正版 小型智能机器人制作全攻略 [美]戈登·麦库姆 人民邮电出版社

第一部分　机器人制作中的科学与技术　1

第1章　欢迎来到机器人的精彩世界　2
1.1　制作机器人的乐趣　2
1.2　为什么制作机器人　3
1.2.1　机器人技术是现代科技的基石　3
1.2.2　机器人技术可以作为职业生涯的一块敲门砖　4
1.2.3　机器人救援技术　4
1.2.4　最重要的一点，机器人实在是太好玩了　4
1.3　模块化制作方式　4
1.4　成本更低，机器人更好　5
1.5　需要掌握的技术　5
1.5.1　电子学背景　6
1.5.2　编程经验　7
1.5.3　机械经验　7
1.5.4　手工技能　7
1.5.5　两个非常重要的技能　7
1.6　自制、套件或者成品　8
1.6.1　自己制作　8
1.6.2　成品机器人　8
1.6.3　套件或零件　8
1.6.3.1　VE×机器人设计系统　9
1.6.3.2　Lynxmotion舵机制作套件　9
1.6.3.3　Bioloid机器人套件　9
1.6.3.4　Pitsco/FIRST机器人FTC套件　9
1.6.4　与你的技能相称的项目　10
1.7　像机器人设计师那样思考　10

第2章　机器人的构造　11
2.1　固定与移动式机器人　11
2.2　自动与遥控式机器人　12
2.3　人工与自主机器人　13
2.4　那么，机器人到底是什么　13
2.5　机器人的身体　14
2.5.1　机器人的尺寸、形状和样式　14
2.5.1.1　乌龟或桌面机器人　14
2.5.1.2　小车机器人　15
2.5.1.3　步行机器人　15
2.5.1.4　手臂和夹持器　16
2.5.1.5　机器人和类人型机器人　16
2.5.2　骨骼结构　17
2.5.3　骨头和肉——木头、塑料或金属　18
2.6　运动系统　19
2.6.1　车轮　19
2.6.2　履带　20
2.6.3　腿　20
2.7　动力系统　21
2.7.1　电池的种类　21
2.7.2　其他动力来源　21
2.8　传感器　21
2.8.1　触觉　22
2.8.2　光线和声音　22
2.8.3　嗅觉和味觉　23
2.8.4　遥感　23
2.8.5　倾斜、运动、定位　23
2.9　输出设备　23
2.10　“机器人”名称的由来　24

第3章　准备材料　25
3.1　电子配套材料商店　25
3.2　在线电子经销商　26
3.3　使用FindChips.com查找元件　26
3.4　专业在线机器人零售商　27
3.5　业余爱好和模型商店　27
3.6　工艺用品商店　27
3.7　五金和家装材料商店　28
3.8　电子制造商的样品　28
3.9　上网查找你需要的材料　29
3.10　有计划的一次性采购　29
3.11　令人难忘的剩余物资商店　30
3.12　从专业商店购买材料　30
3.13　回收：利用现有资源　31
3.14　做事情有条理　32
3.14.1　小材料的收纳柜　32
3.14.2　大型储存柜　33
3.14.3　工具箱和背包　33
3.14.4　保管好你的存货清单　33
3.14.5　特别的储存方案　34

第二部分　制作机器人　35

第4章　安全第一(永远放在首位)　36
4.1　操作安全　36
4.2　电池安全　37
4.3　焊接安全　37
4.4　防火安全　37
4.5　防止静电损害　38
4.5.1　静电放电的问题　38
4.5.2　使用防静电腕带　38
4.5.3　保存静电敏感元件　39
4.5.3.1　合适的服装可以减小静电　39
4.5.3.2　使用接地的焊接工具　40
4.6　用电安全　40
4.7　急救　40
4.7.1　眼睛伤害的急救　40
4.7.2　电击伤害的急救　41
4.8　利用常识，并享受你的爱好　41

第5章　制作机器人的身体——基本知识　42
5.1　选择合适的制作材料　42
5.1.1　木头　43
5.1.2　塑料　43
5.1.3　金属　44
5.1.4　轻质复合材料　45
5.2　评论：选择正确的材料　45
5.3　用“身边”的材料制作机器人　46
5.4　制作机器人的基本工具　46
5.4.1　卷尺　46
5.4.2　螺丝刀　47
5.4.3　锤子　47
5.4.4　钳子　47
5.4.5　钢锯　47
5.4.6　电钻　48
5.4.7　钻头　48
5.4.8　螺丝批头　49
5.4.9　雕刻刀　49
5.4.10　套筒螺丝刀　49
5.5　可选工具　49
5.6　五金用品　50
5.6.1　螺丝和螺母　50
5.6.2　垫片　50
5.6.3　支架　50
5.7　准备一个工作室　51

第6章　机械加工技术　52
6.1　重中之重：眼镜与耳朵的保护　52
6.2　计划、起草、测量、标记　52
6.3　材料的钻孔　53
6.3.1　选择正确的钻头　53
6.3.2　选择合适的速度　54
6.3.3　保养好钻头的卡盘　54
6.3.4　控制钻孔的深度　55
6.3.5　钻孔的垂直校正　56
6.3.6　使用夹具和台钳　56
6.3.7　钻孔窍门　56
6.4　材料的切割　57
6.4.1　注意安全　57
6.4.2　使用锯的窍门　58
6.4.3　限制切割深度　58
6.4.4　其他金属切割方法　59
6.5　使用手持电动工具　59
6.5.1　工具的安全　59
6.5.2　工具的保养　60
6.5.3　使用常识　60
6.6　使用气动工具提高工作效率　60

第7章　木头的加工　61
7.1　硬木和软木的区别　61
7.2　木板与胶合板　61
7.2.1　使用胶合板　62
7.2.2　使用木板　63
7.2.3　常见木板规格　63
7.2.4　中密度纤维板　63
7.3　木工技巧　64
7.3.1　切割一个底盘　64
7.3.1.1　多边形底盘的加工　64
7.3.1.2　去除更多的角　65
7.3.1.3　制作轮框　66
7.3.2　框架的切割　67
7.3.2.1　正确的测量　68
7.3.2.2　组装框架　68
7.3.3　木头的钻孔　69
7.3.3.1　使用垫板　69
7.3.3.2　调节钻孔的速度　69
7.3.4　木头的打磨　70
7.3.4.1　粗磨和休整　70
7.3.4.2　砂纸　70
7.3.4.3　油漆　70

