很多初學(xué)者可能都是看了一些視頻或是現(xiàn)場的比賽，勾起了兒時的美好回憶，興起了自己動手制作機器人的念頭，很多人可能并不是嵌入式開發(fā)的業(yè)內(nèi)人士，甚至沒有聽說過單片機、步進(jìn)電機這些名詞，看著別人滿地亂跑的各種機器人，頗有無處下手的感覺。有的人一上來就準(zhǔn)備做一個可以雙足行走的人形機器人，可以平穩(wěn)行走，可以靠攝像頭來讀取環(huán)境信息，可以語音識別，最好還可以變形……

　　

 

我的意見是：新手最好還是老老實實的從小車開始吧。人形機器人可以說是一個系統(tǒng)的大工程，不是一個人玩的起來的，而且資金上的投入也是不可計量的。一個人形機器人的成型產(chǎn)品最少要賣到幾千塊——要知道，你在開發(fā)過程中是不可能沒有錯誤投入的。機器人小車技術(shù)上門檻較低，資金投入也少，市場上的各種產(chǎn)品和零配件的支持也較多，雖然簡單，但可以實現(xiàn)的功能可一點也不少。

　　

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

　　

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

　　

　　

小車是怎么來控制的？為什么小車判斷出障礙物后可以自動的繞開？

　　

理論：控制工程——處理自動控制系統(tǒng)各種工程實現(xiàn)問題的綜合工程技術(shù)。包括對自動控制系統(tǒng)提出要求（即規(guī)定指標(biāo)）、進(jìn)行設(shè)計、構(gòu)造、運行、分析、檢驗等過程。它是在電氣工程和機械工程的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

　　

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

　　

開環(huán)控制：開環(huán)控制沒有反饋環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的穩(wěn)定不高，響應(yīng)時間相對來說很長，精確度不高，使用于對系統(tǒng)穩(wěn)定精確度要求不高的簡單的系統(tǒng)。

　　

一般稍微復(fù)雜一點的機器人小車都是閉環(huán)控制，也就是說它有一個反饋機制，會根據(jù)自己配備的各種傳感器來讀取環(huán)境信息，并且根據(jù)這些環(huán)境信息來決定自己下一步的行動，決定好后將行動指令發(fā)給執(zhí)行系統(tǒng)，使機器人做出合適的動作。當(dāng)然也有的機器人小車是開環(huán)控制，我就見過一個機器人小車配了一支筆，將機器人放在紙上，機器人一轉(zhuǎn)，刷的一下在紙上畫出一個圈來，當(dāng)然由于摩擦力和機械誤差等原因，畫出來的圓圈可能不閉合，也可能不圓。不過人家阿Ｑ都說了：“孫子才畫的圓呢……”

　　

　

 

有點迷糊？沒關(guān)系，其實簡單一點說就是這樣：機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：機器人用來讀取各種外部信號的傳感器，以及控制機器人行動的各種開關(guān)。好比人的眼睛、耳朵等感覺器官。

　　

控制器部分：接收傳感器部分傳遞過來的信號，并根據(jù)事前寫入的決策系統(tǒng)（軟件程序），來決定機器人對外部信號的反應(yīng)，將控制信號發(fā)給執(zhí)行器部分。好比人的大腦。

　　

執(zhí)行器部分：驅(qū)動機器人做出各種行為，包括發(fā)出各種信號（點亮發(fā)光二極管、發(fā)出聲音）的部分，并且可以根據(jù)控制器部分的信號調(diào)整自己的狀態(tài)。對機器人小車來說，最基本的就是輪子。這部分就好比人的四肢一樣。

　　

好的，現(xiàn)在我們來分析一下機器人小車的避障行為控制：機器人正在行走過程中（人在路上走），忽然接收到裝在機器人前部的傳感器發(fā)來的一個“左前方有障礙物” 的信號（人眼發(fā)現(xiàn)左前方有一根電線桿），我們事先寫在機器人控制芯片中的程序算法要求機器人發(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！那我就等著聽響了，哦，原來你只是想去看上面的小廣告……），控制芯片對機器人的驅(qū)動器——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，通俗點說就是“拐了拐了”），此時機器人的執(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)，使機器人的前進(jìn)方向改變，避開障礙物（恭喜你，躲開了電線桿）。怎么樣，是不是有了點機器“人”的意思？

　　

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

　　

下面我來分別介紹一下這三個部分。

　　

　　

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

　　

現(xiàn)在市場上林林總總的傳感器數(shù)不勝數(shù)，一般個人機器人愛好者經(jīng)常使用的有碰撞檢測傳感器（碰撞開關(guān)）、紅外測障傳感器、紅外測距傳感器、光敏電阻、電子溫度計、電子指南針等等。

　　

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

　　

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

　　

下面我們來看一些常用的傳感器：

　　

　　

 

碰撞開關(guān)：電路常開，碰到障礙物后連通，可以用來檢測機器人是否發(fā)生碰撞?！　?/div>