智能機器人製作進階

臧海波

是《無線電》雜誌金牌作者，在機器人製作、音響DIY領域有較強功底和一定影響力，
著有《仿生機器人製作入門》、《機器人製作從入門到精通》，
翻譯有《小型智能機器人製作全攻略(第4版)》、《愛上製作》等書。

第1章模擬機器人…………………………………………………… 001
1．1高熵系統與尋光機器人…………………………………… …………………… 002
1．1．1尋光機器人機械部分的製作………………………………………………………… 002
1．1．2尋光機器人電子部分的製作………………………………………………………… 004
1．1．3高熵系統………………………………… …………………………………………… 006
1．1．4結論…………………………………………………………………… ……………… 007
1．2 2D光電跟蹤頭…………………………………………………………………… 008
1．2．1 2D光電跟蹤頭的構造………………………………………………………………… 009
1．2．2製作過程……………………………………… ……………………………………… 010
1．2．3調試與思考…………………………………………………………………………… 012
1．2．4換個玩法…………… ………………………………………………………………… 014

第2章神經網絡機器人……………………………………………… 015
2．1 3D光電跟蹤頭…………………………………………………………………… 016
2．1．1材料的選擇………………… ………………………………………………………… 017
2．1．2機械結構的製作過程…………………………………………… …………………… 019
2．1．3電子部分的製作過程………………………………………………………………… 021
2．1．4效果…………………… ……………………………………………………………… 024
2．2機器螞蟻…………………………………………………… …………………… 025
2．2．1製作機器螞蟻………………………………………………………………………… 025
2．2． 2測試版螞蟻的製作…………………………………………………………………… 028
2．2．3經典的BEAMant 6．0機器螞蟻的製作…… ………………………………………… 030
2．2．4機器螞蟻的運行效果…………………………………………………………… …… 033
2．2．5借助遊戲模擬神經網絡……………………………………………………………… 034
2．3 CPG小實驗……………… …………………………………… ……………… 035
2．3．1關於CPG ……………………………………………………………………………… 035
2．3．2 CPG步態……………………………………………………………………………… 036
2．3．3 4足機器人的製作……………… ……………………………………………………… 039
2．3．4加入意識……………………………………………………… ……………………… 041
2．3．5結論…………………………………………………………………………………… 043