第8章　制作木制结构的移动平台　71
8.1　制作底盘　71
8.1.0　切割和钻孔　72
8.2　安装电动机　73
8.3　安装车轮　74
8.4　安装球形万向轮　75
8.5　PlyBot的使用　75
8.6　其他方式　76

第9章　塑料的加工　77
9.1　常见塑料的种类　77
9.2　最适合用于机器人的塑料　78
9.3　哪里去买塑料　79
9.4　硬质发泡PVC的特性　79
9.4.1　发泡PVC的优点　79
9.4.2　选择板材的厚度　80
9.5　怎么切割塑料　80
9.5.1　裁切技巧　81
9.5.2　用锯切割　81
9.6　怎么给塑料钻孔　82
9.6.1　先定位再扩孔　82
9.6.2　电动工具的转速　82
9.7　制作塑料底盘　82
9.7.1　参考木制底盘的设计　83
9.7.2　直线切割制作底盘　83
9.8　制作塑料框架　84
9.9　如何使塑料弯曲定型　85
9.10　如何将塑料的边沿打磨光滑　85
9.11　如何黏合塑料　85
9.11.1　使用液状黏合剂　86
9.11.2　使用家用黏合剂　86
9.12　使用热胶枪加工塑料　87
9.13　如何给塑料上漆　87
9.14　家用塑料制品制作机器人　87

第10章　制作塑料结构的移动平台　89
10.1　制作底盘　89
10.2　安装电动机　91
10.3　安装车轮　92
10.4　安装球形万向轮　92
10.5　使用PlastoBot　92
10.6　更改PlastoBot的设计　93

第11章　金属的加工　95
11.1　适合制作机器人的金属种类　95
11.1.1　铝　95
11.1.2　钢　95
11.1.3　铜　96
11.1.4　锌和锡　96
11.2　测量金属的厚度　96
11.3　什么是热处理　97
11.4　哪里去买金属材料　98
11.5　机器人常用金属　98
11.6　家装商店里的金属材料　99
11.6.1　铝型材　99
11.6.2　加强板　99
11.6.3　钢管和角铁　100
11.6.4　EMT管子　100
11.7　工艺和业余爱好商店里的金属材料　101
11.8　金属加工技术　101
11.8.1　切割底盘　102
11.8.2　切割厚金属板　103
11.8.3　切割薄金属板　103
11.8.4　切割框架　103
11.8.4.1　使用短锯和斜锯架　104
11.8.4.2　制作箱式框架　104
11.8.5　给金属钻孔　104
11.8.5.1　冲定位坑　105
11.8.5.2　使用钻孔油　105
11.8.5.3　使用钻床　105
11.8.5.4　给金属攻丝　105
11.8.6　弯曲金属　106
11.8.7　修整金属　107
11.8.7.1　使用金属锉　107
11.8.7.2　使用砂纸　107
11.8.7.3　金属上漆　108

第12章　制作金属结构的移动平台　109
12.1　制作底盘　109
12.1.1　准备材料　110
12.1.2　钻孔　111
12.1.3　组装条带和钉接板　112
12.1.4　安装舵机支架　112
12.1.5　安装万向轮　113
12.1.6　安装舵机和车轮　113
12.2　使用TinBot　114

第13章　装配技术　115
13.1　螺丝、螺母和其他紧固件　115
13.1.1　紧固件的尺寸　116
13.1.1.1　英制　116
13.1.1.2　公制　116
13.1.2　木螺丝和金属自攻螺丝　116
13.1.3　螺丝头部的样式　117
13.1.4　螺丝刀的样式　117
13.1.5　螺母　118
13.1.6　垫片和它们的用法　118
13.1.7　紧固件的材料　119
13.1.8　紧固件的购买　119
13.1.9　攻出螺纹　120
13.2　支架　120
13.2.1　镀锌钢板支架　120
13.2.2　塑料支架　121
13.3　黏合剂的选择和使用　121
13.3.1　接合与定型　122
13.3.2　家用胶水　122
13.3.2.1　PVAc(聚醋酸乙烯)　122
13.3.2.2　硅酮　122
13.3.2.3　接触黏合剂　122
13.3.2.4　液状黏合剂　123
13.3.3　使用家用胶水　123
13.3.4　双份环氧树脂黏合剂　123
13.3.4.1　环氧树脂特别在哪里　123
13.3.4.2　使用双份环氧树脂　124
13.3.5　你、机器人和超级胶水　124
13.3.6　使用热熔胶　125
13.3.7　用夹具或胶带固定好接合部位　125
13.3.8　接合加固的方法　126
13.3.9　总结：选择合适的胶水　127

第14章　快速成型法　128
14.1　选择轻量机器人材料　128
14.1.1　加厚硬纸板，就是它　128
14.1.2　空心塑料板　129
14.1.3　泡沫塑料板　129
14.1.4　建筑泡沫　129
14.1.5　相框牛皮纸板　130
14.2　基底板的切割和钻孔　130
14.2.1　使用小刀进行切割　131
14.2.2　使用纸板切割器　131
14.3　使用临时紧固件辅助快速成型　131
14.3.1　搭扣紧固件　132
14.3.2　塑料扎带　133
14.3.3　胶带　133
14.3.4　双面胶带　133
14.3.5　电缆夹具　134
14.3.6　可用于快速成型的各种黏合剂　134

第15章　用计算机辅助设计机器人的草图　135
15.1　规划钻孔和切割的布局　135
15.1.1　手工设计布局　135
15.1.1.1　直接绘制　135
15.1.1.2　使用纸模板　136
15.1.1.3　制作多个零件　136
15.1.1.4　使用复写纸和划线器　136
15.1.2　用计算机图形程序设计布局　137
15.1.2.1　矢量图是最佳的选择　137
15.1.2.2　使用Inkscape设计机器人　137
15.1.3　用低成本CAD程序设计布局　138
15.1.3.1　CAD的优点　139
15.1.3.2　基本CAD功能　140
15.2　矢量图形的格式　140
15.3　使用激光切割服务　141
15.4　金属与塑料零件的快速成型　142

