巡邊機(jī)器人詳細(xì)制作教程

本項(xiàng)目介紹的是一個(gè)既簡(jiǎn)單又有趣的巡邊機(jī)器人，即可以自主的沿著墻壁的邊緣行走，這和老鼠的行為很像，為此再加上專門的造型設(shè)計(jì)，儼然一只在黑暗中偷偷摸摸的狡猾老鼠。通常要實(shí)現(xiàn)類似沿墻走的功能，往往需要紅外線或者超聲波等之類較為高級(jí)的傳感器，且還要加上復(fù)雜的控制電路，而本項(xiàng)目卻是用簡(jiǎn)單到僅有幾個(gè)開關(guān)就能實(shí)現(xiàn)同樣的效果，可以說是非常值得推薦的一個(gè)項(xiàng)目。

本項(xiàng)目機(jī)器人有兩個(gè)版本，A版的體型比較苗條，外形更像老鼠，不過由于受到結(jié)構(gòu)的限制，其只能過外側(cè)的拐角而不能過內(nèi)側(cè)的拐角（即可以圍繞方形盒子外側(cè)跑而不能在內(nèi)部轉(zhuǎn)），且過外側(cè)拐角還會(huì)有點(diǎn)遲鈍，視頻中可以看到其轉(zhuǎn)到四個(gè)角的時(shí)候會(huì)有一個(gè)緩慢的轉(zhuǎn)彎過程，不過倒是很像老鼠在轉(zhuǎn)過角落時(shí)探出頭先觀察一下情況再繼續(xù)跑一樣，名副其實(shí)一只狡猾的老鼠；B版的體型比較圓潤(rùn)，雖然看起來(lái)肥肥胖胖的，但它卻是非常的靈活，不但可以快速過外側(cè)的拐角，而且還能順暢過內(nèi)側(cè)的拐角，跑起來(lái)非常迅速。

基本原理：

本項(xiàng)目采用的是與 PVCBOT-7號(hào) 類似的三輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，不過是其的反向應(yīng)用，即兩個(gè)主動(dòng)輪作為后輪，一個(gè)傳動(dòng)輪作為前輪，就相當(dāng)于倒著開的三輪小車。

運(yùn)動(dòng)方式：

本項(xiàng)目機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī)理與 PVCBOT-1號(hào)——運(yùn)動(dòng)機(jī)理 類似，不同是原來(lái)的前進(jìn)變?yōu)楹笸?，原?lái)的后退變?yōu)榍斑M(jìn)，而左右拐彎的原理則基本不變。

控制前面兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向就可以控制整個(gè)機(jī)器人行進(jìn)的方向：

1、左右兩個(gè)后輪都向前轉(zhuǎn)，則機(jī)器人向“正前方”直線前進(jìn)；

2、左右兩個(gè)后輪都向后轉(zhuǎn)，則機(jī)器人向“正后方”直線倒退；

3、左后輪向前轉(zhuǎn)，右后輪向后轉(zhuǎn)（或不轉(zhuǎn)），則機(jī)器人將以前輪為軸心順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)向“右前方”轉(zhuǎn)彎前進(jìn)；

4、右后輪向前轉(zhuǎn)，左后輪向后轉(zhuǎn)（或不轉(zhuǎn)），則機(jī)器人將以前輪為軸心逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)向“左前方”轉(zhuǎn)彎倒退。

驅(qū)動(dòng)機(jī)理：

在機(jī)器人的一側(cè)前端用鋼絲做了一根觸須，通過觸須感應(yīng)是否挨著墻壁，假如遠(yuǎn)離墻壁則控制整體往墻壁靠，假如過于靠近墻壁則控制整體離開墻壁，讓整體出于“遠(yuǎn)離－靠近—再遠(yuǎn)離—再靠近。。。”的動(dòng)態(tài)平衡中，就可以沿著墻壁的走向一直前進(jìn)。

按照上圖前進(jìn)的方向，我們把墻外側(cè)的后輪稱為左后輪，把靠近墻內(nèi)側(cè)的后輪稱為右后輪，則：

1）默認(rèn)狀態(tài)下，遠(yuǎn)離墻壁，觸須不觸發(fā)，左后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，右后輪不轉(zhuǎn)動(dòng)，則整體往墻內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)向前進(jìn)；

2）整體繼續(xù)往墻內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)向前進(jìn)；

3）當(dāng)足夠靠近墻壁時(shí)，觸須碰到墻壁觸發(fā)，左后輪不轉(zhuǎn)動(dòng)，右后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，則整體往墻外側(cè)轉(zhuǎn)向前進(jìn)，即讓整體不至于過于靠近墻壁，而是向墻外側(cè)轉(zhuǎn)出；

4）由于觸須是機(jī)械式的觸發(fā)，有一定的慣性，即在整體已經(jīng)轉(zhuǎn)向墻外側(cè)的時(shí)候，觸須的觸發(fā)不會(huì)馬上釋放，而是會(huì)有一定的延時(shí)，也就是讓整體向墻外側(cè)轉(zhuǎn)出的過程會(huì)持續(xù)一定的時(shí)間；

