這篇文章來(lái)源于DevicePlus.com英語(yǔ)網(wǎng)站的翻譯稿。

試想一下，您剛搬到一個(gè)新地方，需要盡快添置家具，但是手頭沒(méi)有卷尺可以進(jìn)行測(cè)量。那么，這款Parallax激光Arduino機(jī)器人就會(huì)派上用場(chǎng)！

我們?cè)谥暗奈恼隆度绾沃谱髯约旱臋C(jī)器人》 和《如何制作自己的機(jī)器人（第2部分）》中描述了如何利用Arduino UNO R3從零開(kāi)始搭建屬于自己的機(jī)器人。在本文中，我們將進(jìn)一步增加機(jī)器人的功能：讓它能夠動(dòng)起來(lái)并且添加激光測(cè)距（LRF）功能，以使該設(shè)備能夠檢測(cè)物體并測(cè)量距離。

激光傳感器會(huì)幫我們獲得更準(zhǔn)確、更可靠的數(shù)據(jù)。該Arduino機(jī)器人的移動(dòng)方式為自主移動(dòng)模式。它在移動(dòng)的過(guò)程中能夠檢測(cè)到障礙物并主動(dòng)避開(kāi)。

該機(jī)器人的設(shè)計(jì)目標(biāo)如下：

向前、向后移動(dòng)；向左和向右旋轉(zhuǎn)90度；向左和向右旋轉(zhuǎn)45度。

基于最佳路徑，通過(guò)向不同方向移動(dòng)避開(kāi)障礙物。

測(cè)量各個(gè)方向（前方、左右90度、左右45度）的距離。

基于可用的最長(zhǎng)距離，確定朝哪個(gè)方向前進(jìn)（向前、向后、向左或向右）。

傳感器安裝在伺服上，以便機(jī)器人可以左右平移以進(jìn)行多次測(cè)量。測(cè)量的距離將顯示在一塊小型OLED顯示屏上。我們將使用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、安靜的運(yùn)行。

我們會(huì)一步一步地討論該Arduino機(jī)器人的構(gòu)建過(guò)程。第一步是如何安裝底盤(pán)、電機(jī)和Arduino/電機(jī)開(kāi)發(fā)板。然后，我們利用一個(gè)小程序來(lái)測(cè)試電機(jī)，以確保系統(tǒng)連接和軟件安裝都準(zhǔn)確無(wú)誤。然后，在下一篇文章中，我們會(huì)逐步添加其余設(shè)備，并且每一步都通過(guò)程序來(lái)測(cè)試安裝和連接是否正確。通過(guò)這種按部就班的方法能夠讓我們更方便地解決制作過(guò)程中遇到的任何問(wèn)題。

硬件

制作該機(jī)器人所需的硬件請(qǐng)參見(jiàn)以下硬件明細(xì)，這些零部件在許多電商處都可以買(mǎi)到（明細(xì)中給出了部分地址）。

Arduino Uno rev 3 (www.adafruit.com/products/50)

適用于Arduino的Adafruit步進(jìn)電機(jī)開(kāi)發(fā)套件 (www.adafruit.com/products/1438)

步進(jìn)電機(jī)(www.adafruit.com/products/324)

底盤(pán)、螺絲和尾輪 Parallax.com

車輪、橡膠輪胎和輪轂 Makeblock.com

伺服裝置和安裝套件(www.parallax.com/product/570-28015)

Parallax激光測(cè)距儀(www.parallax.com/product/28044)

OLED顯示屏(www.seeedstudio.com/Grove-OLED-Display-1.12”-p-824.html)

紅色包裝紙/盒(https://www.seeedstudio.com/Grove-Red-Wrapper-1*2(4-PCS-pack)-p-2585.html

鋰聚合物電池3型（11.1V）和連接器(https://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__18203)

195 x 195 x 3mm亞克力板(https://www.jaycar.com.au/clear-acrylic-sheet/p/HM9509)

軟件

Arduino IDE

Adafruit Motor Shield Library

LCD Display9696 Library.zip

工具

圓銼

Dremel 電動(dòng)工具

電烙鐵

迷你鋼鋸

安裝電機(jī)、輪子和亞克力底座

Parallax底盤(pán)由高強(qiáng)度鋁制成。該部件是專門(mén)為伺服系統(tǒng)而不是步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)的，因此我們需要做一些修改。

