Arduino机器人权威指南

Arduino机器人权威指南 
作　者：（美）John-David Warren（约翰-戴维.沃伦），Josh Adams（约什.亚当斯），Harald Molle（哈拉尔德.莫勒）著 于欣龙 译 
出版时间：2014 
内容简介 
　　你想制作有趣的机器人吗？你想让机器人沿着指定的路线行走吗？你想让机器人帮助你清扫庭院吗？你想让机器人载着你逛街吗？那么请选择《Arduino机器人权威指南》吧！John-David Warren、Josh Adams和Harald Molle会带你走进机器人的世界，教会你如何寻找配件、怎样制作机器人、怎样进行编程，甚至告诉你如何对机器人进行安全测试。本书可以教会你如何用Arduino来控制各式各样的机器人，同时提供了每一步的详细指导。你不仅可以学会Arduino的基本使用方法，还可以了解各种电机的特性。同样，你会掌握其控制和排除故障的方法，将之应用到你的机器人项目中。本书从易到难，讲解了各种各样机器人的制作方法，其中包括GPS机器船、草地机器人、格斗机器人及赛格威机器人等。无论你是只会摆弄Arduino的初学者，还是一个制作小工具的专家，《Arduino机器人权威指南》都会帮助你制作出意想不到的机器人作品。 
目 录 
第1章 基础1 
1．1 电学2 
1．1．1 电模拟3 
1．1．2 电的基础知识4 
1．1．3 电路6 
1．1．4 电信号测量7 
1．1．5 万用表7 
1．1．6 电压测量8 
1．1．7 电流强度测量9 
1．1．8 电容测量9 
1．1．9 电阻测量10 
1．1．10 使用欧姆定律计算电阻功率11 
1．1．11 示波器12 
1．1．12 负载13 
1．1．13 电路连接14 
1．2 电子学15 
1．2．1 半导体16 
1．2．2 技术手册17 
1．2．3 集成电路18 
1．2．4 通孔元件19 
1．3 Arduino初级读本20 
1．3．1 Arduino变体21 
1．3．2 Arduino集成开发环境24 
1．3．3 草稿24 
1．3．4 信号28 
1．4 构建电路38 
1．4．1 电路设计38 
1．4．2 原理图39 
1．4．3 原型41 
1．5 搭建机器人47 
1．5．1 硬件47 
1．5．2 材料49 
1．5．3 工作区域50 
1．6 总结51 
第2章 基于Arduino的机器人52 
2．1 Arduino接口52 
2．1．1 继电器53 
2．1．2 晶体管59 
2．1．3 电机控制器的接口66 
2．2 用户控制69 
2．2．1 连线（有线）控制70 
2．2．2 红外控制（IR）70 
2．2．3 无线电控制系统71 
2．3 传感器导航74 
2．3．1 接触式感知75 
2．3．2 距离和反射式感知75 
2．3．3 方向（定位）78 
2．3．4 非自主传感器81 
2．4 总结84 
第3章 让机器人动起来85 
3．1 电机85 
3．1．1 有刷直流电机（永久磁铁型）86 
3．1．2 无刷直流电机87 
3．1．3 步进电机88 
3．1．4 齿轮减速电机90 
3．1．5 伺服舵机91 
3．1．6 线性制动器92 
3．1．7 功率计算93 
3．1．8 驱动93 
3．1．9 寻找合适的电机94 
3．2 H桥95 
3．2．1 产生制动96 
3．2．2 实现97 
3．2．3 H桥集成电路100 
3．2．4 更改PWM频率101 
3．2．5 反电动势103 
3．2．6 电流检测105 
3．2．7 基于H桥的商品（电机控制器）106 
3．3 电池109 
3．3．1 镍镉电池（NiCad）110 
3．3．2 镍氢电池（NiMH）110 
3．3．3 锂聚合物电池（LiPo）111 
3．3．4 铅酸蓄电池112 
3．3．5 充电114 
3．4 材料115 
3．4．1 木材115 
3．4．2 金属116 
3．4．3 螺栓和螺母116 
3．4．4 塑料117 
3．4．5 链条和链轮齿117 
3．4．6 车轮118 
3．5 总结118 
第4章 莱纳斯寻线机器人120 
4．1 莱纳斯的零件清单121 
4．2 如何使莱纳斯工作123 
4．2．1 轨道123 
4．3 制作红外传感器电路板124 
4．4 改装成连续旋转的伺服舵机132 
4．4．1 方法1：带有外部速度控制器的直接直流驱动132 
4．4．2 方法2：带有内部电机驱动电路的伺服脉冲驱动135 
4．5 合适的驱动轮137 
4．6 制作框架141 
4．7 制作连接146 
4．8 电池安装147 
4．8．1 安装电源开关148 
4．9 加载代码148 
4．10 制作轨道155 
4．11 测试156 
4．12 附加组件157 
4．12．1 LED指示灯157 
4．12．2 喷漆159 
4．12．3 添加速度调节器（电位器）162 
4．13 总结164 
第5章 墙追踪机器人Wally166 
5．1 如何让Wally工作167 
5．2 Wally的零件清单169 
5．3 电机控制器171 
5．3．1 高侧开关171 
5．3．2 低侧开关171 