5）整體繼續(xù)向墻外側(cè)轉(zhuǎn)出；

6）當(dāng)遠(yuǎn)離墻到一定程度時(shí)，觸須的觸發(fā)釋放，左后輪重新轉(zhuǎn)動(dòng)，右后路停止轉(zhuǎn)動(dòng)，則整體開始往墻內(nèi)側(cè)再轉(zhuǎn)向前進(jìn)，即重新回到以上第1步，由此循環(huán)往復(fù)。。。

電路原理：

本項(xiàng)目的電路非常簡(jiǎn)單，由一個(gè)最基本的電學(xué)電路組成。

1、機(jī)器人的動(dòng)力是由兩個(gè)直流電機(jī)提供的，眾所周知，直流電機(jī)的兩個(gè)電極連接直流電源，接通電源則電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)前進(jìn)；

2、電源為兩節(jié)7號(hào)電池組成的電池組，電池組同一時(shí)間只為其中一個(gè)電機(jī)供電。如果身體往墻內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)則是驅(qū)動(dòng)外側(cè)的輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，而身體往墻外側(cè)轉(zhuǎn)則是驅(qū)動(dòng)內(nèi)側(cè)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)。

3、通過三引腳的碰撞開關(guān)，可以控制電池組為哪一個(gè)電機(jī)進(jìn)行供電，而碰撞開關(guān)則連接觸須，觸須被擠壓則碰撞開關(guān)被觸發(fā)。 下圖為控制原理。

4、機(jī)器人頭部有一根鋼絲作的觸須，觸須分別連接在碰撞開關(guān)上。

（1）沒有靠著墻壁時(shí)，觸須沒有被擠壓，不觸發(fā)碰撞開關(guān)，碰撞開關(guān)默認(rèn)的通路，給外側(cè)的電機(jī)供電，外側(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而內(nèi)側(cè)電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，則身體轉(zhuǎn)向往內(nèi)側(cè)墻上靠并前進(jìn)；

（2）碰到墻壁時(shí)，觸須被擠壓，觸發(fā)碰撞開關(guān)，碰撞開關(guān)斷開默認(rèn)通路，連接另外的一組通路，給內(nèi)側(cè)電機(jī)供電，內(nèi)側(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而外側(cè)電機(jī)不轉(zhuǎn)，則身體轉(zhuǎn)向墻外側(cè)并前進(jìn)；

（3）身體轉(zhuǎn)向墻外側(cè)前進(jìn)一定距離，觸須離開墻壁，轉(zhuǎn)回以上第一步循環(huán)往復(fù)……

完整的電路原理圖：

實(shí)物電路接線圖供參考。

本項(xiàng)目以 PVCBOT-A型 平臺(tái)車為基礎(chǔ)，以杜邦線和排針為主要連接方式， 以下為電路焊接示意圖。

準(zhǔn)備工作：

本項(xiàng)目需要的器材主要包括：PVC線槽、PVCBOT-A型基礎(chǔ)平臺(tái)小車、碰撞開關(guān)、撥動(dòng)開關(guān)、螺絲、排針等。

制作過程：

1.傳感器

2.開關(guān)

3.電源

本項(xiàng)目機(jī)器人用兩節(jié)7號(hào)電池供電，可以是普通的7號(hào)干電池（1.5V/節(jié)）或鎳氫／鎳鎘充電電池（1.2V/節(jié)），也可以是7號(hào)鋰電池（3.5V/節(jié)）。

4.裝飾：

電路：

按照電路原理圖和焊接示意圖，把電路的各部分焊接起來(lái)。

其中，電機(jī)是通過杜邦線插接到電路板的排針上與整個(gè)電路相連的，要注意核對(duì)電路圖不要弄錯(cuò)了。

把電機(jī)的杜邦線也插接到電路板上的排針上，并打開撥動(dòng)開關(guān)進(jìn)行測(cè)試。

正常情況下：

1）觸須不觸發(fā)時(shí)，靠著觸須一側(cè)的電機(jī)是不轉(zhuǎn)動(dòng)的，而另一側(cè)的電機(jī)是轉(zhuǎn)動(dòng)的，且轉(zhuǎn)動(dòng)的方向是向前的；

2）觸須觸發(fā)時(shí)，靠著觸須一側(cè)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)動(dòng)的方向也是向前的，而另一側(cè)的電機(jī)停止。

假如出現(xiàn)異常情況：

1）兩側(cè)的電機(jī)轉(zhuǎn)停的狀態(tài)相反了（如：該它轉(zhuǎn)的它停了），則調(diào)換兩個(gè)電機(jī)所插接的排針；