首先，要將電機(jī)安裝到機(jī)箱上，我們得在機(jī)箱的兩側(cè)開(kāi)口。請(qǐng)用Dremel電動(dòng)工具按照電機(jī)的安裝尺寸精確切割機(jī)箱。

我們使用的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為NEMA 17，其分辨率為200步/轉(zhuǎn)。其供電規(guī)格為12V 350mA。

要將電機(jī)裝入底盤(pán)內(nèi)，我們需要尺寸為6.5cm x 4.5cm的亞克力板，如圖1所示。請(qǐng)用鋼鋸將亞克力板切割成所需尺寸，然后用Dremel電動(dòng)工具鉆孔。用M2x10mm的螺釘將電機(jī)裝在亞克力安裝板上，兩個(gè)電機(jī)需要8顆螺釘。然后，將制作完畢的亞克力板和電機(jī)安裝到底盤(pán)內(nèi)。

圖1.將步進(jìn)電機(jī)安裝在6.5×4.5cm亞克力板上

要固定Arduino和OLED顯示屏，我們需要切割一塊15cmx8cm的亞克力底座（圖2）。請(qǐng)用4個(gè)墊片和螺絲安裝亞克力底座，然后用附帶的銷釘安裝尾輪。

圖2.機(jī)箱、尾輪和15×8亞克力板底座

圖3.輪子和軸連接器

圖4.安裝在底盤(pán)上的步進(jìn)電機(jī)和尾輪

我們需要用圖3中所示的軸連接器安裝輪子。但是，我們必須做一個(gè)小修改。軸孔的直徑為4mm，而步進(jìn)電機(jī)軸的直徑為5mm。因此，我們需要將連接器的孔擴(kuò)大到5mm。請(qǐng)使用圓銼或Dremel工具擴(kuò)孔。擴(kuò)孔時(shí)一定要小心操作！

圖5.安裝在底盤(pán)上的亞克力底座

請(qǐng)將電機(jī)線纜從頂部的孔穿出，然后用雙面膠帶將電池粘在機(jī)箱下方。對(duì)于該項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，鋰聚合物電池是理想解決方案。其供電規(guī)格為11.1V 800mAh?1000mAh，這使得系統(tǒng)續(xù)航可超過(guò)1小時(shí)，而且還可以充電。但是該電池需要專門(mén)的充電器。如果您是航空模型或遙控車愛(ài)好者，那么您肯定知道這種電池。我們也可以用6或8節(jié)AA電池（9-12V）代替。

圖6.用雙面膠將電池粘在底盤(pán)上

將電機(jī)電纜連至電機(jī)開(kāi)發(fā)板

Adafruit 電機(jī)開(kāi)發(fā)板規(guī)格 – Adafruit

與Arduino高分辨率專用計(jì)時(shí)器相連的兩個(gè)5V Hobby伺服器接口

4個(gè)H橋：搭載TB6612芯片組，每個(gè)橋可提供1.2A電流（峰值為3A，持續(xù)20ms），具有熱關(guān)斷保護(hù)功能，以及內(nèi)部反沖保護(hù)二極管。可為電機(jī)提供4.5VDC至13.5VDC供電。

可連接最多4個(gè)雙向直流電機(jī)，具有單獨(dú)8位速度選擇功能。

可連接最多2個(gè)單線圈、雙線圈、交叉步進(jìn)或微步進(jìn)電機(jī)（單極或雙極）。

經(jīng)測(cè)試與Arduino UNO、Leonardo、ADK/Mega R3、Diecimila和Duemilanove兼容。兼容Due，配有3.3v邏輯跳線。兼容Mega/ADK R2及更早版本，具有2個(gè)跳線。

5v 或 3.3v邏輯電平（跳線可配置）。

該電機(jī)開(kāi)發(fā)板能同時(shí)運(yùn)行2個(gè)步進(jìn)電機(jī)和2個(gè)伺服器。該步進(jìn)電機(jī)開(kāi)發(fā)板的一個(gè)很大優(yōu)勢(shì)在于它不占用任何Arduino引腳，因?yàn)樗ㄟ^(guò)I2C連接。唯一需要引腳的是伺服器。我們只需按照說(shuō)明連接電機(jī)電纜即可。

