很多初學(xué)者可能都是看了一些視頻或是現(xiàn)場(chǎng)的比賽，勾起了兒時(shí)的美好回憶，興起了自己動(dòng)手制作機(jī)器人的念頭，很多人可能并不是嵌入式開(kāi)發(fā)的業(yè)內(nèi)人士，甚至沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)這些名詞，看著別人滿(mǎn)地亂跑的各種機(jī)器人，頗有無(wú)處下手的感覺(jué)。有的人一上來(lái)就準(zhǔn)備做一個(gè)可以雙足行走的人形機(jī)器人，可以平穩(wěn)行走，可以靠攝像頭來(lái)讀取環(huán)境信息，可以語(yǔ)音識(shí)別，最好還可以變形……

　　

 

我的意見(jiàn)是：新手最好還是老老實(shí)實(shí)的從小車(chē)開(kāi)始吧。人形機(jī)器人可以說(shuō)是一個(gè)系統(tǒng)的大工程，不是一個(gè)人玩的起來(lái)的，而且資金上的投入也是不可計(jì)量的。一個(gè)人形機(jī)器人的成型產(chǎn)品最少要賣(mài)到幾千塊——要知道，你在開(kāi)發(fā)過(guò)程中是不可能沒(méi)有錯(cuò)誤投入的。機(jī)器人小車(chē)技術(shù)上門(mén)檻較低，資金投入也少，市場(chǎng)上的各種產(chǎn)品和零配件的支持也較多，雖然簡(jiǎn)單，但可以實(shí)現(xiàn)的功能可一點(diǎn)也不少。

　　

我在這里憑自己的經(jīng)驗(yàn)介紹一些自己動(dòng)手制作機(jī)器人小車(chē)的基礎(chǔ)知識(shí)，如果你是曾經(jīng)自己動(dòng)手做過(guò)的高手，那么你可以繞行，我這里介紹的都是為未入門(mén)者準(zhǔn)備的最基本的理論知識(shí)和一些動(dòng)手經(jīng)驗(yàn)。

　　

那么現(xiàn)在我們開(kāi)始，首先是理論部分——小車(chē)的控制結(jié)構(gòu)。

　　

　　

小車(chē)是怎么來(lái)控制的？為什么小車(chē)判斷出障礙物后可以自動(dòng)的繞開(kāi)？

　　

理論：控制工程——處理自動(dòng)控制系統(tǒng)各種工程實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的綜合工程技術(shù)。包括對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)提出要求（即規(guī)定指標(biāo)）、進(jìn)行設(shè)計(jì)、構(gòu)造、運(yùn)行、分析、檢驗(yàn)等過(guò)程。它是在電氣工程和機(jī)械工程的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。

　　

閉環(huán)控制：閉環(huán)控制有反饋環(huán)節(jié)，通過(guò)反饋系統(tǒng)是系統(tǒng)的精確度提高，響應(yīng)時(shí)間縮短，適合于對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，穩(wěn)定要求高的系統(tǒng)。

　　

開(kāi)環(huán)控制：開(kāi)環(huán)控制沒(méi)有反饋環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的穩(wěn)定不高，響應(yīng)時(shí)間相對(duì)來(lái)說(shuō)很長(zhǎng)，精確度不高，使用于對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定精確度要求不高的簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。

　　

一般稍微復(fù)雜一點(diǎn)的機(jī)器人小車(chē)都是閉環(huán)控制，也就是說(shuō)它有一個(gè)反饋機(jī)制，會(huì)根據(jù)自己配備的各種傳感器來(lái)讀取環(huán)境信息，并且根據(jù)這些環(huán)境信息來(lái)決定自己下一步的行動(dòng)，決定好后將行動(dòng)指令發(fā)給執(zhí)行系統(tǒng)，使機(jī)器人做出合適的動(dòng)作。當(dāng)然也有的機(jī)器人小車(chē)是開(kāi)環(huán)控制，我就見(jiàn)過(guò)一個(gè)機(jī)器人小車(chē)配了一支筆，將機(jī)器人放在紙上，機(jī)器人一轉(zhuǎn)，刷的一下在紙上畫(huà)出一個(gè)圈來(lái)，當(dāng)然由于摩擦力和機(jī)械誤差等原因，畫(huà)出來(lái)的圓圈可能不閉合，也可能不圓。不過(guò)人家阿Ｑ都說(shuō)了：“孫子才畫(huà)的圓呢……”

　　

　

 

有點(diǎn)迷糊？沒(méi)關(guān)系，其實(shí)簡(jiǎn)單一點(diǎn)說(shuō)就是這樣：機(jī)器人可以分為三部分——傳感器部分、控制器部分、執(zhí)行器部分。

　　

傳感器部分：機(jī)器人用來(lái)讀取各種外部信號(hào)的傳感器，以及控制機(jī)器人行動(dòng)的各種開(kāi)關(guān)。好比人的眼睛、耳朵等感覺(jué)器官。

　　