2）某一電機(jī)轉(zhuǎn)的方向反了（如：該往前轉(zhuǎn)的它往后轉(zhuǎn)了），則只要把該電機(jī)的兩根杜邦線調(diào)換過來(lái)插到排針上。

調(diào)試：

把機(jī)器人放到墻壁旁，讓觸須的一側(cè)靠近墻壁，打開撥動(dòng)開關(guān)。

正常情況下：

1）默認(rèn)的時(shí)候，遠(yuǎn)離墻壁的一側(cè)輪子會(huì)向前轉(zhuǎn)動(dòng)（另一側(cè)輪子不轉(zhuǎn)），頭部會(huì)轉(zhuǎn)向墻壁內(nèi)側(cè)，整體會(huì)靠向墻壁前進(jìn)；

2）當(dāng)靠向墻壁足夠近時(shí)，觸須會(huì)碰到墻壁觸發(fā)，然后靠近墻壁的一側(cè)的輪子會(huì)向前轉(zhuǎn)動(dòng)（另一側(cè)輪子停止），頭部會(huì)反過來(lái)轉(zhuǎn)向墻壁外側(cè)，整體會(huì)遠(yuǎn)離墻壁前進(jìn)；

3）當(dāng)遠(yuǎn)離墻壁一定距離時(shí)，觸須釋放，遠(yuǎn)離墻壁的一側(cè)輪子會(huì)重新轉(zhuǎn)動(dòng)，再次回到前面第一步的情況，如此循環(huán)往復(fù)，讓機(jī)器人在“靠近——遠(yuǎn)離——再靠近——再遠(yuǎn)離”的狀態(tài)間切換實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡，也就是實(shí)現(xiàn)了沿著墻壁邊緣走的效果。

注意檢查：

默認(rèn)觸須沒有觸發(fā)時(shí)，沒有觸須的一側(cè)后輪是轉(zhuǎn)動(dòng)的，且是向前轉(zhuǎn)動(dòng)的（讓小車向前往另一側(cè)轉(zhuǎn)向并前進(jìn)）；觸發(fā)觸須后，有觸須的一側(cè)后輪是轉(zhuǎn)動(dòng)的，且是向前轉(zhuǎn)動(dòng)的（讓小車向前往另一側(cè)轉(zhuǎn)向并前進(jìn)）；

（1）假如默認(rèn)是有觸須的一側(cè)輪子是轉(zhuǎn)動(dòng)的，則要把兩個(gè)電機(jī)的杜邦線對(duì)應(yīng)插的排針調(diào)換過來(lái)重插，即讓兩個(gè)后輪電機(jī)的控制順序調(diào)換過來(lái)；

（2）假如輪子沒有向前轉(zhuǎn)動(dòng)，則把該輪子對(duì)應(yīng)電機(jī)的兩根杜邦線調(diào)換過來(lái)插到排針上，即讓電機(jī)的電極電流方向調(diào)換過來(lái)。

常見的問題：

1）原地打轉(zhuǎn)，并且轉(zhuǎn)向有觸須的一側(cè)（視頻中有該情形），則是正常的，只要讓機(jī)器人有觸須的一側(cè)靠近墻壁，讓觸須能夠轉(zhuǎn)到碰到墻壁即可；

2）觸須碰到墻壁但是無(wú)法觸發(fā)，則用尖嘴鉗把觸須再向外側(cè)彎折調(diào)整一下，或者重新按照前面關(guān)于傳感器部分的制作過程進(jìn)行檢查；假如是頭部卡住觸須導(dǎo)致無(wú)法觸發(fā)的，可以把頭部向下彎折的幅度調(diào)小一些。

3）靠近墻壁一側(cè)的后輪擦到墻壁，導(dǎo)致卡住動(dòng)不了，則用尖嘴鉗把觸須向外彎折，讓觸須可以在靠向墻壁時(shí)早一點(diǎn)觸發(fā)。

關(guān)于內(nèi)側(cè)拐角的巡邊：

前面我們提過，本項(xiàng)目的B版機(jī)器人由于比A版在體型結(jié)構(gòu)上的更完善，所以B版可以走A版無(wú)法走得過的內(nèi)側(cè)拐角。之所以如此，主要是：

1）B版體型比較圓潤(rùn)，沒有那么多的菱角，不容易被周邊墻壁或者障礙物卡??；

2）A版的觸須有點(diǎn)短，且從頭部前端引出，觸發(fā)相對(duì)遲鈍一些；而B版的觸須是從身側(cè)引出，并且比較長(zhǎng)，觸發(fā)的靈敏度更高一些。

注意：要想讓B版要真正能過內(nèi)側(cè)拐角，需要在角落上放置一個(gè)小圓柱（下圖藍(lán)色），我們這里是直接放上圓柱形的1號(hào)干電池（見視頻），也就是讓角落更圓滑一點(diǎn)，這樣B版在拐彎時(shí)不至于卡在里面。

假如過彎道不是很順暢，可以適當(dāng)調(diào)整觸須的彎曲程度。