結(jié)果沒(méi)有影響。
缺點(diǎn)是成本較高，由于是依靠聲速測(cè)距，所以對(duì)于一些影響聲速的因素較敏感，比如溫
度、風(fēng)等。最大允許角度較小。
3、亮度：
很多個(gè)人朋友制作的機(jī)器人都需要判斷環(huán)境光的亮度，這個(gè)時(shí)候就需要亮度傳感器。最常用
的便是光敏電阻。
光敏電阻：光敏電阻是一種隨著照射在上面的可見(jiàn)光強(qiáng)度變化而阻值發(fā)生變化的電阻，
可以根據(jù)其阻值的變化判斷出光強(qiáng)。
光敏電阻實(shí)物圖
光敏電阻的使用也非常簡(jiǎn)單，只要將它當(dāng)做普通電阻接入電路，只要根據(jù)電流變化便可
得出電阻的變化，進(jìn)而判斷出光強(qiáng)的變化。
優(yōu)點(diǎn)：成本低廉、可靠性好、測(cè)量準(zhǔn)確。
缺點(diǎn)：暫無(wú)。
4、速度
機(jī)器人自身的行走速度對(duì)于判斷機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和機(jī)器人所在位置非常重要，這里我們
主要討論一下機(jī)器人小車運(yùn)動(dòng)速度的測(cè)量。
機(jī)器人小車依靠電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)輪子來(lái)運(yùn)動(dòng)，因此測(cè)量機(jī)器人小車的速度可以歸結(jié)為測(cè)量驅(qū)
動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。
那么怎么測(cè)量電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速呢？
測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速有很多種方法，比較適合個(gè)人機(jī)器人愛(ài)好者的是光電編碼器。
光電編碼器也有很多種，在個(gè)人機(jī)器人上比較常見(jiàn)的有兩種：一種為反射式，一種為透
射式。（都是我隨口起的名字^_^）
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反射式的基本結(jié)構(gòu)為在電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上加一個(gè)圓形的黑白相間碼盤(pán)（很多都是粘在輪子
上），距離碼盤(pán)很近的距離固定一個(gè)紅外發(fā)射接收一體模塊，利用黑白色對(duì)紅外線的吸收率
不同，紅外線照射到黑色部分時(shí)，大部分被吸收而無(wú)反射信號(hào)；紅外線照射到白色部分時(shí)，
大部分紅外線被反射回來(lái)而產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射信號(hào)。當(dāng)碼盤(pán)隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，紅外接收端的輸出
信號(hào)便是一個(gè)由旋轉(zhuǎn)速度決定頻率的方波。進(jìn)而我們便可知道此時(shí)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。
碼盤(pán)外形圖
透射式檢測(cè)原理與反射式相似。唯一的不同是沒(méi)有上圖中的那種黑白相間的碼盤(pán)，而是
在光柵圓盤(pán)上開(kāi)了一圈小孔，紅外線或可見(jiàn)光的發(fā)射端與檢測(cè)端分別位于光柵圓盤(pán)的兩側(cè)，
同樣是利用光柵圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)以后產(chǎn)生的脈沖信號(hào)來(lái)檢測(cè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。
光柵盤(pán)式光電編碼器原理圖
其實(shí)這兩種傳感器從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)都屬于光電傳感器，這類傳感器的特點(diǎn)是價(jià)格便宜，結(jié)
構(gòu)可靠，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確。缺點(diǎn)是對(duì)于安裝位置要求較高，因此建議大家購(gòu)買(mǎi)電機(jī)時(shí)選擇配備
了光電編碼器的電機(jī)，免去自己安裝可能帶來(lái)的種種問(wèn)題。
檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，除了光電傳感器之外，還有一些利用磁效應(yīng)原理的傳感器，汽車上經(jīng)常
