為什么要制作機(jī)器人呢？你的動(dòng)機(jī)是什么？

機(jī)器人學(xué)能教你太多的知識(shí)，其涵蓋了 電子科學(xué)、機(jī)械學(xué)、控制理論、程序設(shè)計(jì)甚至動(dòng)物行為學(xué)和人類心理學(xué)。在開(kāi)始這個(gè)教程前先問(wèn)問(wèn)自己為什么要制作機(jī)器人，你的目的和動(dòng)機(jī)是什么，否則當(dāng)你半路 退出時(shí)還不知道自己到底為什么開(kāi)始。

既然你已經(jīng)知道自己為什么要制作一個(gè)機(jī)器人了，那么讓我們談?wù)勚谱鳈C(jī)器人你所需要知道的東西。

成功完成第一個(gè)機(jī)器人總是最難的。所以最好要采用KISS（Keep It Simple Stupid）方法：保持簡(jiǎn)單、目標(biāo)明確！這是一個(gè)非常好的建議，因?yàn)槲业牡谝粋€(gè)機(jī)器人目標(biāo)定位太高，浪費(fèi)了大量的資金，而且它根本沒(méi)有真正的工作過(guò)。你制作第一個(gè)機(jī)器人的目標(biāo)應(yīng)該是學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)，包括：如何編寫(xiě)程序、怎樣使用工具、弄懂用到的術(shù)語(yǔ)，學(xué)習(xí)基本的技術(shù)和怎樣用最便宜的價(jià)格搞到機(jī)器人的零件。 把你的酷酷的機(jī)器人點(diǎn)子應(yīng)用到你的第二個(gè)機(jī)器人上。隨后你可以使用從第一個(gè)機(jī)器人上拆下來(lái)的零件來(lái)制作第二個(gè)機(jī)器人。相信我。

準(zhǔn)備好了就開(kāi)始

機(jī)器人是非常昂貴的。一個(gè)熟練的機(jī)器人專家制作一個(gè)機(jī)器人基本上不用花什么錢。經(jīng)過(guò)多年的積累他們已經(jīng)有足夠的原材料，而不需要再去買大部分零件。專家們知道如何自己制作零件來(lái)代替成品，當(dāng)然他們也有能力自己制作。然而初學(xué)者并不知道這些。你可以在房子中找到制作機(jī)器 人所需要的大部份零件，但是不要指望只要用膠皮圈和牙簽就可以改裝出你的第一個(gè)機(jī)器人。要為你的第2或3個(gè)機(jī)器人準(zhǔn)備好更多的資金。第一個(gè)機(jī)器人至少也要花上100-200美元。當(dāng)你的技術(shù)越來(lái)越熟練你身邊會(huì)有更多可用的零件，以后制作機(jī)器人會(huì)變得更容易負(fù)擔(dān)。另一件事就是找個(gè)地方來(lái)制作機(jī)器人。加入一個(gè)機(jī)器人俱樂(lè)部，會(huì)員們經(jīng)常會(huì)借給你所需要的零件、工具、儀器以及無(wú)價(jià)的幫助和建議。

然后要有個(gè)設(shè)計(jì)

一個(gè)容易制作的機(jī)器人應(yīng)該是什么樣子呢？這看上去像一個(gè)愚蠢的問(wèn)題，但是我保證好好研究一下其他機(jī)器人會(huì)對(duì)你有很大的幫助。瀏覽網(wǎng)站上機(jī)器人相關(guān)的圖片。切記只看真正簡(jiǎn)單的機(jī)器人，不要在你的第一個(gè)機(jī)器人上想象和創(chuàng)造。如果你想制作一個(gè)能幫你拿啤酒并有視力的雙足機(jī)器人，那么你只是在自找麻煩。你要做的就是一個(gè)不會(huì)把自己創(chuàng)毀的2個(gè)輪子的東西。你要做的就是不會(huì)從桌上掉下去，不會(huì)發(fā)聲的兩輪的機(jī)器人。對(duì)于一個(gè)初學(xué)者來(lái)說(shuō)，能自己完成已經(jīng)是非常難的了。

這樣你的機(jī)器人會(huì)有兩個(gè)輪子，被機(jī)器人最基本的驅(qū)動(dòng)算法所驅(qū)動(dòng)-差分驅(qū)動(dòng)。

前進(jìn)時(shí)，兩個(gè)輪子要以相同速度前進(jìn)。 后退時(shí)，兩個(gè)輪子以相同速度后退。 左轉(zhuǎn)時(shí)，是左邊的輪子后退而右邊的輪子前進(jìn)。 右轉(zhuǎn)時(shí)，右邊的輪子后退而左邊的輪子前進(jìn)。

