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机器人入门篇:教你DIY一个自己的机器人小车

机器人天空?? 2015年12月18日 ?? 收藏0
接触过很多机器人爱好者,大都对机器人技术展示出了浓厚的兴趣,也在计划如何动手制作自己的第一个机器人。但是似乎很多人都摸不到门路,只能站在大门外满怀兴趣的向内观望,观望了一阵兴趣渐失只好叹口气走开……

很多初学者可能都是看了一些视频或是现场的比赛,勾起了儿时的美好回忆,兴起了自己动手制作机器人的念头,很多人可能并不是嵌入式开发的业内人士,甚至没有听说过单片机、步进电机这些名词,看着别人满地乱跑的各种机器人,颇有无处下手的感觉。有的人一上来就准备做一个可以双足行走的人形机器人,可以平稳行走,可以靠摄像头来读取环境信息,可以语音识别,最好还可以变形……

我的意见是:新手最好还是老老实实的从小车开始吧。人形机器人可以说是一个系统的大工程,不是一个人玩的起来的,而且资金上的投入也是不可计量的。一个人形机器人的成型产品最少要卖到几千块——要知道,你在开发过程中是不可能没有错误投入的。机器人小车技术上门槛较低,资金投入也少,市场上的各种产品和零配件的支持也较多,虽然简单,但可以实现的功能可一点也不少。

我在这里凭自己的经验介绍一些自己动手制作机器人小车的基础知识,如果你是曾经自己动手做过的高手,那么你可以绕行,我这里介绍的都是为未入门者准备的最基本的理论知识和一些动手经验。

那么现在我们开始,首先是理论部分——小车的控制结构。

[一]小车的整体控制系统

小车是怎么来控制的?为什么小车判断出障碍物后可以自动的绕开?

理论:控制工程——处理自动控制系统各种工程实现问题的综合工程技术。包括对自动控制系统提出要求(即规定指标)、进行设计、构造、运行、分析、检验等过程。它是在电气工程和机械工程的基础上发展起来的。

闭环控制:闭环控制有反馈环节,通过反馈系统是系统的精确度提高,响应时间缩短,适合于对系统的响应时间,稳定要求高的系统。

开环控制:开环控制没有反馈环节,系统的稳定不高,响应时间相对来说很长,精确度不高,使用于对系统稳定精确度要求不高的简单的系统。

一般稍微复杂一点的机器人小车都是闭环控制,也就是说它有一个反馈机制,会根据自己配备的各种传感器来读取环境信息,并且根据这些环境信息来决定自己下一步的行动,决定好后将行动指令发给执行系统,使机器人做出合适的动作。当然也有的机器人小车是开环控制,我就见过一个机器人小车配了一支笔,将机器人放在纸上,机器人一转,刷的一下在纸上画出一个圈来,当然由于摩擦力和机械误差等原因,画出来的圆圈可能不闭合,也可能不圆。不过人家阿Q都说了:“孙子才画的圆呢……”

有点迷糊?没关系,其实简单一点说就是这样:机器人可以分为三部分——传感器部分、控制器部分、执行器部分。

传感器部分:机器人用来读取各种外部信号的传感器,以及控制机器人行动的各种开关。好比人的眼睛、耳朵等感觉器官。

控制器部分:接收传感器部分传递过来的信号,并根据事前写入的决策系统(软件程序),来决定机器人对外部信号的反应,将控制信号发给执行器部分。好比人的大脑。

执行器部分:驱动机器人做出各种行为,包括发出各种信号(点亮发光二极管、发出声音)的部分,并且可以根据控制器部分的信号调整自己的状态。对机器人小车来说,最基本的就是轮子。这部分就好比人的四肢一样。

好的,现在我们来分析一下机器人小车的避障行为控制:机器人正在行走过程中(人在路上走),忽然接收到装在机器人前部的传感器发来的一个“左前方有障碍物”的信号(人眼发现左前方有一根电线杆),我们事先写在机器人控制芯片中的程序算法要求机器人发现左前方有障碍物就往右边转(人发现左前方有电线杆就应该往右躲——什么,你还要继续往前走?你牛!那我就等着听响了,哦,原来你只是想去看上面的小广告……),控制芯片对机器人的驱动器——或是轮子,或是双足——发出向右转的指令(人大脑发出向右转的指令,通俗点说就是“拐了拐了”),此时机器人的执行器部分应该立即响应控制器的指令,改变自己的状态,使机器人的前进方向改变,避开障碍物(恭喜你,躲开了电线杆)。怎么样,是不是有了点机器“人”的意思?

那么这三部分是怎么联系起来的呢?很简单:电!其实机器人小车就是一个电子作品,传感器将外部的光信号、声音信号、温度信号等全部转换为控制部分可以接受的电信号,控制系统发出的指令也是各种电信号,通过执行部分转变为电机输出的扭矩、声音、光信号等等。

下面我来分别介绍一下这三个部分。

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机器人? 小车?

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