使用這種傳感器，我這里不再詳細(xì)介紹了。
5、地面灰度：
很多人最開(kāi)始做的機(jī)器人小車基本功能就是循線，白色的地板上貼著一條黑線，讓機(jī)器
人小車沿著地面的黑線前進(jìn)。很多機(jī)器人高手都是從類似的作品成長(zhǎng)起來(lái)的。因此有必要介
紹一下檢測(cè)地面灰度的常用傳感器。
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可見(jiàn)光地面灰度檢測(cè)器：所謂的可見(jiàn)光地面灰度檢測(cè)器，就是使用一個(gè)發(fā)光裝置與一個(gè)
光敏電阻搭配，裝在機(jī)器人底部離地面較近的一個(gè)位置上。利用不同顏色對(duì)可見(jiàn)光的吸收程
度不同的原理來(lái)檢測(cè)地面灰度。發(fā)光裝置發(fā)射可見(jiàn)光，照射到不同顏色上面后反射光的強(qiáng)度
會(huì)有一定的差異，根據(jù)光敏電阻的返回值便可知道現(xiàn)在機(jī)器人下面的地面顏色。
一種利用發(fā)光二極管作為發(fā)光裝置的地面灰度檢測(cè)器
我當(dāng)初做的時(shí)候最初是自己弄了個(gè)小燈泡，可是效果不理想，后來(lái)?yè)Q了個(gè)摩托車上的6v
燈泡，效果好多了，就是電池受不了。后來(lái)買(mǎi)了個(gè)與圖中差不多的灰度傳感器，耗電量下來(lái)
的，檢測(cè)效果也還可以，但是還是會(huì)有漏測(cè)的現(xiàn)象，而且容易受到環(huán)境光的干擾。于是后來(lái)
就使用了一種非可見(jiàn)光的檢測(cè)方式。
紅外線地面灰度檢測(cè)器：前面介紹光電編碼器的時(shí)候已經(jīng)提到了，反射式光電編碼器的
碼盤(pán)由黑白相間的條紋組成，利用黑白顏色對(duì)紅外線的吸收程度不同來(lái)檢測(cè)碼盤(pán)的旋轉(zhuǎn)。其
實(shí)如果引申一下，把機(jī)器人巡線的場(chǎng)地看成一個(gè)大碼盤(pán)，其實(shí)也是黑白相間，這樣每當(dāng)機(jī)器
人越過(guò)一條白線，就相當(dāng)于光電編碼器上的碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)最小角度，光電編碼器的輸出高
低電平便會(huì)變化一次。
這種檢測(cè)方式比較準(zhǔn)確，很少出現(xiàn)漏檢的情形，抗干擾能力也比較強(qiáng)，唯一的劣勢(shì)就是
對(duì)傳感器本身的離地間隙要求較高，高一點(diǎn)或矮一點(diǎn)都不行。因此便對(duì)機(jī)器人的工作環(huán)境要
求較高，不平的地面肯定是不行的。
這兩種地面灰度檢測(cè)方式成本都比較低廉，具體采用哪一種便由你自己的確切應(yīng)用來(lái)決
定了。
6、其他
以上這些是我個(gè)人比較熟悉，并且在個(gè)人愛(ài)好者中應(yīng)用比較廣泛的幾種傳感器，微電子
領(lǐng)域的發(fā)展速度是日新月異的，每天都在有各種各樣的新傳感器問(wèn)世，很多以前高不可攀的
傳感器如今也變成了幾塊錢(qián)甚至幾毛錢(qián)一個(gè)，因此經(jīng)常去電子市場(chǎng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，關(guān)注一下最新的傳
感器信息都是必要的。
其他制作個(gè)人機(jī)器人常用的傳感器還有數(shù)字指南針、加速度傳感器等，一般都是用在比
較復(fù)雜的應(yīng)用上，本篇文章的面向?qū)ο笫菧?zhǔn)備制作第一個(gè)機(jī)器人作品的新手朋友們，因此就
不再詳細(xì)介紹了，有興趣的朋友可以自己去了解一下。
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制作機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的一些經(jīng)驗(yàn)
原文鏈接：http://www./mechanics_chassisconstruction.shtml （有刪節(jié)）
譯者：胡泊
設(shè)計(jì)：
當(dāng)我還是一只小菜鳥(niǎo)的時(shí)候，曾經(jīng)有一位大蝦語(yǔ)重心長(zhǎng)的對(duì)我說(shuō)過(guò)：“如果你的機(jī)器人
機(jī)械部分設(shè)計(jì)糟糕，即便你擁有專家級(jí)別的控制與程序，你還是只能得到一臺(tái)糟糕的機(jī)器人 ；
可如果你的機(jī)械部分設(shè)計(jì)合理，即使你的控制系統(tǒng)與程序很差勁，你還是可以說(shuō)制作了一臺(tái)
不錯(cuò)的機(jī)器人。”這條忠告我一直銘記至今。
規(guī)劃：