5．3．3 电路制作173 
5．4 制作框架178 
5．5 安装传感器182 
5．6 安装电池和电源开关185 
5．6．1 电源开关安装186 
5．7 代码187 
5．7．1 代码目标189 
5．8 总结198 
第6章 制作PCB板199 
6．1 PCB基础199 
6．2 你需要什么来开始200 
6．3 电路设计202 
6．3．1 搜索开源设计203 
6．3．2 制作你自己的设计204 
6．3．3 使用Eagle原理图编辑器工作207 
6．3．4 使用Eagle电路板编辑器工作211 
6．4 转印设计219 
6．4．1 让我们制作一块Arduino克隆板――Jduino219 
6．4．2 开始转印221 
6．5 腐蚀227 
6．5．1 测量腐蚀液227 
6．5．2 腐蚀（方法1）228 
6．5．3 腐蚀（方法2）230 
6．5．4 清除墨粉232 
6．6 钻孔234 
6．7 焊接235 
6．7．1 制作Arduino克隆板235 
6．7．2 制作BJT H-桥238 
6．8 测试240 
6．9 总结243 
第7章 昆虫机器人244 
7．1 通过Arduino读取开关245 
7．2 如何使昆虫机器人工作246 
7．2．1 天线传感器246 
7．2．2 碰撞传感器247 
7．3 昆虫机器人的零件清单247 
7．4 电机249 
7．4．1 改装伺服舵机249 
7．4．2 控制伺服舵机251 
7．4．3 将脉冲值转换为角度值252 
7．4．4 将车轮安装到伺服舵机253 
7．5 制作框架255 
7．5．1 标记有机玻璃255 
7．5．2 切割有机玻璃256 
7．5．3 安装电机258 
7．5．4 安装脚轮258 
7．5．5 安装Arduino260 
7．5．6 安装电池260 
7．6 制作传感器262 
7．6．1 前置天线传感器262 
7．6．2 后置碰撞传感器263 
7．7 制作连线266 
7．8 加载代码267 
7．8．1 创建一个延迟267 
7．8．2 变量268 
7．8．3 代码269 
7．9 制作一顶帽子277 
7．10 总结280 
第8章 探险者机器人281 
8．1 如何使探险者机器人工作282 
8．1．1 R/C控制282 
8．1．2 强大的电机283 
8．1．3 电流检测283 
8．1．4 启动视频283 
8．1．5 启动Xbee284 
8．2 探险者机器人的零件清单284 
8．3 制作框架286 
8．3．1 规格286 
8．3．2 添加电池支架287 
8．3．3 切割底部框架支架289 
8．3．4 切割顶部框架支架289 
8．3．5 切割和弯曲主框架板290 
8．3．6 添加横杆和安装脚轮291 
8．3．7 有机玻璃甲板（任选）293 
8．4 制作电机控制器293 
8．4．1 电流检测和限流293 
8．4．2 H桥设计294 
8．5 设置Arduino298 
8．5．1 连接H桥299 
8．6 设置Xbee300 
8．6．1 测试Xbee302 
8．7 添加摄像头303 
8．7．1 二自由度云台304 
8．7．2 制作第一个支架305 
8．7．3 制作第二个支架306 
8．8 加载代码307 
8．9 总结316 
第9章 机器船318 
9．1 开场白319 
9．2 机器船的零件清单319 
9．2．1 聚苯乙烯泡沫塑料321 
9．2．2 环氧树脂322 
9．2．3 手套323 
9．2．4 玻璃纤维布323 
9．2．5 胶水324 
9．2．6 泡沫塑料切割机和美工刀325 
9．2．7 杂项325 
9．3 机器船设计325 
9．4 组装机器船327 
9．4．1 模板327 
9．4．2 将模板胶合到EPS/ XPS板上329 
9．4．3 切出分段330 
9．4．4 把分段胶合在一起332 
9．4．5 插入泡沫锚333 
9．4．6 涂层334 
9．4．7 涂抹成品335 
9．4．8 鳍336 
9．4．9 上色336 
9．4．10 甲板336 
9．4．11 完成组装337 
9．5 推进装置338 
9．5．1 底板340 
9．5．2 枢轴340 
9．5．3 管子341 
9．5．4 舵角342 
9．5．5 电机343 
9．5．6 舵机344 
9．5．7 推杆344 
9．6 电子设备344 
9．6．1 系统的核心――ArduPilot PCB345 
9．6．2 GPS模块346 
9．6．3 电子调速器（ESC）346 
9．6．4 电机347 
9．6．5 舵机347 
9．6．6 电池组347 
9．6．7 安装电子设备348 
9．7 软件和任务规划351 
9．7．1 GPS接收器351 
9．7．2 软件352 
9．7．3 安装软件372 
9．7．4 任务规划377 
9．8 全部放在一起380 
9．8．1 集成系统381 
9．8．2 船，欢呼吧！383 
9．9 故障排除383 
9．9．1 电机/螺旋桨的推力不够384 
9．9．2 电机不启动385 
9．10 总结385 
第10章 草地机器人400386 