你可以通過(guò)改變兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)速度得到一些有趣的曲線。但是現(xiàn)在，為了保證你的第一個(gè)程序的簡(jiǎn)單，讓我們保持算法的二元性。哦對(duì)了不要忘了你還需要一個(gè)小腳輪（必須是摩擦力小的）。記不記得幾何里所學(xué)的3點(diǎn)成面？

要制作一個(gè)差分驅(qū)動(dòng)器我需要有什么呢？只需要有兩樣?xùn)|西：2個(gè)輪子和2個(gè)電機(jī)。聽(tīng)起簡(jiǎn)單，但我們還是需要一個(gè)整體的設(shè)計(jì)方案。

讓我們先從輪子開(kāi)始。大輪子會(huì)讓你的機(jī)器人移動(dòng)速度更快，而小的輪子會(huì)慢些。那為什么不直接用大的呢？大輪子意味著你的機(jī)器人有更小的轉(zhuǎn)矩去攜帶沉重的負(fù)荷，大輪子也更難很好的控制位置。而且你的傳感器一般跟不上位置快速的移動(dòng)。但另一方面，移動(dòng)慢的機(jī)器人常常會(huì)因自殺（比如撞擊到墻壁）而燒毀， 你權(quán)衡一下在做決定。我建議你的第一個(gè)機(jī)器人應(yīng)該使用直徑是2-3'的輪子。別忘了考慮你的輪子如何與你的電機(jī)連接。

好了現(xiàn)在我們來(lái)看看電動(dòng)機(jī)。為機(jī)器人選擇一個(gè)最優(yōu)的電動(dòng)機(jī)要考慮重量，傳動(dòng)比率（gearing ratios），地形的要求，速度和加速度的要求，電壓，耗電量，可控制性等一整系列的事情，這些對(duì)于一個(gè)初學(xué)者來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)直就是災(zāi)難，所以我們先應(yīng)付一下。讓你的機(jī)器人盡可能的輕，選一個(gè)不容易被燒壞的電機(jī)。但要記得電機(jī)越大電池的壽命越短、控制電路也更復(fù)雜更昂貴。

以下是我對(duì)你的第一個(gè)機(jī)器人電動(dòng)機(jī)的建議： 電壓：5V-8V；轉(zhuǎn)矩：是你設(shè)計(jì)需要的2倍。

網(wǎng)上有很多地方都賣直流電動(dòng)機(jī)。也可以考慮購(gòu)買伺服電動(dòng)機(jī)。他們的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和花費(fèi)基本相同。每一種都有自身的優(yōu)點(diǎn)。伺服電動(dòng)機(jī)更容易控制，但是他們的功率都比較小，需要明確的電壓，and are less intuitive。電機(jī)的功率和能量都比較大可以粗略的處理，但別忘了智能控制的是不會(huì)讓這種情況發(fā)生的。每個(gè)直流電機(jī)/伺服電機(jī)大概是1-40美元。我建議為你的第一個(gè)機(jī)器購(gòu)買8-20美元的電機(jī)。

下面來(lái)介紹動(dòng)力。不使用太陽(yáng)能和燃料，他們不會(huì)讓電機(jī)工作。用電池，要買可充電的那種，有高mAh（能量的容量），能在任何時(shí)候至少可以輸出1安培?？赏紤]通過(guò)對(duì)電池的并聯(lián)和串聯(lián)來(lái)控制總的電壓和電流。

電池有很多種，讓我們來(lái)討論最常用的3種。

堿性電池是最普通、最容易買到的，也是最便宜的一種。然而他們對(duì)我們來(lái)說(shuō)是沒(méi)有什么用處，不要買他們。他們的容量很低需要很多s，不能在短時(shí)間內(nèi)提供大電流，經(jīng)常的更換也會(huì)帶來(lái)昂貴的花銷。

鎳氫（鎳金屬氫化物）電池才真正的輕巧。今天手機(jī)中使用的電池就是鎳氫電池。鎳氫電池可以重復(fù)的充電，有良好的電流輸出，而且是高容量。然而鎳氫電池價(jià)格要比我要提到的其他兩種電池都要昂貴。我建議體積小的機(jī)器人可以使用鎳氫電池作為電源電路。鎳氫電池根據(jù)不同的因素有不同的充電時(shí)間，一般需要 5-10小時(shí)才能將電池充滿。