你是否認(rèn)為擁有前景規(guī)劃的人在生活中更容易獲得成功？是的！制作機(jī)器人也是如此。
在動(dòng)手之前在紙上或是計(jì)算機(jī)里做好規(guī)劃的重要性毋容置疑。比如機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用什
么材料，每一處的連接使用什么規(guī)格的螺絲，每一個(gè)傳感器如何固定——每一個(gè)你可能想到
的問(wèn)題都應(yīng)做好規(guī)劃，這將節(jié)省你的時(shí)間和金錢(qián)，并且你的機(jī)器人最終的結(jié)構(gòu)也將更加完善 。
具體來(lái)說(shuō)，你應(yīng)該畫(huà)出每一個(gè)零件的圖紙，標(biāo)出每一個(gè)要鉆的孔，想好究竟該怎樣把每一個(gè)
零件連接在一起。
幾條忠告——使用盡量少和簡(jiǎn)單的零件。使用更少的零件，意味著你需要準(zhǔn)備的零件就更少 ，
需要設(shè)計(jì)的零件就更少，需要的花費(fèi)就更少。設(shè)計(jì)零件的時(shí)候，要考慮到這個(gè)零件是否易于
加工。不要設(shè)計(jì)沒(méi)有必要或是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，或是你沒(méi)有條件加工的零件。簡(jiǎn)單和少的零
件，意味著你出現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)就越少。
——使用現(xiàn)成的零件。使用現(xiàn)成的零件，意味著你將花費(fèi)更多的金錢(qián)。但是毫無(wú)疑問(wèn)，
現(xiàn)成的零件比你自己設(shè)計(jì)的零件更加可靠。市場(chǎng)上銷售的零件都經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的設(shè)計(jì)與測(cè)試。
這些零件用在你的機(jī)器人上也不會(huì)出太大的問(wèn)題。這也將大幅的節(jié)省你的時(shí)間和精力。而你
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的時(shí)間和精力是無(wú)法用金錢(qián)來(lái)衡量的。你可能花二十小時(shí)制作了一個(gè)功能貧瘠可靠性不高的
電源，實(shí)際上你只要花費(fèi)$20就可以買(mǎi)到更好的成熟產(chǎn)品了。
——不要使用太多的不同規(guī)格的螺釘。我的一個(gè)同事制作機(jī)器人的時(shí)候給他機(jī)器人上
每一個(gè)不同的連接處都使用了不同的螺釘。最后我進(jìn)行拆卸的時(shí)候不得不使用了十種不同的
六角扳手。而我的同事為了制作這個(gè)機(jī)器人也不得不買(mǎi)了十箱螺釘。
框架結(jié)構(gòu)：
框架結(jié)構(gòu)就是你機(jī)器人的主體部分，也就是其他所有零部件的支撐部分。要使用一種重
量輕，剛性好的材料。比如鋁板或聚乙烯。
零部件：
如果你見(jiàn)到我最初三年所制作的機(jī)器人，你一定會(huì)驚訝于為何我的機(jī)器人成本會(huì)如此之
低。畢竟商店里賣(mài)的各種機(jī)器人部件都是價(jià)格不菲。實(shí)際上，幾乎可以這么說(shuō)：你可以在自
己的屋子里找到所有的你所需要的機(jī)器人的機(jī)械部分零件。一般來(lái)講，我的機(jī)器人預(yù)算是這
樣的：電機(jī)大約10~50美元；機(jī)械材料大約20美元；車輪一般大約8美元；其他一些雜項(xiàng)包括
螺栓螺母大約10美元。翻一翻你的舊物，說(shuō)不定會(huì)有意外的驚喜。有時(shí)候也許會(huì)找到一個(gè)好
的舊電機(jī)，不過(guò)想要找到兩個(gè)一模一樣的舊電機(jī)做搭配就比較難了。
固定：
經(jīng)常有一些新手朋友問(wèn)我：“究竟怎樣把各
個(gè)零件固定到機(jī)器人上才好？”必須要明確一
點(diǎn)：不同的零部件都有不同的合適固定方法，如
位置、重量、尺寸、功能等等。一定要具體情況
具體分析。
車輪：
——直徑：選擇輪子時(shí)，首先要考慮扭矩和速度。直徑大的輪子，獲得同等的動(dòng)力輸入
時(shí)，扭矩較低，但轉(zhuǎn)速較高。如果你的電機(jī)動(dòng)力較強(qiáng)勁，則可以選擇直徑較大的輪子。伺服
電機(jī)的輸出扭矩較大，所以輪子的直徑一定要大。如果你的電機(jī)負(fù)載較小，那么可以選擇輪
子的直徑小一點(diǎn)。這樣機(jī)器人的速度會(huì)較低，但是其扭矩足夠使你的機(jī)器人爬上一個(gè)小斜坡 。
還有一個(gè)初學(xué)者經(jīng)常犯得愚蠢錯(cuò)誤，就是輪子直徑等于或是僅僅比電機(jī)大一點(diǎn)，這樣你的機(jī)