要了解步進(jìn)電機(jī)的基本知識(shí)及其與Arduino UNO R3的連接，請(qǐng)參考《Arduino與零件和傳感器——步進(jìn)電機(jī)第1部分》。

圖7.將電機(jī)連至電機(jī)開(kāi)發(fā)板

圖8.亞克力底座上的Arduino和電機(jī)開(kāi)發(fā)板

現(xiàn)在，我們只需要根據(jù)下圖安裝輪子和電池接頭即可。

圖9.步進(jìn)電機(jī)電纜連至電機(jī)開(kāi)發(fā)板

安裝軟件并上傳代碼

現(xiàn)在，我們可以運(yùn)行第一段代碼了！首先，我們需要從Arduino網(wǎng)站下載并安裝Arduino IDE，從Adafruit網(wǎng)站上下載并安裝電機(jī)開(kāi)發(fā)板庫(kù)。安裝成功后，請(qǐng)將以下源代碼復(fù)制到Arduino中。

//*******************************************************************************************************************************************

#include 

#include 

#include "utility/Adafruit_MS_PWMServoDriver.h"

Adafruit_MotorShield AFMS = Adafruit_MotorShield();

Adafruit_StepperMotor *myMotor1 = AFMS.getStepper(200, 1);

Adafruit_StepperMotor *myMotor2 = AFMS.getStepper(200, 2);

void setup()

{  Serial.begin(9600);           // set up Serial library at 9600 bps

 Serial.println("Stepper test!");

 AFMS.begin();  // create with the default frequency 1.6KHz  

 myMotor1->setSpeed(100);  // 100 rpm   

 myMotor2->setSpeed(100);  // 100 rpm   

 }

void loop()

{

Motor(50,3);                    // turn Left for 50 steps

delay(1000);

Motor(100,4);                   // turn Right for 100 steps

delay(1000);

Motor(50,3);                    // turn Left for 50 steps (back to original position)

delay(1000);

Motor(400,1);                   // move Forward for 400 steps

delay(1000);

Motor(400,2);                   // move Backward for 400 steps

delay(1000);

}

//******************************************* *************************************

void Motor(int x,int y)

{   int i = 0;

 for ( i; (i < x); i ++)

 { if (y == 1)   // move forward

{ myMotor1->step(1, FORWARD, SINGLE);

 myMotor2->step(1, BACKWARD, SINGLE);}

  if (y == 2)   // move backward

 {myMotor1->step(1, BACKWARD, SINGLE);

 myMotor2->step(1, FORWARD, SINGLE);}

 if (y == 3)    // move left

  { myMotor1->step(1, FORWARD, SINGLE);

 myMotor2->step(1, FORWARD, SINGLE);}

 if (y == 4)    // move right

  { myMotor1->step(1, BACKWARD, SINGLE);

 myMotor2->step(1, BACKWARD, SINGLE);}}

}

//********************************************************************************************************************************************

這段代碼非常簡(jiǎn)單。其目的是讓機(jī)器人能夠向左旋轉(zhuǎn)90度以及向右旋轉(zhuǎn)90度。該程序還能讓機(jī)器人返回到起始位置：向前移動(dòng)400步，然后向后移動(dòng)回到起始位置。在程序循環(huán)中，我們運(yùn)行Motor函數(shù)，該函數(shù)具有2個(gè)參數(shù)。第一個(gè)參數(shù)表明電機(jī)必須旋轉(zhuǎn)多少步，第二個(gè)參數(shù)表明電機(jī)移動(dòng)方向（向前、向后、向左和向右）。

程序運(yùn)行后，該Arduino機(jī)器人應(yīng)該會(huì)像上述視頻顯示的那樣移動(dòng)。

在下一篇文章中，我們將繼續(xù)添加其他系統(tǒng)部件，比如伺服器和激光測(cè)距儀（LRF），并編寫(xiě)一個(gè)程序，讓機(jī)器人能夠自主移動(dòng)。因此，敬請(qǐng)關(guān)注我的下一篇文章！

Purnomo Nuhalim

來(lái)自墨爾本的Purnomo是一名退休人員，也是電子發(fā)燒友。目前，他正使用Arduino和Raspberry Pi從事各種開(kāi)放式硬件項(xiàng)目的研發(fā)。除了電子學(xué)，他還對(duì)航空建模和天文學(xué)充滿熱情。

審核編輯黃宇