鎳鎘電池適合中小型的機(jī)器人，跟鎳氫電池相比能輸出更大的電流，而且在一兩小時(shí)內(nèi)即可完成充電。老式手機(jī)一般都采用鎳鎘電池。然而，給鎳鎘電池充電卻是一個(gè)黑色藝術(shù)。是否曾經(jīng)注意到一些老式手機(jī)的電池充電時(shí)間沒(méi)有剛買來(lái)時(shí)那么長(zhǎng)？這就叫做記憶效應(yīng)。鎳鎘電池在反復(fù)充電過(guò)程中，可以儲(chǔ)存的電量越來(lái)越少。為了防止記憶效應(yīng)，在每次充電前都要將電池充分放電。只要把連個(gè)電池接在一個(gè)玩具動(dòng)物上，直到它不動(dòng)為止。我想把電池接在一個(gè)電機(jī)上也會(huì)起到同樣的作用。記住，鎳鎘電池里面含有有毒的鎳材料，所以要把他們保存起來(lái)然后循環(huán)利用/妥當(dāng)處置。

我的建議是制作一個(gè)小型機(jī)器人，買2組6V的鎳氫電池組。每組加運(yùn)費(fèi)大概需要10-15美元。買2組電池可以將電動(dòng)機(jī)電源與電路電源隔離開(kāi)。作為一個(gè)初學(xué)者你肯定不會(huì)希望你的電動(dòng)機(jī)影響或燒毀你敏感的電路。一組電池給電動(dòng)機(jī)供電，另一組給電路供電。電路最好使用鎳氫電池，電動(dòng)機(jī)使用鎳鎘電池 還是鎳氫電池取決于你的電動(dòng)機(jī)功率的期望值，由你自己選擇。

使用任何的電源，都要確保使用一個(gè)好的機(jī)器人功率調(diào)節(jié)電路去幫助你控制你的電源。

現(xiàn)在你需要一個(gè)好的電路。忘記你自己的設(shè)計(jì)。最好讓你的第一個(gè)機(jī)器人簡(jiǎn)單，所以一個(gè)現(xiàn)成的電路是最簡(jiǎn)單的。他們一般被稱作微型控制器，最流行的是基于PIC，ATMEL和BASIC Stamp的控制器。Stamps控制器雖然使用簡(jiǎn)單但是提供功能比較少。如果你有編程基礎(chǔ)，我建議你使用基于PIC的控制器。在網(wǎng)頁(yè)上搜索在線微型控制器 (microcontrollers online)或者查看我們的機(jī)器人配件列表。

一個(gè)控制器的售價(jià)大約在80-120美元，另外還需要30美元夠買一個(gè)編程器（將你的電腦中的程序上載到芯片中），使用基于PIC的控制器還需要一個(gè)專業(yè)的編譯軟件，從免費(fèi)到600美元價(jià)格不等。你也可以手工制作一個(gè)真正便宜的編譯器。只要確認(rèn)你的控制芯片有內(nèi)置的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，LED驅(qū)動(dòng)和模擬信號(hào)輸入\輸出?，F(xiàn)在不要擔(dān)心他們是什么，只要 確認(rèn)你的芯片有他們就可以了。同樣要考慮功率要求。最好還有使用手冊(cè)和樣例程序，來(lái)介紹芯片的使用方法。但事實(shí)上就是簡(jiǎn)單的即插即用。只要按步驟插上電源，安裝好電動(dòng)機(jī)\伺服系統(tǒng)，連接好你的傳感器，再對(duì)它們編程。你的電路就完成了。在你買第一個(gè)控制芯片的時(shí)候要切記，一定要買使用簡(jiǎn)單的。你真正的了解那些附加的功能是做什么用的嗎？你的第一個(gè)機(jī)器人，目的應(yīng)該是學(xué)習(xí)怎么制作一個(gè)機(jī)器人，而不是制作 一個(gè)靈巧的機(jī)器人。

現(xiàn)在怎么讓我的機(jī)器人成為一個(gè)機(jī)器人呢？

那么讓我們來(lái)學(xué)一個(gè)基本的傳感器：

光敏電阻是最基本的傳感器。以前聽(tīng)過(guò)photovore機(jī)器人嗎？如果沒(méi)有可以到google上查一下。photovore機(jī)器人一般有2個(gè)光敏電阻，安裝在機(jī)器人的兩側(cè)，內(nèi)部運(yùn)行二進(jìn)制算法。運(yùn)行中如果左側(cè)的傳感器感應(yīng)的亮度比右側(cè)的強(qiáng)，那么就會(huì)通知的你的差分驅(qū)動(dòng)器向左轉(zhuǎn)。把光敏電阻傳感器對(duì)準(zhǔn)地面，掃清地面上的障礙——你的機(jī)器人會(huì)避開(kāi)在行進(jìn)路線上的物體投影。是的就是這么簡(jiǎn)單！還有很多廉價(jià)簡(jiǎn)單的傳感器裝置，這僅僅是一個(gè)好的 開(kāi)始。