器人離地間隙就會(huì)非常小，越過(guò)一些路況不好的路面時(shí)會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的磕碰。
——車輪紋理：車輪紋理對(duì)一些路面來(lái)說(shuō)非常重要。一些初學(xué)者經(jīng)常忽視車輪紋理的選
擇。如果你的車輪表面太光滑，將很難獲得足夠的摩擦力。過(guò)度光滑的輪子在剎車或加速時(shí)
有可能會(huì)打滑。這一點(diǎn)上塑料輪子就不如橡膠輪子表現(xiàn)好。但是如果輪子的摩擦過(guò)大，比如
泡沫材料，則會(huì)影響電機(jī)的效率，并且輪子的磨損也會(huì)比較嚴(yán)重。
——輪子寬度：輪子的寬度不要太寬，否則將會(huì)影響機(jī)器人的靈活性。我曾經(jīng)使用過(guò)2.5
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厘米厚的泡沫輪子，結(jié)果機(jī)器人運(yùn)行的非常差。
——輪子的中心孔徑：最終你要通過(guò)這個(gè)孔來(lái)把電機(jī)軸輸出的動(dòng)力傳遞到輪子。因此這
個(gè)孔徑的選擇要根據(jù)你電機(jī)軸的大小來(lái)決定。
——輪子如何安裝：過(guò)盈配合：如果你的輪子沒(méi)有中心孔，那你就要自己鉆一個(gè)。加工
的時(shí)候一定要確保你所加工出來(lái)的孔是在輪子的中心。加工出來(lái)的孔徑應(yīng)比電機(jī)軸稍微細(xì)一
點(diǎn)點(diǎn)。然后在孔中涂一點(diǎn)強(qiáng)力膠，將電機(jī)軸穿過(guò)輪子的中心孔，使電機(jī)軸與中心孔形成一個(gè)
過(guò)盈配合。
——購(gòu)買(mǎi)途徑：一般飛機(jī)航模的輪子是個(gè)不錯(cuò)的選擇，網(wǎng)上有很多航模的配件商店，有
很多的選擇。你可以自己去搜索一下。
電機(jī)的種類浩如煙海，我這里假設(shè)你的機(jī)器人使用的是最基礎(chǔ)的直流電機(jī)。購(gòu)買(mǎi)電機(jī)的
時(shí)候最好選擇直接配有變速箱的電機(jī)，經(jīng)過(guò)變速箱的動(dòng)力輸出可以使你的機(jī)器人更易于控
制、更有力。我建議你不要嘗試自己去制作電機(jī)的減速系統(tǒng)，這將會(huì)給你帶來(lái)各種各樣非常
多的問(wèn)題。我的第一次嘗試最終也是以失敗告終。我真的不建議你去做這個(gè)嘗試。
電機(jī)：
——普通電機(jī)安裝：不論什么類型的電機(jī)，要固定到你的機(jī)器人底盤(pán)上都需要一個(gè) L
形支架。你可以用一塊有一定厚度的鋁片來(lái)制作。一側(cè)上鉆兩個(gè)孔 ，
用來(lái)利用螺絲將鋁片固定在機(jī)器人底盤(pán)上；另一側(cè)鉆兩個(gè)孔，用來(lái)
利用電機(jī)上的固定孔來(lái)固定電機(jī)。將鋁板折成一個(gè)90度角。這樣一
個(gè)支架就制成了。還有一個(gè)選擇：就是使用現(xiàn)成的 U形鋁，這種鋁
材很容易找到。只要大小合適，再鉆上幾個(gè)合適的孔，就可以很容
易的固定到我的聚乙烯底盤(pán)上。
安裝機(jī)器人電池：
安裝機(jī)器人電池是一件很簡(jiǎn)單的事情。只要你使用的是固態(tài)電池（比如鎳鎘或鎳氫電
池）。最簡(jiǎn)單的固定方法就是用膠或膠帶來(lái)把電池固定在機(jī)器人底盤(pán)上。
電子電路：
將電路板裝在你的機(jī)器人上有時(shí)候
是件很困難的事情。如果你的運(yùn)氣夠好，
買(mǎi)到一塊預(yù)留了螺紋孔的電路板就比較
便于安裝。如果沒(méi)有的話，那么你就要
想辦法自己在電路板上鉆孔，然后使用
螺母與螺桿來(lái)把電子芯片固定在機(jī)器人
底盤(pán)的聚乙烯板上。
安裝你的電子設(shè)備時(shí)要記住一件
事：盡量把你的電路板或其他一些電子設(shè)備安裝在機(jī)器人的高處。因?yàn)檫@些電子設(shè)備大多較
輕，而你應(yīng)當(dāng)盡量使你的機(jī)器人重心靠下。并且如果你的電路板離地太近，那么機(jī)器人在運(yùn)
動(dòng)時(shí)濺起的一些污垢就很容易把電路弄臟。而電機(jī)在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的一些電子信號(hào)也容易對(duì)你
的控制電路產(chǎn)生干擾。
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布置傳感器：
安裝傳感器方面，很難有什么共通的準(zhǔn)則。安裝傳感器最大的困難就是在機(jī)器人上總是
有這樣或那樣的影響傳感器工作的限制。比如傳感器不能離噪音較大的電動(dòng)機(jī)太近；傳感器