10．1 如何使草地机器人400工作387 
10．1．1 割草机甲板388 
10．1．2 大容量电池388 
10．1．3 钢框架389 
10．1．4 卸料斗389 
10．1．5 充气轮胎390 
10．1．6 前灯390 
10．1．7 失效保护390 
10．2 工具和零件列表391 
10．2．1 割草机391 
10．2．2 零件清单391 
10．3 轮子392 
10．3．1 前脚轮393 
10．3．2 后驱动轮393 
10．3．3 安装链轮394 
10．4 框架395 
10．5 传动系统402 
10．5．1 安装电机支架403 
10．5．2 安装链条406 
10．6 电机控制器408 
10．6．1 选购一个电机控制器408 
10．6．2 散热风扇410 
10．6．3 电机控制器反馈411 
10．7 Arduino413 
10．7．1 固定好连接以防行驶颠簸413 
10．8 失效保护417 
10．8．1 无线电遥控拨动开关418 
10．8．2 功率继电器420 
10．8．3 避免无线电遥控本身的失效保护421 
10．9 连接电路422 
10．10 代码423 
10．11 美化和添加附件429 
10．11．1 喷漆429 
10．11．2 前灯430 
10．11．3 卸料斗430 
10．11．4 割草机安全开关432 
10．12 总结432 
第11章 赛格威机器人434 
11．1 如何使赛格威机器人工作435 
11．1．1 惯性测量单元435 
11．1．2 转向和增益436 
11．1．3 啮合器436 
11．2 赛格威机器人的零件清单436 
11．3 选择合适的传感器438 
11．3．1 3．3V电源439 
11．3．2 加速度计440 
11．3．3 陀螺仪442 
11．3．4 陀螺仪和加速度计的总结443 
11．3．5 角度滤波444 
11．4 制作惯性测量单元适配板445 
11．5 选择电机446 
11．5．1 卸掉电力制动器448 
11．5．2 电机安装位置450 
11．6 选择电机控制器451 
11．6．1 SoftwareSerial库452 
11．6．2 Sabertooth控制器的简化串口453 
11．7 电池454 
11．7．1 密封铅酸蓄电池455 
11．7．2 充电456 
11．7．3 12V供电456 
11．8 框架456 
11．8．1 框架设计458 
11．8．2 制作框架458 
11．9 输入装置462 
11．9．1 转向462 
11．9．2 增益462 
11．9．3 啮合器463 
11．9．4 水平启动463 
11．9．5 安装输入装置到框架上463 
11．10 安装电子设备467 
11．10．1 焊接输入装置470 
11．10．2 连接线路470 
11．11 分析代码471 
11．11．1 sample_accel()函数472 
11．11．2 sample_gyro()函数473 
11．11．3 检查角度读数474 
11．11．4 calculate_angle() 函数475 
11．11．5 read_pots()函数476 
11．11．6 auto_level()函数477 
11．11．7 update_motor_speed() 函数479 
11．11．8 time_stamp()函数482 
11．11．9 serial_print_stuff()函数482 
11．11．10 完整代码484 
11．12 测试491 
11．13 总结493 
11．14 参考资料493 
第12章 格斗机器人494 
12．1 机器人格斗的诞生496 
12．1．1 格斗机器人的规章制度496 
12．1．2 没有价格限制497 
12．2 格斗机器人零件清单498 
12．3 输入控制500 
12．3．1 Fly Sky CT-6：32美元、5通道、2．4GHz无线控制器备选方案501 
12．4 电子设备504 
12．4．1 Arduino504 
12．4．2 电机控制器505 
12．5 框架507 
12．5．1 是买，还是做508 
12．5．2 改装轮子509 
12．5．3 制作框架510 
12．6 传动系统513 
12．6．1 齿轮传动装置514 
12．6．2 链条张力调整螺母515 
12．7 电池520 
12．8 安装电子设备522 
12．8．1 保护好你的大脑522 
12．8．2 连接线路524 
12．9 代码526 
12．10 盔甲532 
12．11 武器534 
12．12 附加信息540 
12．13 总结541 
第13章 其他控制方式542 
13．1 用Processing来解码信号543 
13．2 其他控制方式所用零件清单543 
13．3 选择输入设备544 
13．4 Processing必备文件545 
13．5 遵照协议546 
13．6 检查Processing的代码546 
13．6．1 代码解析549 
13．6．2 测试Processing551 
13．7 检查Arduino的代码553 
13．8 总结560