第16章　用玩具制作高科技机器人　143
16.1　Erector制作套件　143
16.2　慧鱼(Fischertec-hnik)　144
16.3　KNE×　144
16.4　其他值得一试的制作套件　145
16.4.1　Inventa　145
16.4.2　Zoob　145
16.4.3　Zometool　145
16.4.4　值得纪念的制作玩具　145
16.5　元件拼插式制作　146
16.5.1　建立永久性的连接　146
16.5.2　用拼接零件组装模块　147
16.6　改装机器人的特制玩具　147
16.6.1　田宫　147
16.6.2　OWIKIT和MOVITS　148
16.7　把玩具车改装成机器人　148
16.7.1　机动车辆　149
16.7.2　使用车辆里面的零件　150
16.7.3　零件的重新组装　150

第17章　用身边的材料制作机器人　152
17.1　几个寻找可用材料的思路　152
17.2　尝试“免切割”金属底盘的设计　153
17.2.1　迷你T-BOT简介　153
17.2.2　制作迷你T-BOT　154
17.2.3　使用大号T型铁制作大机器人　155
17.2.4　木头加强用的金属片　155
17.2.4.0　更多思路　156
17.3　使用木头和塑料样品　157
17.4　注意观察多动脑　157

第三部分　动力、电动机和运动 　159

第18章　电池大全　160
18.1　动力概述　160
18.2　适用于机器人的电池　161
18.2.1　碳-锌电池　161
18.2.2　碱性电池　161
18.2.3　可充电碱性电池　161
18.2.4　镍-镉电池　161
18.2.5　镍金属氢化物电池　162
18.2.6　锂离子电池　162
18.2.7　密封式铅-酸电池(SLA)　162
18.2.8　应该选择哪种电池　163
18.3　了解电池的参数　163
18.3.1电压　163
18.3.1.1　名义上的(“标称”)电压　163
18.3.1.2　电压下降的问题　164
18.3.2　容量　165
18.3.2.1　用安时表示容量　165
18.3.2.2　预留出一定容量　165
18.3.2.3　过放电的危害　165
18.3.2.4　小电池的容量　166
18.3.3　了解电池的内阻　166
18.3.4　了解电池的充电参数　167
18.4　给电池充电　167
18.5　机器人电池一览　167
18.6　常见的电池尺寸　167
18.7　增加电池的额定值　169

第19章　机器人的动力系统　170
19.1　电源和电池的电路符号　170
19.2　使用预制电池组　171
19.2.1　使用模型预制的电池组　171
19.2.2　镍镉或镍氢电池　171
19.3　制作你自己的可充电电池组　172
19.4　使用电池和电池仓　173
19.4.1　将电池仓安装在机器人上　173
19.4.2　9V电池卡扣和电池卡子　174
19.4.3　用电池仓实现“中间”电压　174
19.5　最好的电池布局　175
19.6　电池和机器人的连接　175
19.7　预防电池反接　176
19.7.1　结构互锁式连接　176
19.7.2　电路反接保护　177
19.8　在线资源：如何给电池仓或插墙式稳压电源焊接桶形插头　177
19.9　加入熔丝保护　177
19.10　提供多组电压　178
19.10.1　单电池、单电压　178
19.10.2　单电池、多组电压　179
19.10.3　多组电池、多组电压　179
19.10.4　多组电池、分组电压　179
19.11　调整电压数值　180
19.11.1　使用硅二极管降压　180
19.11.2　稳压二极管的电压调整　181
19.11.3　线性稳压器　182
19.11.4　开关式稳压电源　183
19.11.5　使用多组电压调整　184
19.12　处理电力不足的问题　185
19.13　电池电压监视器　185

第20章　让机器人动起来　186
20.1　选择一种运动系统　186
20.2　轮式运动　187
20.2.1　差速运动　187
20.2.2　车式转向　188
20.2.3　三轮车式转向　189
20.2.4　全方位转向　189
20.2.4.1　全方位转向是如何实现的　190
20.2.4.2　其他结构的全方位转向　191
20.3　履带式运动　191
20.4　腿式运动　192
20.5　其他运动方式　193
20.6　在线资源：控制机器人的重量　194

第21章　选择正确的电动机　195
21.1　交流电动机还是直流电动机　195
21.2　连续旋转还是步进电动机　196
21.3　舵机　196
21.4　电动机参数　197
21.4.1　工作电压　197
21.4.2　电流消耗　197
21.4.3　转速　198
21.4.4　转矩　198
21.4.5　失速或额定转矩　199
21.4.6　判断电动机的转矩　199
21.5　测量电动机的电流消耗　200
21.5.1　直接测量电动机电流　200
21.5.2　间接测量电动机的电流　202
21.6　处理电压下降的问题　202
21.7　消除电噪声　203

第22章　使用直流电动机　205
22.1　直流电动机的原理　205
22.1.1　永磁直流电动机：经济实惠，使用方便　205
22.1.2　转向可逆　206
22.2　评论直流电动机的参数　207
22.3　控制直流电动机　207
22.4　用开关控制电动机　207
22.4.1　用开关实现简单的开/关控制　208
22.4.2　用开关控制转向　208
22.5　用继电器控制电动机
22.5.1　继电器的内部结构　209
22.5.2　简单的继电器开关控制　210
22.5.3　用继电器控制方向　210
22.5.4　创建一个继电器半桥　211
22.5.5　继电器的额定电流　212
22.5.6　简易继电器驱动电路　212
22.6　用双极型晶体管控制电动机　213
22.6.1　基本的晶体管电动机控制　214
22.6.2　双向晶体管控制　215
22.7　用功率场效应晶体管控制电动机　215
22.7.1　基本的MOSFET电动机开关　216
22.7.2　使用场效应晶体管的电动机H桥　216
22.7.3　常见晶体管H桥的设计要点　217
22.8　用双向模块控制电动机　218
22.8.1　使用L293D和754410电动机驱动IC　219
22.8.2　附加项目：使用L298电动机驱动IC　220
22.8.3　“智能”双向电动机控制模块　220
22.9　控制直流电动机的速度　221
22.9.1　不应该采取的方法　221
22.9.2　基本速度控制　221
22.10　附加项目：电动机控制模块的接口电路　222