可能必須要裝在機(jī)器人的前面或兩側(cè)；并且要有一定得保護(hù)措施，避免碰撞或灰塵也有可能
會(huì)影響傳感器正常工作；如果你做的是一個(gè)巡線機(jī)器人，那么機(jī)器人底部傳感器的離地間隙
必須精確。因此如果想將傳感器安裝在一個(gè)非常合適的地方，你必須利用一些技巧和工具：
螺紋、膠、或是一些自制的支架。
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看看你的實(shí)驗(yàn)室還缺了什么
作者：胡泊
很多朋友都開(kāi)始構(gòu)建自己的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，很多學(xué)校也開(kāi)始為學(xué)生搭建機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室。
下面我就列舉一些機(jī)器人制作中常用的工具，大家快看看自己還缺什么，趕緊去采購(gòu)吧！
一字起：這是機(jī)器人制作中的最基本工具了，用來(lái)擰緊或拆卸一字螺釘，也常用來(lái)調(diào)節(jié)一些
電位器之類的電子元件的強(qiáng)度。
十字起：也是最常用工具，通常用來(lái)擰十字螺釘。有多種型號(hào)，大小不同。
萬(wàn)用表：萬(wàn)用表是電子制作中最不可缺少的工具。分辯電子元件的好壞，測(cè)量電路輸出量的
大小，判斷電路故障的原因，都離不開(kāi)萬(wàn)用表的幫助。
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電烙鐵：手工焊接、修改電路板都離不開(kāi)的電烙鐵
焊錫絲：與電烙鐵搭配完成電路板上的手工焊接
尖嘴鉗：用來(lái)對(duì)小的硬質(zhì)零件進(jìn)行修改的工具。
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剪刀：剪斷電線或是一些薄板，不過(guò)最好是電子制作專用的剪刀，而非一般家用的剪刀
裁紙刀：非常方便的刀具。不過(guò)使用時(shí)一定注意安全哦！
剝皮鉗：給電線剝皮非常的方便。有多個(gè)缺口，可剝多種直徑的電線。
當(dāng)然也有很多人還在用打火機(jī)燒
鑷子：當(dāng)你需要從盒子里撿出一個(gè)小小的電阻或是想往密布元件的電路板上加入一個(gè)元件而
把手指刺破時(shí)，你就會(huì)體會(huì)到鑷子的必要了
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雙面膠：我們布置一些傳感器的時(shí)候，有時(shí)需要不斷的調(diào)整傳感器的位置，以找到一個(gè)最合
適的位置，這時(shí)我們就需要一種又牢固又易于改變的固定裝置。雙面膠是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，
粘強(qiáng)，易于調(diào)整。唯一的缺點(diǎn)就是用后不易清理。
排線：這可是個(gè)好東西，想用幾股便可撕下幾股，顏色也有所區(qū)分，會(huì)給布線帶來(lái)極大的方
便。
接插件：
對(duì)于開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，因?yàn)楹芏鄸|西都要改來(lái)改去，因此如果在電路板上多用一些接插件，可以隨
時(shí)改變線的布置，則會(huì)節(jié)約很多的開(kāi)發(fā)成本。接插件也有很多規(guī)格，雙線的，三線的，甚至
數(shù)十線的，可以根據(jù)自己的需要選用。
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實(shí)驗(yàn)板：又叫面包板、萬(wàn)能板?，F(xiàn)在在實(shí)驗(yàn)階段由于經(jīng)常會(huì)對(duì)電路進(jìn)行改動(dòng)，腐蝕電路板的
做法成本太高。一般都用實(shí)驗(yàn)板搭配電線自己焊接，需要改動(dòng)可以用電烙鐵隨點(diǎn)隨改，十分
方便。
絕緣膠布：現(xiàn)在市場(chǎng)上的絕緣膠布有很多種顏色的，不過(guò)對(duì)于制作機(jī)器人來(lái)說(shuō)，最好還是用
黑色的。因?yàn)闄C(jī)器人上有很多光電傳感器，有時(shí)如果發(fā)現(xiàn)干擾的話，用黑膠布臨時(shí)纏一下也
許會(huì)解決這個(gè)問(wèn)題。
膠棒：受熱后會(huì)熔化，冷卻后重新凝固。可以用來(lái)粘住一些傳感器或元器件，并且容易清理 ，
在發(fā)熱量不大的地方也可做絕緣保護(hù)用。
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電熱涂膠槍：熔化膠棒有的就用電烙鐵，但這樣容易對(duì)電烙鐵造成損害，并且溫度也不好控