好的你已經(jīng)湊齊了所有的零件，但還不是一個(gè)機(jī)器人。現(xiàn)在是設(shè)計(jì)制作機(jī)器人底盤(pán)的時(shí)候了。我先說(shuō)設(shè)計(jì)的原因，是因?yàn)橄茸龊糜?jì)劃通常是個(gè)好主意。通過(guò)經(jīng)驗(yàn)我發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)上花的1個(gè)小時(shí)，在制作的時(shí)候就會(huì)少花1小時(shí)（而且直接制作的機(jī)器人構(gòu)造一般還是低質(zhì)量的）。初學(xué)者可能會(huì)在設(shè)計(jì)上遇到困難，因?yàn)樗蛩恢朗裁纯梢怨ぷ魇裁床荒?。但是我仍然建議先設(shè)計(jì)。使用能顯示所有零件、螺絲釘、一切部分安裝位置的3D CAD程序，每個(gè)部件都有意設(shè)計(jì)成最少的鉆孔和最小的切割面，計(jì)算每個(gè)部分的阻力和需要功率以保證它們都符合規(guī)格。這樣能幫后面的工作省不少時(shí)間。

現(xiàn)在開(kāi)始發(fā)揮你的想象力。要確實(shí)的按上面所說(shuō)的做?；旧夏阈枰獩Q定的就是外形、零件的位置和如何將各個(gè)零件連接在一起。在設(shè)計(jì)上花的時(shí)間越多，你制作機(jī)器人的花費(fèi)會(huì)更少，時(shí)間會(huì)更短。在設(shè)計(jì)的時(shí)候在要記得，計(jì)劃好鉆孔的位置，如何從鋁板料，聚乙烯或谷類食品盒上切割零件，還要平衡重量。廢物堆、舊玩具和mcmaster.com都是找零件的好地方。使用LEGO玩具來(lái)制作原型早些發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷。還建議你使用尼龍搭扣和雙面膠帶這樣讓你修改起來(lái)很輕松。電池應(yīng)該始終使用尼龍搭扣來(lái)連接——使得充電很方便。估計(jì)你的第一個(gè)機(jī)器人會(huì)修改很多，所以設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該讓你的機(jī)器人更容易更改。

其他提示：

• 不要重新發(fā)明輪子。去網(wǎng)上看看其他人做的東西，然后模仿著做。這可能沒(méi)有創(chuàng)造性，但這是你的第一個(gè)機(jī)器人，不要指望在第一次嘗試的時(shí)候就發(fā)明相對(duì)論。
  

• 加入機(jī)器人俱樂(lè)部。他們有你需要的所有設(shè)備和建議。他們會(huì)成為一個(gè)巨大的支持團(tuán)隊(duì)，有可能會(huì)找到合作伙伴來(lái)一起制作機(jī)器人。
  

• 參加機(jī)器人競(jìng)賽。這樣會(huì)給你動(dòng)力，設(shè)計(jì)目標(biāo)和完成機(jī)器人的最后期限。另外如果贏得了獎(jiǎng)金，你的機(jī)器人就能自己賺錢了。只是不要等到比賽前2個(gè)星期才開(kāi)始。也不要指望你第一次就能獲勝，除非在比賽開(kāi)始的前一個(gè)月你已完成機(jī)器人。那樣你就有很多的時(shí)間來(lái)調(diào)整和完善你的機(jī)器人。從失敗中吸取教訓(xùn)重新設(shè)計(jì)你的第一個(gè)機(jī)器人然后下次繼續(xù)參加。
  

• 買零件也是一個(gè)技巧。尋找零件，確認(rèn)符合你的規(guī)格并且買得起就是一個(gè)挑戰(zhàn)。
  

• 隨著機(jī)器人規(guī)模的線性增加，它的花費(fèi)和難度都成指數(shù)增加。讓你的機(jī)器人盡可能的小巧輕便。
  

• 最重要的一定要切記遵循KISS原則，保證機(jī)器人的簡(jiǎn)單。