第23章　使用舵机　223
23.1　遥控舵机的工作原理　223
23.1.1　内部结构　224
23.1.2　旋转限位　225
23.2　R/C舵机的控制信号　225
23.2.1　脉冲同样控制着速度　226
23.2.2　脉冲宽度范围的变化　226
23.3　电位器的作用　227
23.4　特殊用途的舵机类型和尺寸　227
23.5　齿轮机构和输出力度　227
23.6　输出轴的轴衬或轴承　228
23.7　典型舵机参数　228
23.8　连接器的类型和配线　229
23.8.1　连接器的类型　229
23.8.2　引出线　230
23.8.3　彩色编码　230
23.8.4　用排插配合连接器　230
23.9　模拟与数字舵机　231
23.10　舵机的控制电路　231
23.10.1　用单片机控制舵机　232
23.10.2　使用串行舵机控制器　233
23.10.3　附加项目：使用LM555时基IC控制舵机，以及更多方法　233
23.10.4　使用超过7.2V的电压　233
23.10.5　处理和避免“死区”问题　233
23.11　使用连续旋转的舵机　234
23.12　把标准舵机改造成可以连续旋转的舵机　234
23.12.1　改造舵机的方法　235
23.12.2　基本改造说明　235
23.12.3　你需要的工具　235
23.12.4　选择要改造的舵机　236
23.12.5　改造HITEC HS-422的步骤　236
23.12.6　改造FUTABA S3003舵机的步骤　238
23.12.7　测试改造好的舵机　238
23.12.8　改造舵机的局限性　238
23.13　用舵机控制传感器转台　239

第24章　安装电动机和车轮　240
24.1　安装直流电动机　240
24.1.1　使用安装孔　240
24.1.2　使用自带的底座　241
24.1.3　使用支架　241
24.1.3.1　金属支架　242
24.1.3.2　木头或塑料支架　242
24.1.3.3　使用夹具　243
24.2　用铝槽管安装和校准电动机的位置　243
24.3　安装R/C舵机　243
24.3.1　用螺丝安装舵机　244
24.3.1.1　特制的舵机安装板　244
24.3.1.2　只做你自己的舵机安装板　244
24.3.1.3　舵机的“支撑”式安装支架　245
24.3.2　用黏合剂固定舵机　245
24.4　在轴上安装传动元件　245
24.4.1　压接　245
24.4.2　螺丝固定　246
24.4.3　专门设计的互锁机构　246
24.4.4　舵盘　246
24.4.5　黏合剂　246
24.5　车轮与直流减速电动机的安装　246
24.5.1　使用配套的电动机和车轮　247
24.5.2　制作定制车轮　247
24.5.2.1　车轮和固定螺丝　247
24.5.2.2　使用法兰盘　248
24.6　车轮与舵机的安装　248
24.6.1　和舵机配套的车轮　248
24.6.2　制作和舵机配套的车轮　248
24.7　给舵机安装联动机构　249
24.7.1　控制直线运动　250
24.7.2　增加润滑　250
24.8　机器人的传动元件　250
24.9　使用刚性和柔性轴连器　252
24.9.1　购买现成的轴连器　252
24.9.2　制作你自己的刚性轴连器　253
24.9.2.1　用管型材制作轴连器　253
24.9.2.2　用立柱或螺纹接头制作轴连器　254
24.9.3　制作你自己的柔性轴连器　255
24.10　不同轴型的用法　255
24.11　你需要了解的一些齿轮方面的知识　256
24.11.1　齿轮入门　256
24.11.2　齿轮是圆形的杠杆　257
24.11.3　建立齿轮减速　257
24.11.4　齿轮齿的种类　258
24.11.5　常见齿轮规格　259
24.11.6　使用带有减速齿轮的电动机　259
24.11.7　哪里可以找到齿轮　259

第25章　用形状记忆合金控制机器人的运动　261
25.1　形状记忆合金与机器人技术　261
25.2　形状记忆合金基础知识　261
25.3　使用形状记忆合金　262
25.3.1　终结器　262
25.3.2　力矩偏置　263
25.3.3　控制电路　263
25.4　用单片机控制形状记忆合金　264
25.5　试验SMA机械装置　266
25.6　使用现成的SMA机械装置　266

第四部分　常见机器人项目 　269

第26章　制作轮式和履带式机器人　270
26.1　轮式机器人的基本设计原则　270
26.1.1　驱动电动机的设计　270
26.1.1.1　中置驱动电动机的安装　270
26.1.1.2　前置驱动电动机的安装　271
26.1.2　选择合适的车轮　271
26.1.2.1　车轮的材料　272
26.1.2.2　车轮的直径和宽度　272
26.1.2.3　车轮布局和转弯半径　273
26.1.3　了解车轮牵引　273
26.1.4　用车轮直径计算机器人的行驶速度　274
26.1.5　轮式机器人的支撑脚轮和滑垫　274
26.1.5.0　正确的使用脚轮　276
26.2　双电动机的BasicBot　276
26.2.1　制作BasicBot　277
26.2.2　添加第二层底盘　278
26.2.3　使用效率更高的电动机　278
26.3　附加项目：双层RoverBot　278
26.4　制作4WD机器人　279
26.4.1　单独电动机或连接式驱动　279
26.4.1.1　制作一个单独电动机的4WD机器人　280
26.4.1.2　制作一个连接式的4WD 机器人　281
26.5　制作坦克式机器人　281
26.5.1　寻找合适的坦克履带　282
26.5.2　使用柔性橡胶履带的机器人　282
26.5.3　使用田宫的履带和车轮套件　283
26.5.3.1　制作一个多用途的履带式机器人底盘　283
26.5.3.2　组装侧轨　285
26.5.3.3　安装直流齿轮减速电动机　286
26.5.3.4　组装履带　286
26.5.3.5　替换FA-130电动机　287
26.5.3.6　可选方案：使用舵机　287
26.5.3.7　添加第二层底盘　287
26.5.4　履带式机器人的操控　287
26.5.5　橡胶履带的特别注意事项　288
26.5.6　使用塑料履带　288
26.5.7　防止履带脱轨　289