制。有條件的朋友可以買(mǎi)一把膠槍，用起來(lái)就方便多了。
IC插座:還在開(kāi)發(fā)中的電路板,由于潛在的設(shè)計(jì)缺陷,很可能會(huì)燒壞板子上的 IC,而這個(gè)時(shí)候如
果你的 IC是焊死在板子上的話,那可就麻煩大了。可如果你是用 IC插座連接在板子上的話，
那就好辦多了。只要把燒壞的 IC拔下來(lái)，重新插一塊上去，一切搞定！
工具包：專為電子開(kāi)發(fā)者設(shè)計(jì)的套裝工具。工具齊全，但是價(jià)格不菲，那些經(jīng)濟(jì)實(shí)力好一些
的朋友可以考慮一下了。
當(dāng)然，我這里列出來(lái)的主要是面對(duì)電子電路方面的，沒(méi)有機(jī)加工所需的器械，那部分投入就
比較大了，未必適合大多數(shù)人。
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項(xiàng) 目 篇
在這一部分，我們精心挑選了一些具有典型意義的機(jī)器人制作實(shí)例，希望這些實(shí)例可以使大
家對(duì)機(jī)器人制作有一個(gè)更加直觀的認(rèn)識(shí)。
瓢蟲(chóng)機(jī)器人——這是最為簡(jiǎn)單的一個(gè)機(jī)器人實(shí)例，甚至沒(méi)有用到控制芯片。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)它也許
不能算是一個(gè)機(jī)器人，但是我們希望它可以給初中生甚至小學(xué)生們一些關(guān)于機(jī)器人制作的啟
發(fā)，因此收錄了進(jìn)來(lái)。
日本愛(ài)好者制作的微型巡線小車——這是一個(gè)非常小巧的機(jī)器人小車，但它實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人競(jìng)
賽中最常見(jiàn)的一個(gè)項(xiàng)目：巡線。是非常有趣的一個(gè)機(jī)器人作品。
如何制作你的第一個(gè)機(jī)器人——這篇文章介紹的機(jī)器人作品是在國(guó)外網(wǎng)站上非常受推崇的
一個(gè)入門(mén)級(jí)作品。它的英文名字就叫做“Start here”，希望你看了這個(gè)作品后也可以“Start
here”。
基于筆記本電腦的移動(dòng)機(jī)器人——也許有些機(jī)器人愛(ài)好者對(duì)嵌入式開(kāi)發(fā)并不熟悉，反而對(duì)
PC平臺(tái)編程了解更多一些，那么這個(gè)作品將非常適合你，它只用了一臺(tái)筆記本，兩個(gè)攝像
頭和一個(gè)移動(dòng)平臺(tái)就組成了一臺(tái)移動(dòng)機(jī)器人。
一個(gè) BEAM四足機(jī)器人的制作過(guò)程——很多人并不滿足于制作一臺(tái)機(jī)器人小車，他們希望
可以做一些更有挑戰(zhàn)性的項(xiàng)目，比如一個(gè)六足機(jī)器人。這個(gè)作品是一個(gè)最簡(jiǎn)單的六足機(jī)器人 ，
簡(jiǎn)單到僅僅使用了兩個(gè)舵機(jī)。
用 Arduino控制的三輪小車——Arduino是近幾年非?；鸬拈_(kāi)源項(xiàng)目，很多的電子發(fā)燒友都
依靠易于上手的 Arduino開(kāi)發(fā)板做出了自己的項(xiàng)目。我們這里給大家介紹一位國(guó)內(nèi)愛(ài)好者用
Arduino制作的三輪小車平臺(tái)。
國(guó)內(nèi)機(jī)器人愛(ài)好者的作品——目前網(wǎng)絡(luò)上可以找到的機(jī)器人制作實(shí)例多為國(guó)外發(fā)燒友的作
品，而這篇文章中所介紹的則全是國(guó)內(nèi)一位機(jī)器人愛(ài)好者的作品，希望能有更多的國(guó)人參與
到機(jī)器人活動(dòng)中來(lái)。
你也可以登陸機(jī)器人天空網(wǎng)站精選項(xiàng)目欄目：http://www.robotsky.com/XiangM/ 更多的機(jī)
器人制作實(shí)例。
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瓢蟲(chóng)機(jī)器人制作教程
原文鏈接：http://www./id/How-to-Build-a-Robot-The-BeetleBot-v2-Revisite/
作者：Jerome Demers
譯者：胡泊
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第一步： 準(zhǔn)備零件
零件清單：
2個(gè) 1.5V的電機(jī)
2個(gè)碰撞開(kāi)關(guān)（帶有金屬絲制成的杠桿臂）
2節(jié)AA電池
2個(gè)連接接頭
1個(gè)電池盒