控制器部分：接收傳感器部分傳遞過(guò)來(lái)的信號(hào)，并根據(jù)事前寫(xiě)入的決策系統(tǒng)（軟件程序），來(lái)決定機(jī)器人對(duì)外部信號(hào)的反應(yīng)，將控制信號(hào)發(fā)給執(zhí)行器部分。好比人的大腦。

　　

執(zhí)行器部分：驅(qū)動(dòng)機(jī)器人做出各種行為，包括發(fā)出各種信號(hào)（點(diǎn)亮發(fā)光二極管、發(fā)出聲音）的部分，并且可以根據(jù)控制器部分的信號(hào)調(diào)整自己的狀態(tài)。對(duì)機(jī)器人小車(chē)來(lái)說(shuō)，最基本的就是輪子。這部分就好比人的四肢一樣。

　　

好的，現(xiàn)在我們來(lái)分析一下機(jī)器人小車(chē)的避障行為控制：機(jī)器人正在行走過(guò)程中（人在路上走），忽然接收到裝在機(jī)器人前部的傳感器發(fā)來(lái)的一個(gè)“左前方有障礙物” 的信號(hào)（人眼發(fā)現(xiàn)左前方有一根電線桿），我們事先寫(xiě)在機(jī)器人控制芯片中的程序算法要求機(jī)器人發(fā)現(xiàn)左前方有障礙物就往右邊轉(zhuǎn)（人發(fā)現(xiàn)左前方有電線桿就應(yīng)該往右躲——什么，你還要繼續(xù)往前走？你牛！那我就等著聽(tīng)響了，哦，原來(lái)你只是想去看上面的小廣告……），控制芯片對(duì)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器——或是輪子，或是雙足 ——發(fā)出向右轉(zhuǎn)的指令（人大腦發(fā)出向右轉(zhuǎn)的指令，通俗點(diǎn)說(shuō)就是“拐了拐了”），此時(shí)機(jī)器人的執(zhí)行器部分應(yīng)該立即響應(yīng)控制器的指令，改變自己的狀態(tài)，使機(jī)器人的前進(jìn)方向改變，避開(kāi)障礙物（恭喜你，躲開(kāi)了電線桿）。怎么樣，是不是有了點(diǎn)機(jī)器“人”的意思？

　　

那么這三部分是怎么聯(lián)系起來(lái)的呢？很簡(jiǎn)單：電！其實(shí)機(jī)器人小車(chē)就是一個(gè)電子作品，傳感器將外部的光信號(hào)、聲音信號(hào)、溫度信號(hào)等全部轉(zhuǎn)換為控制部分可以接受的電信號(hào)，控制系統(tǒng)發(fā)出的指令也是各種電信號(hào)，通過(guò)執(zhí)行部分轉(zhuǎn)變?yōu)殡姍C(jī)輸出的扭矩、聲音、光信號(hào)等等。

　　

下面我來(lái)分別介紹一下這三個(gè)部分。

　　

　　

傳感器是機(jī)器人的眼睛，想要小車(chē)完成不同的任務(wù)就要配備各種不同的傳感器。

　　

現(xiàn)在市場(chǎng)上林林總總的傳感器數(shù)不勝數(shù)，一般個(gè)人機(jī)器人愛(ài)好者經(jīng)常使用的有碰撞檢測(cè)傳感器（碰撞開(kāi)關(guān)）、紅外測(cè)障傳感器、紅外測(cè)距傳感器、光敏電阻、電子溫度計(jì)、電子指南針等等。

　　

一般機(jī)器人用的傳感器返回的信號(hào)分兩種：一種返回值很簡(jiǎn)單，只有兩個(gè)狀態(tài)：“有”或者“沒(méi)有”；“是”或者“不是”；“0”或者“1”。我一般習(xí)慣把這種量稱(chēng)為“狀態(tài)量”。它所反映的是一種狀態(tài)，只是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的“是”或“否”。比如“機(jī)器人左邊有沒(méi)有障礙物”，“有沒(méi)有聲音信號(hào)”等。還有一種返回值返回的是一個(gè)已知范圍內(nèi)任意值，比如一只光敏電阻返回的信號(hào)就可能是0～5V范圍內(nèi)的任意電壓信號(hào)。我一般把這種量稱(chēng)為“強(qiáng)度量”。它所反映的是一個(gè)有效范圍內(nèi)的強(qiáng)度。比如“機(jī)器人左邊的障礙物有多遠(yuǎn)”，“現(xiàn)在的聲音信號(hào)有多強(qiáng)”等。

　　

“狀態(tài)量”反映的信息較簡(jiǎn)單，相應(yīng)的傳感器也較簡(jiǎn)單，成本較低。而“強(qiáng)度量”反映的信息則較豐富，相應(yīng)的傳感器的成本就會(huì)比較高，同時(shí)給控制上也帶來(lái)了更大的靈活和復(fù)雜。

　　

下面我們來(lái)看一些常用的傳感器：

　　

　　

 

碰撞開(kāi)關(guān)：電路常開(kāi)，碰到障礙物后連通，可以用來(lái)檢測(cè)機(jī)器人是否發(fā)生碰撞?！　?/div>