第27章　制作腿式机器人　290
27.1　概述腿式机器人　290
27.1.1　腿的数量　290
27.1.2　静态与动态平衡　291
27.1.3　两足：机器人或人形机器人　291
27.1.4　关节数量/自由度　292
27.1.5　应对地形　292
27.2　选择最合适的制作材料　293
27.3　从头开始制作或使用套件　293
27.3.1　从头开始自己制作　294
27.3.2　使用预制件制作　294
27.3.3　使用混合零件制作　294
27.3.4　电动机轴的支撑方式和叉架　294
27.4　腿的驱动　295
27.4.1　控制舵机　295
27.4.2　使用专用舵机控制器　296
27.4.3　模拟和数字舵机　296
27.4.4　舵机的额定扭矩　297
27.5　腿式机器人的行走步态　297
27.6　制作一个3舵机的昆虫机器人　298
27.6.1　你需要用到的零件　299
27.6.2　腿的切割和制作　300
27.6.3　切割底盘材料　301
27.6.4　制作联动装置　302
27.6.5　前后腿的组装　303
27.6.6　中间腿的组装　303
27.6.7　完成HE×3BOT的组装　304
27.6.8　操纵HE×3BOT　305
27.6.9　安装电路和附件　306
27.7　制作X-Y 舵机关节　306
27.7.1　切割零件　306
27.7.2　零件的钻孔　307
27.7.3　切割舵机的方孔　308
27.7.4　组装X-Y关节　308
27.7.5　作为腿部关节　309
27.7.6　作为传感器转台　309
27.7.7　作为腕关节的一部分　309
27.8　补充项目：制作一个12舵机的昆虫机器人　309

第28章　实验机器人的手臂　311
28.1　人类的手臂　311
28.2　常见机器臂的自由度　311
28.3　手臂的类型　312
28.3.1　旋转坐标　312
28.3.2　极坐标　313
28.3.3　圆柱坐标　313
28.3.4　笛卡尔坐标　314
28.4　驱动技术　314
28.4.1　电气驱动　314
28.4.2　液压驱动　314
28.4.3　压缩空气驱动　314
28.5　制作一个机器人的腕关节　315
28.6　制作一个实用的旋转坐标机器臂　316
28.6.1　制作舵机安装板　317
28.6.2　制作底盘　317
28.6.3　安装关节上的舵机　318
28.6.4　把肩关节舵机安装在底盘上　318
28.6.5　组装上臂　318
28.6.6　把上臂安装到肩关节　319
28.6.7　把舵机安装到前臂　319
28.6.8　把上臂安装到肘关节　319
28.6.9　安装腕关节　320
28.7　用套件制作一个机器臂　320
28.7.1　用机器人制作套件制作手臂　320
28.7.2　用专业套件制作手臂　321

第29章　实验机器人夹持器　322
29.1　夹持器的基本概念　322
29.2　钳形夹持器　323
29.2.1　基本模型　323
29.2.2　升级方案　324
29.2.3　创建平行运动的夹持器　325
29.3　夹具式夹持器　325
29.3.1　切割夹持器安装板　327
29.3.2　舵机的安装　327
29.3.3　夹具的安装　328
29.4在　线资源：更多的夹持器设计方案　329

第五部分　机器人电子学 　331

第30章　制作机器人的基础电子学　332
30.1　电子制作需要准备的工具　332
30.1.1　万用表　332
30.1.1.1　数字或模拟　332
30.1.1.2　自动或手动量程　333
30.1.1.3　测量精度　333
30.1.1.4　测量功能　333
30.1.1.5　万用表配件　334
30.1.1.6　使用万用表：基本操作　334
30.1.1.7　使用万用表：测量电池　335
30.1.1.8　使用万用表：测量电阻的阻值　335
30.1.1.9　万用表安全保护：良好的操作习惯　336
30.1.2　在线资源：使用逻辑探针　336
30.1.3　钎焊笔　336
30.1.4　电子制作的手动工具　337
30.2　制作电路——基础知识　338
30.3　了解导线和配线　338
30.3.1　绝缘　338
30.3.2　规格　338
30.3.3　导线种类　339
30.4　如何进行焊接　339
30.4.1　焊接用工具　339
30.4.1.1　支架　339
30.4.1.2　海绵　339
30.4.1.3　焊锡　340
30.4.1.4　其他焊接工具　340
30.4.2　焊接前的清洁工作　340
30.4.3　设置正确的焊接温度　340
30.4.4　正确的焊接步骤　341
30.4.4.1　完工修整　342
30.4.4.2　优质焊接的技巧　342
30.4.5　烙铁头的保养和清洁　343
30.5　使用排针和排座　343
30.5.1　自制针式连接器　343
30.5.2　准备孔式连接器　344
30.5.3　最好的连接　344
30.6　使用跳线　344
30.7　有益的设计原则　345
30.7.1　使用上拉和下拉电阻　345
30.7.2　将没用的输入端设置为低电平　345
30.7.3　使用退偶电容　346
30.7.4　减小管脚长度　346
30.7.5　避免地线环路　347
30.8什　么是RoHS　347

第31章　机器人常用的电子元件　348
31.1　首先是电路符号　348
31.2　固定电阻　349
31.2.1　电阻的参数是怎么标识的　349
31.2.2　测量电阻的阻值　350
31.2.3　电阻的常见应用　351
31.2.3.1　用电阻分配电压　351
31.2.3.2　用电阻限制电流　352
31.2.4　理解欧姆定律　353
31.2.4.1　举例说明欧姆定律的计算方法　354
31.2.4.2　计算功率(瓦特)　354
31.3　电位器　354
31.3.1　线性或音量型电位器　355
31.3.2　使用电位器　355
31.3.3　其他类型的可变电阻　356
31.3.4　查看电位器的阻值　356
31.4　电容　357
31.4.1　电容的参数是怎么定义的　357
31.4.2　电容是如何标识的　358
31.4.2.1　电容量　358
31.4.2.2　电介质击穿电压　359
31.4.2.3　极性标识　359
31.4.3　了解电容的电介质材料　359
31.4.4　电容的常见用途　359
31.5　二极管　360
31.5.1　二极管的参数是怎么标识的　360
31.5.2　认识二极管的极性　361
31.5.3　探索二极管的组成　361
31.5.4　二极管的常见应用　361
31.5.4.1　消减电压　361
31.5.4.2　反接保护　361
31.6　发光二极管(LED)　362
31.6.1　点亮LED　362
31.6.2　形状、尺寸和亮度　362
31.6.2.0　LED显示屏　363
31.6.3　LED的颜色　363
31.6.3.0　共阳极或共阴极　364
31.7　晶体管　364
31.7.1　如何识别晶体管　364
31.7.2　NPN和PNP——一枚硬币的两个面　365
31.7.3　认识MOSFET　365
31.8　集成电路　365
31.8.1　识别集成电路　366
31.8.2　单片机和其他专用IC　366
31.9　开关　367
31.9.1　搭配组合　368
31.9.2　瞬时和中间关断　368
31.9.3　常开、常闭　368
31.10　继电器　369
31.10.1　常见的继电器类型　369
31.10.2　继电器的尺寸　369
31.10.3　继电器的可靠性　370
31.11　其余的　370
31.12　在线信息：囤积零件　370

