智能机器人制作完全手册（第2版）

第1 章 机器人来了

01 　 从小车开始你的机器人爱好之旅．．．．2

1．1　小车的整体控制系统．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2

1．2 传感器部分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3

1．3 控制器部分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4

1．4 执行器部分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 6

1．5　后记 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 7

02 　制作机器人该用什么单片机．．．．．．9

2．1 入门首选 AT89S51 系列

单片机．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9

2．2 爱好者制作机器人首选

AVR 系列单片机．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9

2．3 高级机器人控制器 ARM．．．．．．．．．．．10

2．4 音频/ 视频处理首选 DSP．．．．．．．．．10

2．5 新兴控制器 FPGA．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 11

2．6 更多可供选择的单片机．．．．．．．．．．．．． 11

2．6．1 AVR 单片机过时了吗？．．．．．．．．．．．． 11

2．6．2 MSP430 系列单片机如何？．．．． 12

2．6．3 PIC 单片机如何？．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 12

2．6．4 凌阳单片机如何？．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 12

03 　制作机器人常用的传感器．．．．．．． 14

3．1 用于避障的传感器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

3．2 用于测距的传感器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15

3．3 用于亮度判断的传感器．．．．．．．．．．．．．16

3．4 用于测量速度的传感器．．．．．．．．．．．．．16

3．5 用于检测地面灰度的传感器．．．．．．17

3．6 其他．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18

04 　谈谈机器人的安装．．．．．．．．．．．．．．．．． 19

4．1 制作忠告．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19

4．2 框架结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20

4．3 零部件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20

4．4 固定方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20

4．5 车轮．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20

4．6 电机．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21

4．7 安装机器人电池．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21

4．8 电子电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21

4．9 布置传感器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 22

05 　我的机器人制作体验．．．．．．．．．．．．．．23

06 　机器人爱好者如是说．．．．．．．．．．．．．．27

第2 章 SolidWorks 帮你完成

机器人设计

07 　零件的三维建模．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32

08 　零件的虚拟装配．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37

09 　模拟并分析你的机器人零件．．．．．．．．．41

第3 章 多足机器人

10 　 我的第一个机器人—

6 足甲虫．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 46

10．1 制作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 46

10．2 元器件的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 46

10．3 制作过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 47

10．3．1 图纸设计与3D 验证．．．．．．．．．．．．．．．．．． 47

10．3．2 机械配件的数控加工．．．．．．．．．．．．．．．．． 48

10．3．3 整体装配．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 49

10．3．4 软件调试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 50

10．4 小结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．51

11 　 基于AVR 单片机的

6 足机器昆虫．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52

11．1 基本机械结构的制作．．．．．．．．．．．．．．． 52

11．2 控制电路的制作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 53

11．3 结构完善．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 56

11．3．1 加强关节．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 56

11．3．2 安装加固底盘．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 56

11．3．3 加大锂电池容量．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 57

11．3．4 增加指示灯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 57

11．3．5 缩短腿部长度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 57

11．4 初步行走．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 58

12 　进击的多足巨兽．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．59

13 　6 足坦克诞生记．．．．．．．．．．．．．．．．． 63

13．1 拼装版蜘蛛机器人．．．．．．．．．．．．．．．．．． 63

13．2 加装炮台．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 65

13．3 铁质6 足移动平台．．．．．．．．．．．．．．．．． 65

13．4 再次加装炮台．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 67

第4 章 相扑机器人

14 　一起来认识相扑机器人．．．．．．．．．．．70

14．1 机器人相扑比赛简介．．．．．．．．．．．．．． 70

14．2 形形色色的相扑机器人．．．．．．．．．． 72

15 　相扑机器人制作指南．．．．．．．．．．．．．．76

15．1 控制器的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 76

15．1．1 LEGO EV3 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 76

15．1．2 Arduino．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 77

15．2 电机、车轮及电机驱动模块的

选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 78

15．2．1 电机．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 78

15．2．2 车轮．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 79

15．2．3 电机驱动模块．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 80

15．3 传感器的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．81

16 　一起来制作自主式相扑机器人．．．． 83

16．1 相扑机器人车身的制作．．．．．．．．．．． 83

16．2 编程要点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 86

第5 章 低成本开源互动

机器人BOXZ

17 　“盒仔”家里造．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．92

17．1 工具和材料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 92

17．2 BOXZ 板块的制作．．．．．．．．．．．．．．．．． 93

17．3 盒仔的组装．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 94

17．4 Arduino 程序和调试．．．．．．．．．．．．．． 99

17．5 盒仔的更多故事．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 99

18 　 通过Android 手机控制

BOXZ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．101

18．1 BOXZ 的控制原理．．．．．．．．．．．．．．．． 101

18．2 Arduino 硬件部分．．．．．．．．．．．．．．．．102

18．3 Arduino 软件部分．．．．．．．．．．．．．．．．104

18．4 BOXZ Android 客户端．．．．．．．．．105

18．5 Android 开发环境搭建及

BOXZ 源代码介绍．．．．．．．．．．．．．．．．108

