智能小車機器人制作大全（第2版）

第1 章　智能小車機器人制作入門
01 　 從車輪開始的智能小車制作之旅．．．．2
1．1 車輪和履帶．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3
1．2 車輪的種類及選購．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4
02 　 為小車選擇合適的電機．．．．．．．．．．．．．7
2．1　直流電機的結(jié)構(gòu)與參數(shù)．．．．．．．．．．．．．．． 7
2．2　電機的減速機構(gòu)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9
2．3　電機軸．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
03 　 電機驅(qū)動電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 13
3．1　舵機與驅(qū)動電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
3．2　步進電機與驅(qū)動電路．．．．．．．．．．．．．．．．．13
3．3　直流電機與驅(qū)動電路．．．．．．．．．．．．．．．．．15
04 　 供電系統(tǒng)——電池．．．．．．．．．．．．．．．．．20
4．1　碳鋅電池．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20
4．2　堿性電池．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
4．3　鎳鎘電池．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
4．4　鎳氫電池．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
4．5　鋰電池和鋰離子電池．．．．．．．．．．．．．．．． 22
4．6　鉛酸電池．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 23
05 　 車架與主控制器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25
5．1　車架．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 25
5．2　主控制器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 26
06 　讓機器小車運動起來．．．．．．．．．．．．．．29
07 　給小車一雙“眼睛”．．．．．．．．．．．．．．33
7．1　避障原理分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 33
7．1．1　探測．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 33
7．1．2　處理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 34
7．2　選擇與自制簡易避障傳感器．．．．． 34
7．2．1　觸須開關(guān)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 35
7．2．2　簡易紅外避障傳感器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 36
08 　智能小車的速度控制．．．．．．．．．．．．．．38
8．1　最簡單的調(diào)速方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 38
8．2　PWM 調(diào)速．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 38
09 　讓你的小車會聽話．．．．．．．．．．．．．．．．． 41
9．1　模型遙控器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41
9．2　紅外遙控器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 42
9．3　用手機藍牙功能遙控機器小車．．．．．．．43
10 　讓小車看得到、聽得見．．．．．．．．．．．47
11 　小車制作總結(jié)篇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 51
第2 章　智能小車機器人基礎(chǔ)實例
12 　模塊化循跡智能小車．．．．．．．．．．．．．．54
12．1　硬件結(jié)構(gòu)和原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 54
12．1．1　主控板．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 54
12．1．2　光電對管板．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 55
12．1．3　電機驅(qū)動板．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 55
12．1．4　藍牙板．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 55
12．1．5　電源．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 56
12．2　軟件設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 56
12．2．1　軌跡檢測．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 56
12．2．2　速度控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 57
12．2．3 方向控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 57
12．2．4 Bang-bang 控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 58
12．3　總結(jié)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 58
13 　簡易超聲波避障小車．．．．．．．．．．．．．．59
13．1　超聲波避障原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 59
13．1．1 超聲波測距原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 59
13．1．2 避障原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 59
13．2 硬件設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 59
13．3　軟件設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 63
13．4　總結(jié)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 63
14 　簡易跟隨小車．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．64
14．1　物體跟隨原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 64
14．2　硬件設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 64
14．3　程序設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 65
14．4　距離測量及偏差計算．．．．．．．．．．．．．． 65
14．5　PID 計算及參數(shù)整定．．．．．．．．．．．．．． 65
14．6 小車控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 66
14．7 總結(jié)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 66
15 　走迷宮小車．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．67
15．1　走迷宮原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 67
15．1．1　路口識別與處理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 67
15．1．2　路徑優(yōu)化算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 69
15．2 硬件設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 70
15．2．1 電源管理模塊．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 70
15．2．2 電機驅(qū)動模塊．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 71
15．2．3 紅外光電對管模塊．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 71
15．2．4 模塊組裝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 71
15．3 軟件設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．71
15．4　項目總結(jié)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 73
16 　 安卓系統(tǒng)藍牙遙控
智能小車的改造．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．74
16．1 改造之旅．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 74
16．2 功能應(yīng)用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 76
16．2．1 直流電機驅(qū)動．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 77
16．2．2 藍牙功能．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 77
16．2．3 數(shù)據(jù)采集功能．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 78
16．2．4 電源．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 78
16．2．5 其他功能．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 79
17 　語音智能繪圖小車．．．．．．．．．．．．．．．．．80
17．1　設(shè)計原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 80
17．2 制作過程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．81
17．3 總結(jié)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 82
18 　 基于Arduino 與LabVIEW 的
無線遙控智能小車．．．．．．．．．．．．．．．．．83
18．1 Arduino 下位機硬件設(shè)計．．．．．．． 83
18．2 Arduino 下位機軟件設(shè)計．．．．．．． 85
18．3 LabVIEW 上位機軟件設(shè)計．．．． 85
18．4 調(diào)試與故障排除．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 87
18．5 結(jié)束語．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 87
第3 章　智能小車機器人高級實例
19 　 用任天堂Wii 手柄遙控
智能小車．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．90
19．1 任天堂Wii 手柄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 90
19．2　 RF 無線數(shù)傳模塊APC220
的使用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．91
19．3　智能小車的結(jié)構(gòu)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 92