1個(gè)塑料或木頭的珠狀物
1片 3厘米×8厘米的鋁片
1個(gè)控制機(jī)器人開(kāi)動(dòng)的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)
大小不等的回形針
2英尺導(dǎo)線
熱縮管
絕緣膠布
用來(lái)制作機(jī)器人外殼的圓形塑料蓋子
自噴漆
膠水
2個(gè)用來(lái)固定外殼的磁鐵
電機(jī)只要 1.5V的，千萬(wàn)不要弄一個(gè) 3V或者 12V的！
每個(gè)電機(jī)都靠單獨(dú)的一節(jié) AA電池來(lái)驅(qū)動(dòng)，如果電機(jī)需要的電壓太高，將很快耗干電池中的
電量。
制作過(guò)程中可能會(huì)需要的一些工具：
護(hù)目鏡
烙鐵
噴膠槍
電線剝皮器
剪刀
小刀
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第二步：碰撞開(kāi)關(guān)
碰撞開(kāi)關(guān)將是這個(gè)作品中非常重要的部分，它將起到傳感器和控制器的作用。
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注意看上面的電路圖，碰撞開(kāi)關(guān)閉合和張開(kāi)的時(shí)候電機(jī)將獲得不同的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。
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第三步：將碰撞開(kāi)關(guān)固定到電池盒上
應(yīng)該像下面圖中示意來(lái)排布碰撞開(kāi)關(guān)，這樣可以避免在舊設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的卡死現(xiàn)象。
圖 1：圖示引腳可以連接在一起
第四步：輪胎
這一步很重要，不能直接將電機(jī)的輸出軸作為輪胎來(lái)使用。必須將熱縮管套在電機(jī)的輸
出軸上來(lái)代替輪胎，并且要靠熱量來(lái)使熱縮管收縮，我是靠膠槍來(lái)做到的，其實(shí)電烙鐵的尖
端也可以。
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第五步：電機(jī)座
這里我們制作一個(gè)電機(jī)座，而不是直接把電機(jī)粘到電池盒上，這樣可以使我們的機(jī)器人
看起來(lái)更專業(yè)一點(diǎn)。
將你的鋁板裁成 3厘米×8厘米的一條，當(dāng)然這個(gè)尺寸并不要求非常精確。
很多廢舊的電子設(shè)備中都有這類鋁板，你大可從舊貨中淘出來(lái)一塊合適的。
第六步：將電機(jī)固定在電機(jī)座上
注意圖中的示意，我是用絕緣膠布來(lái)將電機(jī)固定在電機(jī)座上的，然后直接將電機(jī)座固定
在電池盒上。
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第七步：后輪
你需要一個(gè)大回形針和一顆珠子。這個(gè)珠子類似于項(xiàng)鏈上的珠子形狀。
當(dāng)然這顆珠子并非必須，你甚至可以只用光禿禿的回形針來(lái)給機(jī)器人提供支撐。
然后將回形針固定到電池盒上。
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第八步：焊接碰撞開(kāi)關(guān)（1）
下面我們開(kāi)始焊接。
注意下面的示意圖，我用一枚小的回形針來(lái)連接碰撞開(kāi)關(guān)的中間兩個(gè)引腳。
我使用了一些黑色絕緣膠布將電機(jī)座的鋁片纏住，這樣看起來(lái)更漂亮一點(diǎn)。
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第九步：焊接碰撞開(kāi)關(guān)（2）
將電機(jī)與碰撞開(kāi)關(guān)連上。
第十步：第三次焊接（1）
將兩個(gè)電機(jī)如圖示連接起來(lái)
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第十一步：第三次焊接（2）
這一步是瓢蟲(chóng)機(jī)器人最核心和最重要的步驟。
你的電池盒可以輸出 3V電壓，但實(shí)際上我們只需要 1.5V。
那么怎么得到一半的電壓呢？很簡(jiǎn)單，照著我的圖來(lái)焊接就可以了。
往電池盒上焊接時(shí)尤其要小心，電烙鐵很容易就使電池盒融化掉！
第十二步：能量
下面準(zhǔn)備將電源輸給電機(jī)，在電池盒上輸出兩根線：一根紅色，一根黑色，紅色為電池
正極，黑色為負(fù)極。
焊接完成后進(jìn)行測(cè)試：
將電池放入電池盒中；
兩個(gè)電機(jī)應(yīng)該都開(kāi)始旋轉(zhuǎn)；