第32章　使用免焊电路实验板　371
32.1　了解免焊电路实验板　371
32.1.1　大小和布局　372
32.1.2　进行连接　372
32.1.3　连接电路实验板上面的导线　372
32.1.4　使用针式跳线　374
32.1.5　给实验板外面的元件制作针式接头　374
32.2　用免焊电路实验板搭建电路的过程　374
32.3　制作长效免焊电路　375
32.4　电路试验板和机器人的安装　376
32.5　使用好免焊电路实验板的窍门　376

第33章　制作电路板　377
33.1　可供选择的电路板　377
33.2　清洁第一　378
33.3　在焊接式实验电路板上制作永久电路　378
33.4　用穿孔板点对点的搭建电路　378
33.4.1　在穿孔板上制作一个电路　379
33.4.2　可供选择的穿孔板安装工艺　379
33.5　使用条带电路板　380
33.6　用电气设计软件创建电子线路板　381
33.6.0　印制电路板详细资料　382
33.7　用Fritzing设计Arduino专用电路板　383
33.8　在线信息：蚀刻自己的印制电路板　384
33.9　使用定制开发板　384
33.10　用绕接工艺制作临时电路　385
33.10.1　如何制作绕接电路　385
33.10.2　选择一个绕线工具　385
33.10.3　选择成卷还是按规格裁切的导线　386
33.11　有效地使用插接头　386

第六部分　计算机与电子控制 　387

第34章　机器人“大脑”概述　388
34.1　基本的大脑　388
34.2　开关操作　389
34.3　分立元件组成的大脑　389
34.4　程序化大脑　390
34.4.1　可编程灰质的类型　390
34.4.2　单板计算机　391
34.4.2.1　SBC的架构　392
34.4.2.2　SBC的套件　392
34.4.3　个人电脑　392
34.4.3.1　使用机载PC　392
34.4.3.2　通信互联　393
34.4.3.3　数据存储　394
34.4.3.4　使用脱机PC　394
34.4.4　智能手机、平板电脑和PDA　395
34.5　输入和输出　395
34.5.1　串行通信　396
34.5.2　并行通信　396
34.5.3　模数转换　397
34.5.4　脉冲频率控制　397

第35章　认识单片机　398
35.1　单片机的分类　398
35.1.1　8bit、16bit或32bit　398
35.1.2　编程语言　399
35.1.2.1　低级可编程　399
35.1.2.2　整合语言编程　400
35.1.2.3　编程语言的选择　400
35.1.2.4　单片机编程的3个步骤　400
35.2　单片机的形状和规格　401
35.3　典型单片机芯片里面的结构　402
35.3.1　引脚功能　403
35.3.2　程序和数据的存储　403
35.3.3　擦除和重新开始　404
35.3.4　在线编程(或改编程序)　404
35.3.5　单次编程　404
35.4　单片机编程器　404
35.5　单片机的速度　405

第36章　程序概念：基本原理　406
36.1　重要的程序概念　406
36.1.1　引入流控制　407
36.1.2　例程的优点　407
36.1.3　变量　407
36.1.4　表达式　408
36.1.5　字符串　408
36.1.6　数值　408
36.1.7　条件语句　408
36.1.8　分支　409
36.1.9　循环　409
36.1.10　输入数据　409
36.1.11　输出数据　409
36.2　了解数据类型　410
36.2.1　最常见的数据类型　410
36.2.2　有符号和无符号的数值　411
36.2.3　简述：数据类型对数字的限制　411
36.37　个最常见的程序语句　412
36.3.1　注释　412
36.3.2　if　412
36.3.3　Select Case　413
36.3.4　Call　414
36.3.5　Go　414
36.3.6　For/Next　414
36.3.7　While/Wend　415
36.4　变量、表达式和运算符　415
36.4.1　变量的赋值　415
36.4.2　创建表达式　417
36.4.2.1　数学运算符　417
36.4.2.2　关系运算符　418
36.4.2.3　使用And和Or关系运算符　418
36.4.3　对字符串使用运算符　419
36.4.4　多重运算符和优先顺序　419
36.5　在线信息：更多的程序原理　420

第七部分 微控制器构成的大脑 　421

第37章　使用Arduino　422
37.1　Arduino的结构　422
37.2　版本上的变化　423
37.3　用扩展板扩展接口　424
37.4　USB连接和电源　424
37.5　Arduino的引脚映射　425
37.6　Arduino的编程　426
37.6.1　使用Arduino的IDE：基础知识　426
37.6.2　IDE的版本说明　427
37.7　机器人的编程　427
37.7.1　使用变量　428
37.7.2　使用Arduino的引脚　429
37.7.3　进行试验　429
37.8　使用舵机　431
37.9　创建你自己的函数　432
37.10　在线信息：控制两个舵机　434
37.11　流控制结构　434
37.12　使用串行监视窗口　436
37.13　一些常见的机器人功能　437
37.14　使用开关和其他数字输入　437
37.15　连接直流电动机　438