18．6 扩展应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 112

19 　BOXZ Mini 制作全过程．．．．．．．114

19．1 什么是BOXZ Mini ？．．．．．．．．．．． 114

19．2 组装过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 115

19．3 互动．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 121

19．4 调试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．124

19．5 通信．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．126

19．6 结束语．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．126

20 　通过网页无线遥控盒仔．．．．．．．．． 128

20．1 配置Zigbee 模块．．．．．．．．．．．．．．．．．128

20．1．1 配置路由器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 128

20．1．2 配置协调器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 128

20．2 Intel Edison 网关搭建．．．．．．．．．．129

20．2．1 设备准备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 129

20．2．2 硬件组装．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 129

20．3 BOXZ Mini 搭建．．．．．．．．．．．．．．．．．．129

20．4 整体调试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．130

20．5 控制命令说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 131

21 　 DIY 项目从原型到量产的

成长历程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 133

2011 年 懵懂的ROBOT 之梦．．．．．．．133

2012 年 兴起的Arduino 之热．．．．．．．134

2013 年 创新的BOXZ 之路．．．．．．．．．142

2014 年 腾飞的BOXZ 之翼．．．．．．．．．145

2015 年 执着的BOXZ 之心．．．．．．．．．150

结束语．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 151

第6 章 人形机器人

22 　一起来玩双足机器人吧！．．．．． 154

22．1 装配过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．155

22．2 如何让双足机器人行走起来．．．．．157

22．3 控制程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．157

22．4 思路扩展—双足机器人还能

做什么．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．157

23 　现实版铁甲钢拳来了!．．．．．．．．．． 159

23．1 人形机器人的制作．．．．．．．．．．．．．．．．160

23．2 动作序列的制作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．162

23．3 遥控端的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．164

24 　铁甲钢拳威力加强版．．．．．．．．．．．． 167

24．1 程序设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．168

24．2 制作过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．169

25 　让铁甲钢拳随你而动．．．．．．．．．．．． 172

25．1 制作步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．172

25．2 Numchuck 的用法．．．．．．．．．．．．．．．174

26 　用语音控制铁甲钢拳．．．．．．．．．．．． 176

第7 章　精彩制作实例

27 　 用8×8 LED 点阵屏做的

3D 打印小机器人．．．．．．．．．．．．．． 182

27．1 再现原设计的制作过程．．．．．．．．．182

27．2 设计优化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．184

28 　DIY 自平衡机器人．．．．．．．．．．．．．．． 186

28．1 原理简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．186

28．2 制作过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．187

29 　 用Arduino 自制无线遥控

机器人．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 192

29．1 总体设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．192

29．2 Arduino 下位机设计．．．．．．．．．．．．．192

29．2．1 机械部分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 192

29．2．2 电路部分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 194

29．2．3 下位机软件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 196

29．3 机器人上位机设计．．．．．．．．．．．．．．．．197

29．3．1 遥控器设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 197

29．3．2 上位机软件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 198

29．4 整体调试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．199

29．5　结束语．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．201

30 　开源群体机器人X-Bot．．．．．．．202

30．1 功能特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 202

30．2　规格说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 202

30．3　硬件结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 203

30．4　电路原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 203

30．5　软件架构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 203

30．6　关键技术．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 204

30．6．1　红外收发硬件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 204

30．6．2 红外多功能复用设计．．．．．．．．．．．．．． 204

30．6．3　电机固定方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 204

30．7　后记．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 206

31 　 300 元打造属于自己的

水下机器人．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．207

31．1 硬件构成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 207

31．1．1 Arduino Pro mini 及

CP2102 下载线．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 207

31．1．2 MPU6050 模块．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 208

31．1．3 L298N 电机驱动板模块．．．．．．．． 208

31．1．4 LED 照明模块．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 209

31．1．5 摄像模块．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 209

31．1．6 电源模块．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 209

31．2 系统构架与设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 209

31．2．1 硬件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 209

31．2．2 软件系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 210

31．3 密封及浮态调整．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．212

32 　 低成本打造Booby

家庭服务机器人．．．．．．．．．．．．．．．．．． 214

32．1 履带底盘的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．215

32．2 机械臂的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．215

32．3 机械臂测试程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．216

32．4 视频传输功能的设计．．．．．．．．．．．．．218

32．5 语音交流及眼睛动作的设计．．．． 219

32．6 眼睛控制程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．219

32．7 短信报警功能的设计．．．．．．．．．．．．．221

32．8 总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 222