按下左邊的碰撞開(kāi)關(guān)，左邊電機(jī)應(yīng)該反轉(zhuǎn)；
按下右邊的碰撞開(kāi)關(guān)，右邊電機(jī)應(yīng)該反轉(zhuǎn)。
下一步準(zhǔn)備觸角。
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第十三步：觸角支架
這是這個(gè)作品中最酷的設(shè)計(jì)了，機(jī)器人長(zhǎng)長(zhǎng)的觸角無(wú)疑將給機(jī)器人的搬運(yùn)帶來(lái)麻煩，而
我的設(shè)計(jì)可以使你輕松的拆下機(jī)器人那長(zhǎng)長(zhǎng)的觸角，這樣可以便于攜帶。
記得要把插頭的固定端捏扁，這樣才可以牢固的固定在碰撞開(kāi)關(guān)上。
第十四步：將觸須裝在機(jī)器人上
用回形針來(lái)制作機(jī)器人的觸須。
為了使觸須更牢固一點(diǎn)，我用了熱縮管來(lái)加固。
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第十五步：加裝電源開(kāi)關(guān)
機(jī)器人現(xiàn)在應(yīng)該已經(jīng)可以四處遍歷和避障了。
如果想讓機(jī)器人停下來(lái)，你不得不將電池取出，這當(dāng)然很麻煩，其實(shí)只要加一個(gè)簡(jiǎn)單的
開(kāi)關(guān)就可以解決了。
第十六步：做一個(gè)外殼（1）
機(jī)器人的外殼可以使用任何你手邊的塑料容器來(lái)制作。
我使用的是一個(gè)透明的塑料帽，在它外沿切出幾個(gè)缺口來(lái)容納電機(jī)和觸須。
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第十七步：做一個(gè)外殼（2）
塑料帽的外形不十分圓，看起來(lái)并不美觀，我用填補(bǔ)玻璃縫的油灰來(lái)給它修補(bǔ)一下。
首先要用銼來(lái)把塑料制品的表面磨粗糙，這樣油灰可以更牢固的附著在上面。每次油灰
一凝固我就馬上用銼來(lái)修補(bǔ)形狀并使表面粗糙，然后繼續(xù)填補(bǔ)油灰，直到得到我想要的形狀 。
如果你找不到油灰，那么也可以使用一些環(huán)氧膠水，只不過(guò)每次涂完膠水必須放置 24
小時(shí)才可以用銼來(lái)修整形狀，這將耗去你很長(zhǎng)時(shí)間。
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第十八步：做一個(gè)外殼（3）
外形修琢好之后，就可以噴漆了，噴好黑色的底漆之后粘上幾個(gè)圓形的紙片來(lái)預(yù)留黑色
的圓孔。
第十九步：外殼上色
用你想要的顏色來(lái)給外殼噴漆。
噴的時(shí)候要注意自噴漆要離外殼 20cm左右，每次噴一層然后晾干，要多噴幾層。
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第二十步：完成
完成了嗎？
不，還差一點(diǎn)，你需要把外殼固定在機(jī)器人上。
為了將外殼固定在機(jī)器人上，你可以直接用膠水粘住，或者用磁鐵：一塊磁鐵粘在外殼
里面，一塊固定在電池盒上。
我將固定電機(jī)的黃色膠帶涂成了黑色，機(jī)器人的觸須也被我涂成了黑色，這樣機(jī)器人看
起來(lái)就漂亮多了。
恭喜，機(jī)器人瓢蟲(chóng)完成了！
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日本愛(ài)好者制作的微型巡線小車
原文鏈接：http://robotechno.us/super-tiny-line-follower-robot.html
譯者：Jing Chen
巡線（Line Following）小車比賽就是眾多機(jī)器比賽中的一種。這種比賽是以小車在線
上的運(yùn)行速度大小來(lái)決出勝負(fù)的。筆者自己制作了一個(gè)很小的（體積還不到一般巡線小車的
五分之一）能夠在桌面上運(yùn)行的巡線小車。如圖一所示：
圖一：巡線小車
關(guān)于巡線小車
巡線小車是沿著桌面上的線運(yùn)行，且具有自我操控的功能。其基本的操作有：
（1）利用小車前端的圖像傳感器來(lái)捕捉線的位置。大多數(shù)參賽者都會(huì)使用幾個(gè)圖像反射器
來(lái)進(jìn)行圖像處理，而少數(shù)具有領(lǐng)導(dǎo)能力的參賽者使用的是圖像傳感器來(lái)進(jìn)行圖像處理。另外 ，
對(duì)線的感應(yīng)過(guò)程還需要高分辨率和高魯棒性（即系統(tǒng)的健壯性）。
（2）利用操控機(jī)制來(lái)控制小車追蹤線。這僅僅是一個(gè)伺服操作（以機(jī)械位置或角度作為控

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