第38章　使用PICA×E　440
38.1　认识PICA×E家族　440
38.1.1　PICA×E单片机的基本知识　441
38.1.2　08M的内部结构　443
38.1.3　18M2的内部结构　443
38.2　PICA×E的编程　444
38.3　核心语法　444
38.3.1　注释　445
38.3.2　变量和引脚/端口定义　445
38.3.3　使用符号　445
38.3.4　程序结构　446
38.3.5　流控制　447
38.3.5.1　使用if指令　447
38.3.5.2　更多goto和gosub指令的用法　448
38.3.5.3　使用for指令　449
38.4　PICA×E适用于机器人的功能　450
38.5　例子：用PICA×E控制RC舵机　451
38.6　例子：读取按钮和控制输出　452

第39章　使用BASIC Stamp　453
39.1　BASIC Stamp的结构　453
39.1.1　从PC到BASIC Stamp　453
39.1.2　BASIC Stamp的内存　454
39.2　单独的BASIC Stamp或开发套件　454
39.3　BS2的物理布局　455
39.4　BASIC Stamp 与PC机的连接　456
39.5　认识和使用PBasic　456
39.5.1　变量和引脚/端口的定义　457
39.5.2　流控制　459
39.5.2.1　使用if语句　459
39.5.2.2　使用goto和gosub语句　460
39.5.2.3　使用for语句　461
39.5.3　特殊功能　462
39.6　连接开关和其他数字输入　463
39.7　BASIC Stamp和直流电动机的连接　463
39.8　RC 舵机和BASIC Stamp的连接　465
39.9　PBasic 2.5的补充说明　466
39.9.1　if-else-endif结构　466
39.9.2　select-case-endselect结构　467
39.9.3　do/while/until- loop结构　467
39.9.3.0　提前退出do循环　468

第40章　单片机或计算机的接口电路　469
40.1　传感器输入　469
40.1.1　传感器的类型　469
40.1.2　传感器的例子　470
40.2　电动机和其他输出　471
40.2.1　其他常见的输出类型　471
40.2.2　功率方面的考虑　471
40.2.3　源电流或沉电流　472
40.3　输入输出架构　473
40.3.1　并行接口　473
40.3.2　串行接口　473
40.3.3　I2C和SPI接口　474
40.3.4　I2C　474
40.3.5　SPI　475
40.4　输出接口　476
40.5　数字输入接口　476
40.5.1　基本界面概念　476
40.5.2　使用光耦电隔离器　477
40.5.3　齐纳二极管的输入保护　478
40.6　模拟输入接口　478
40.6.1　电压比较器　478
40.6.2　信号放大　479
40.6.3　其他OP-AMP处理信号的方法　480
40.6.4　常见的模拟输入接口　480
40.7　连接USB　481
40.8　使用模数转换　481
40.8.1　模数转换是如何工作的　482
40.8.2　模数转换IC　482
40.8.3　集成在单片机里面的ADC　483
40.9　使用数模转换　483
40.10　扩展可用的I/O接口　483
40.10.1　从少到多　483
40.10.2　从多到少　485
40.10.3　模拟与数字的复用和分配　485
40.11　理解端口转换　486
40.11.1　并行入、串行出　487
40.11.2　来自串行(到并行)的爱　487
40.11.3　移位寄存器的级联　488
40.11.4　专用I/O扩展芯片　488
40.12　在线信息：认识端口编程　488

第41章　遥控系统　489
41.1　制作操纵杆式的“示教盒”　489
41.1.1　使用操纵杆示教器　491
41.1.2　记录和回放动作　491
41.2　用红外线遥控器指挥机器人　492
41.2.1　系统概览　492
41.2.2　接收器/解调器的连接　493
41.2.3　PICA×E的编程　493
41.2.4　确定控制数值　494
41.2.5　控制机器人的电动机　496
41.2.6　用遥控器操纵机器人　497
41.2.7　特别注意　497
41.3　在线信息：通过无线电信号控制　497
41.4　视频传输　498

第八部分　传感器、导航和反馈 　501

第42章　增加触觉感应　502
42.1　认识触觉　502
42.2　机械开关　503
42.2.1　物理接触式碰撞开关　503
42.2.2　扩大开关的接触面　504
42.2.3　延长触须　504
42.2.4　弹簧触须　504
42.2.5　自制触须开关　505
42.2.6　多个碰撞开关　506
42.2.6.1　使用优先编码器　506
42.2.6.2　使用多路复用器　507
42.2.6.3　使用PISO集成电路　508
42.3　使用按钮去抖电路　509
42.4　用软件实现开关去抖　510
42.5　碰撞开关的编程　511
42.6　机械式压力传感器　513
42.6.1　防静电导电海棉　513
42.6.1.1　实验基本的电阻压垫　513
42.6.1.2　增强型压垫　514
42.6.1.3　读数的变化　514
42.6.1.4　连接到单片机　514
42.6.2　开/关式压垫 　515
42.6.3　力敏电阻 　516
42.6.4　柔性电阻 　516
42.6.5　用导电涂料自制传感器 　516
42.7　实验压电式接触传感器 　516
42.7.1　压电材料是如何产生电压的 　517
42.7.2　实验压电传感器 　517
42.7.3　需要注意的问题 　518
42.7.4　搭建接口电路 　518
42.8　实验压电薄膜 　519
42.8.1　给压电薄膜安装管脚 　519
42.8.2　把压电薄膜作为机械传感器　520
42.8.3　组装压电薄膜式弯曲传感器　520
42.9　在线信息：制作压电式碰撞杆　521
42.10　其他类型的“接触”传感器 　522

第43章　接近和距离传感　523
43.1　设计概述　523
43.1.1　近距离物体检测　524
43.1.2　远距离物体检测　524
43.1.3　传感器的深度和广度　525
43.2　简单的红外线接近传感器　525
43.2.1　调节灵敏度　526
43.2.2　在夹持器上使用红外线探测器　526
43.3　调制型红外线接近探测器　526
43.3.1　基本的IRPD电路　527
43.3.2　连接到单片机　528
43.3.2.1　基于LM555的定时器　528
43.3.2.2　辅助单片机　529
43.3.3　加强版IRPD电路　530
43.4　红外线测距　533
43.4.1　熟悉不同类型的传感器　534
43.4.2　基本电气连接　535
43.4.3　使用GP2D15红外距离判断传感器　535
43.4.4　使用的GP2D12模拟输出红外测距传感器　536
43.4.5　夏普红外线模块的习惯做法　537
43.5　网上资源：被动式红外线检测　538
43.6　超声波测距　538
43.6.1　确实的信息　539
43.6.2　使用超声波测距传感器　539
43.6.3　基本超声波传感器的编程　539
43.6.4　增强型超声波传感器的编程　541
43.6.5　超声波传感器的参数　541