19．4　 Wii 手柄與Arduino 控制器的
硬件接口方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 92
19．5　 任天堂Wii 手柄遙控慧魚車
程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 93
20 　 利用體感手柄遙控的
樂高星戰(zhàn)車．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．96
20．1 樂高星戰(zhàn)車的結(jié)構(gòu)組成．．．．．．．．．． 96
20．2 Arduino 電控部件介紹．．．．．．．．．． 97
20．3 樂高星戰(zhàn)車的程序設(shè)計．．．．．．．．．． 99
20．4 結(jié)束語．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 101
21 　 藍牙遙控小車制作教程．．．．．．．．． 102
21．1 軟件部分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．102
21．1．1 燒寫Arduino 程序．．．．．．．．．．．．．．．．． 103
21．1．2 Processing 上位機程序．．．．．．． 103
21．2 硬件部分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．103
21．2．1 電機驅(qū)動板．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 104
21．2．2 藍牙模塊．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．104
21．2．3 電源模塊．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．104
21．2．4 電池．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．104
21．2．5 開關(guān)思想．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 105
21．2．6 四驅(qū)車車體．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 105
21．2．7 成品多角度展示．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 105
21．2．8 組裝教程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 105
21．3 無線控制實現(xiàn)過程．．．．．．．．．．．．．．．．106
22 　 基于Arduino 的Wi-Fi 視頻
監(jiān)控小車．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 107
22．1 小車的制作過程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．107
22．2 路由器的設(shè)置方法．．．．．．．．．．．．．．．．109
23 　 Wi-Fi 視頻小車DIY 手記．．．．．113
24 　 用網(wǎng)絡(luò)攝像頭快速搭建Wi-Fi
視頻監(jiān)控小車．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．118
24．1 材料準備．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 118
24．2 硬件連接．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 119
24．3 捕獲步進電機信號控制
直流電機．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 121
25 　 智能全向移動平臺自制攻略．．．． 124
25．1 兵馬未動，糧草先行．．．．．．．．．．．．．124
25．2 從紙上談兵到躬行實踐．．．．．．．．．126
25．3 調(diào)試．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．127
25．4 前景展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．128
26 　 藍牙遙控版智能全向
移動平臺．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 129
26．1 躬行“硬”功夫．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．129
26．2 躬行“軟”功夫．．．．．．．．．．．．．．．．．．．130
26．2．1 單片機功能模塊設(shè)置．．．．．．．．．．．．．． 130
26．2．2 藍牙模塊以及手機端的．
使用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 131
26．2．3 運動控制篇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 133
26．3 結(jié)束語．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．134
27 　 開啟樹莓派機器人制作之旅．．． 135
27．1　硬件搭建篇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．135
27．2　Python 庫配置篇．．．．．．．．．．．．．．．．．136
27．3　Python GPIO 調(diào)試篇．．．．．．．．．．137
27．4　Python UART 調(diào)試篇．．．．．．．．．138
27．5　機器人控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．139
28 　 目標跟隨小車——讓手機成為
Arduino 的眼睛．．．．．．．．．．．．．．．．．．．141
28．1 App 篇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 141
28．2 Arduino 篇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．142
28．3 尾聲．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．144
29 　 利用樹莓派搭建的
遠程監(jiān)控系統(tǒng)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 145
29．1 緣起小車．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．145
29．2 為小車升級．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．145
29．3 打造遠程監(jiān)控系統(tǒng)．．．．．．．．．．．．．．．．146
29．3．1 在樹莓派上進行的制作．．．．．．．．． 147
29．3．2 在Arduino 上進行的制作．．．．．．147
29．4 制作．NET 控制端程序．．．．．．．．．147
30 　 自主導(dǎo)航機器人的制作．．．．．．．．． 149
30．1 車體設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．149
30．2 硬件設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．150
30．2．1 控制器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 150
30．2．2 傳感器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 150
30．2．3 供電．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 151
30．3 程序設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 151
30．3．1 主要思路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 151
30．3．2 流程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 151
30．3．3 避障．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 151
30．3．4 旋轉(zhuǎn)角的確定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 151
30．3．5 GPS 數(shù)據(jù)接收．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 152
30．3．6 關(guān)于自動控制算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 152
30．4 后記．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．152
第4 章　智能小車機器人設(shè)計與
制作完整方案
31 　 百元科普開源藍牙遙控小車．．．． 154
31．1　概況介紹．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．154
31．1．1　技術(shù)要點．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 154
31．1．2　PWM 調(diào)速．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 155
31．1．3　制作裝配．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 155
31．1．4　驅(qū)動結(jié)構(gòu)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 156
31．1．5　電源的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 157
31．1．6　下載程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 157
31．1．7　操作與調(diào)試．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 158
31．1．8　競技比賽．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 160
31．2　深入研討．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．160
31．2．1　電路介紹．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 161
31．2．2　軟件介紹．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 162
32 　 單片機智能小車
CarBot 開發(fā)詳解．．．．．．．．．．．．．．．． 166
32．1 小車的設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．166
32．2 小車的制作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．167
32．3 典型案例庫開發(fā)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．168
32．3．1 手機遙控．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 168
32．3．2 小車避障．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 174
32．4 多功能遙控手柄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．176
32．4．1 電源部分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 176
32．4．2 接口部分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 176
32．4．3 加速度重力感應(yīng)模塊．．．．．．．．．．．．．． 176
32．4．4 藍牙模塊主從設(shè)置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 176
32．4．5 無線模塊HC-11．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 178
32．4．6 液晶顯示屏．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 179