第3章數字機器人…………………………………………………… 044
3．1基於Arduino的機器龜………………………………………… ………………… 045
3．1．1機器龜的結構部分…………………………………………………………………… 045
3．1．2用光驅外殼或飛盤製作機器人底盤………………………………………………… 048
3．1．3機器龜的電子部分……………………………… …………………………………… 050
3．1．4為機器龜編程…………………………………………………………………… …… 053
3．1．5自製Arduino控制器…………………………………………………………………… 054
3．2打造人工小環境………… ……………………………………………………… 057
3．2．1製作過程……………………………………………………… ……………………… 058
3．2．2智能溫室控制器的使用方法………………………………………………………… 063
3．3 9自由度機器烏龜………………… ……………………………………………… 067
3．3．1所需的工具和材料…………………………………………………… ……………… 068
3．3．2設計機器烏龜的結構件……………………………………………………………… 069
3．3．3加工機器烏龜的結構件……………………………………………………………… 072
3．3．4機器烏龜整體結構的組裝…………………………………………………………… 074
3．3．5機器烏龜的電子部分…………… …………………………………………………… 078
3．3．6最後的總裝……………………………………………………… …………………… 080
3．4機器手指………………………………………………………………………… 081
3．4．1機器手指的設計……………………………………………………………………… 082
3．4．2裝配…………………………………… ……………………………………………… 084
3．4．3結論………………………………………………………………… ………………… 086
3．5 6足機器人………………………………………………………………………… 087
3．5．1 6足機器人的構成………………………………………… ………………………… 088
3．5．2裝配過程……………………………………………………………………………… 090
3 ．5．3夾持器的安裝………………………………………………………………………… 101
3．5．4手工製作機器人骨架……… ………………………………………………………… 105
3．6傳感器、舵機、Arduino和機器狗……………………………………… ……… 108
3．6．1 10自由度機器狗……………………………………………………………………… 108
3．6．2程序讓機器狗活起來………………………………………………………………… 114
3．6．3一些隨機想法…………… …………………………………………………………… 115
3．7數控焰火——“火神” ……………………………………… …………………… 116
3．7．1 “火神”的構思………………………………………………………………………… 116
3 ．7．2機器手的製作………………………………………………………………………… 117
3．7．3點火裝置的製作………… …………………………………………………………… 125
3．7．4加工底盤………………………………………………… …………………………… 126
3．7．5總裝…………………………………………………………………………………… 127
3．7．6 “火神”的效果……………………………… ………………………………………… 129
3．7．7結論……………………………………………………………………… …………… 131
3．8模塊化智能小車製作全攻略…………………………………………………… 132
3．8．1成品模塊……………… ……………………………………………………………… 132
3．8．2小車………………………………………………… ………………………………… 134
3．8．3傳感器……………………………………………………………………………… … 135
3．8．4主控板………………………………………………………………………………… 137
3．8．5電機驅動……… ……………………………………………………………………… 138
3．8．6系統總裝……………………………………… ……………………………………… 139
3．8．7程序模塊……………………………………………………………………… ……… 142
3．8．8顯示模塊……………………………………………………………………………… 148
3．8．9自製模塊… …………………………………………………………………………… 150
3．9簡單好玩的入門級雙足機器人……………………… ………………………… 154
3．9．1機器人的結構設計…………………………………………………………………… 155
3．9 ．2結構部分的製作…………………………………… ……………………………… 156
3．9．3電子部分的製作……………………………………………………………………… 157
3．9．4程序部分……………………………………………………………………………… 160
3．10用步進電機打造一輛繪圖小車………………………………………………… 161
3．10．1 42步進電機……………………………………………………… …………………… 161
3．10．2 A4988驅動模塊……………………………………………………………………… 163
3．10．3製作小車……………………………………………………………………………… 166
3．10．4電子部分…………… ………………………………………………………………… 167
3．10．5繪圖小車…………………………………………… ………………………………… 168
3．11 Arduino+Processing製作極客風格繪圖機…………………………………… 172
3．11．1硬件……… …………………………………………………………………………… 172
3．11．2軟件…………………………………… ……………………………………………… 174
3．11．3測試………………………………………………………………… ………………… 177
3．11．4優化…………………………………………………………………………………… 178
3．11 ．5硬件升級…………………………………………… ………………………………… 181
3．11．6軟件優化…………………………………………………………………………… … 182
3．11．7舵機的選擇…………………………………………………………………………… 186
3．11．8 TSP藝術…… ………………………………………………………………………… 187
3．12自製數控式多米諾骨牌碼放機…………………………… …………………… 190
3．12．1設計思路……………………………………………………………………………… 190
3．12．2製作碼牌機…………………………………………………………………………… 192
3．12．3控製程序………… …………………………………………………………………… 194
3．12．4問題和改進思路…………………………………… ………………………………… 200
3．13畫蛋機…………………………………………………………………………… 203
3．13．1 Sphere Bot …………………………………………………………………………… 203
3．13．2畫蛋機的電子部分…… ……………………………………………………………… 204
3．13．3創客應該怎麼選購工具………………………………… …………………………… 206
3．13．4畫蛋機的結構部分…………………………………………………………………… 208

第4章機器人衍生項目…………………………………… ……… 211
4．1自製簡易數字式電子計算機…………………………………………………… 212
4．1．1運算器的設計………………… ……………………………………………………… 212
4．1．2寄存器的設計…………………………………………………… …………………… 218
4．1．3數據總線與輸入/輸出端的設計……………………………………………………… 218
4．1．4簡易計算機的使用方法……………………………………………………………… 221
4．1．5由繼電器構成的機電式加法機……………………………………………………… 222
4．2自製簡易小臺鑽………………… ……………………………………………… 224
4．2．1結構設計……………………………………………………………… ……………… 225
4．2．2工具和材料準備……………………………………………………………………… 225
4．2．3機械結構的製作……………………………………………………………………… 226
4．2．4電路部分的製作………………………… …………………………………………… 228
4．2．5使用效果………………………………………………………………… …………… 230
4．2．6後記…………………………………………………………………………………… 231
4．3把玩時間——自製機電一體時鐘…………………… ……………………… 233
4．3．1設計思路……………………………………………………………………………… 234
4． 3．2製作結構部分………………………………………………………………………… 235
4．3．3製作電子部分………………… ……………………………………………………… 237
4．3．4運行效果……………………………………………………… ……………………… 240
4．4自製一臺簡單、實用的密碼機………………………………………………… 241
4．4．1單碼加密法…………………………………………………………………………… 241
4．4．2設計密碼機……… …………………………………………………………………… 244
4．4．3製作密碼機……………………………………… …………………………………… 245
4．4．4總結…………………………………………………………………………… ……… 248