第44章　机器视觉　543
44.1　适用于机器视觉的简单传感器　543
44.1.1　光敏电阻　544
44.1.2　光电晶体管　544
44.1.3　光电二极管　545
44.1.4　简单传感器的光谱响应　546
44.2　制作一个“单细胞”眼睛　546
44.2.0　创造一个感光机器人　547
44.3　制作一个机器人复眼　549
44.3.1　复眼的物理结构　549
44.3.2　测试程序　549
44.3.3　处理光污染　551
44.4　给光敏传感器配上透镜和滤波器　552
44.5　视频视觉系统：简介　552
44.5.1　摄像机成套设备　552
44.5.2　以PC机为基础的视觉　553
44.5.3　其他例子——以单片机为基础的视觉　553
44.5.4　使用复合视频的视觉　554

第45章　机器人导航　555
45.1　跟随预定路线：循线 　555
45.1.1　循线机制　556
45.1.2　选择合适的电阻 　557
45.1.3　发射器/探测器的布局 　557
45.1.4　使用现成的发射器/探测器 　558
45.1.5　避免过度地急转弯 　558
45.1.6　循线软件 　558
45.1.7　循线传感器的其他用途 　559
45.2　循边 　559
45.2.0　各种循边方式 　559
45.3　测距：计算机器人的行驶距离　560
45.3.1　光学编码器 　560
45.3.2　磁性编码器 　561
45.3.3　机械编码器 　561
45.3.4　细看测距 　561
45.3.5　解剖的反射式编码器 　562
45.3.6　解剖透射式编码器 　562
45.3.7　编码器的分辨率 　563
45.3.8　测量距离 　563
45.3.9　安装码盘和光学器件 　563
45.3.9.1　安装码盘 　563
45.3.9.2　安装的光学传感器 　564
45.3.10　电气接口和调整 　564
45.3.11　测试你的编码器　565
45.3.12　脉冲计数程序 　566
45.3.13　使用正交编码 　566
45.3.14　使用现成的编码器 　567
45.3.15　测距误差 　568
45.3.16　什么时候不需要里程表 　568
45.4　罗盘定位 　568
45.5　实验倾斜和重力传感器 　570
45.5.1　用传感器测量倾斜 　570
45.5.2　认识加速度计 　571
45.5.3　单轴、双轴和三轴传感　571
45.5.4　验加速度计 　572
45.5.5　加速度计的附加用途 　574
45.6　更多机器人导航系统 　575

第46章　听觉与发音　576
46.1　预编程声音模块　576
46.2　商业电子音效套件　577
46.3　制造警报和其他警告音　578
46.4　用单片机制造声音和音乐　579
46.5　使用音频放大器　580
46.6　用单片机播放声音和音乐　581
46.7　语音合成：让机器人开始讲话　582
46.7.0　专业语音芯片　582
46.8　倾听声音　584
46.8.1　话筒　585
46.8.2　话筒放大器　585
46.8.3　连接到你的单片机　586
46.9　在线资源：更多声音项目　587

第47章　与你的作品互动　588
47.1　用LED显示反馈信息　588
47.1.1　用一个LED显示反馈信息　588
47.1.2　多个LED显示反馈信息　589
47.1.3　用7段LED数码管显示反馈信息　591
47.1.3.1　显示数字　591
47.1.3.2　显示任意形状　593
47.2　简单声音反馈　595
47.3　使用LCD显示屏　595
47.3.1　文本或图形　596
47.3.2　彩色、单色、背光　596
47.3.3　LCD接口类型　596
47.4　用光线效果实现人机互动　598
47.4.1　多个LED　599
47.4.2　超亮和特亮LED　599
47.4.3　多色LED　600
47.4.4　在线信息：更多唬人的光影戏法　602

第48章　注意安全，独行侠　603
48.1　火焰检测　603
48.1.1　检测火焰中的紫外线　603
48.1.2　寻找闪烁的火焰　604
48.1.3　探测火焰中的红外线　604
48.2　烟雾检测　605
48.2.1　改装烟雾报警器　606
48.2.1.1　检查操作是否正常　606
48.2.1.2　烟雾报警器的内部　606
48.2.2　报警器与单片机的连接　607
48.2.3　测试警报器　608
48.2.4　在5V电压下工作　608
48.2.5　机器人探测烟雾的局限　609
48.3　检测危险气体　609
48.3.1　制作有害气体检测电路　609
48.3.2　预热、调节和使用　610
48.3.3　不同比重的气体　611
48.4　热传感　611
48.5　机器人救火竞赛　613
48.6　最后，着手去做　613

附录A　RBB技术支持网站　614
　网站内容　614
　后备技术支持网站　614
　特殊材料和网站资源　614

附录B　在线材料资源　616
　机器人技术　616
　电子学　617
　模型　618
　论坛和博客　618
　更多在线资源　618

附录C　机械参考　619
　十进制小数　619
　钻头和丝锥的尺寸——英制　620
　钻头和丝锥的尺寸——公制　620
　钻头的数字与分数英寸对照表　621
　紧固件：英制螺纹标准一览　621
　十进制英寸、分数英寸、Mil与Gauge(以铝板为例)的对照表　622
　上网获得更多信息　622

附录D　电子参考　623
　公式　623
　欧姆定律　623
　电阻的计算　623
　计算两个电阻并联　624
　缩写　624
　六种最常见的电子计量单位　627
　电阻色环　628
　电阻色环编码表　628
　导线规格　628

Gordon McComb从事着一家联合周刊的计算机和高科技类专栏文章的写作工作，著有65本书，并维护者一个机器人制作的热门网站。本书译者臧海波，网名“digi01”，是国内资深创客，也是《无线电》杂志金牌作者。在网络上有一定知名度和号召力，被爱好者称为“机器人DIY界的元老”。在《无线电》杂志上长期连载机器人制作、音频DIY等门类的文章，并参与翻译《爱上制作》系列图书。

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