小型智能机器人制作全攻略
机器人技术 2022-02-21 14:56www.robotxin.com机器人技术
简介
《小型智能机器人制作全攻略(第4版)》是小型智能机器人制作的资料宝典，通过实例讲解，告诉你制作机器人需要掌握的综合知识，内容翔实，通俗易懂。初学者可以边玩边学，了解小型智能机器人设计、制作和使用的技巧。有一定制作经验的爱好者也可以从《小型智能机器人制作全攻略(第4版)》中“淘”到不少好点子。你可以掌握这些基础知识各类木头的区分和加工技巧，塑料的种类和处理方法。金属的选择和整理诀窍。紧固件、支架、黏合剂的使用秘诀。基础电子学常识，机器人动力基础知识，需要注意的安全事项。
作者简介
作者（美国）麦库姆（Gordon McComb） 译者臧海波
麦库姆（Gordon McComb），从事着一家联合周刊的计算机和高科技类专栏文章的写作工作，著有65本书，并维护者一个机器人制作的热门网站。本书译者臧海波，网名“digi01”，是国内资深创客，也是《无线电》杂志金牌作者。在网络上有一定知名度和号召力，被爱好者称为“机器人DIY界的元老”。在《无线电》杂志上长期连载机器人制作、音频DIY等门类的文章，并参与翻译《爱上制作》系列图书。
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目录
第一部分 机器人制作中的科学与技术 1
第1章 欢迎来到机器人的精彩世界 2
1.1 制作机器人的乐趣 2
1.2 为什么制作机器人 3
1.2.1 机器人技术是现代科技的基石 3
1.2.2 机器人技术可以作为职业生涯的一块敲门砖 4
1.2.3 机器人救援技术 4
1.2.4 最重要的一点，机器人实在是太好玩了 4
1.3 模块化制作方式 4
1.4 成本更低，机器人更好 5
1.5 需要掌握的技术 5
1.5.1 电子学背景 6
1.5.2 编程经验 7
1.5.3 机械经验 7
1.5.4 手工技能 7
1.5.5 两个非常重要的技能 7
1.6 自制、套件或者成品 8
1.6.1 自己制作 8
1.6.2 成品机器人 8
1.6.3 套件或零件 8
1.6.3.1 VE×机器人设计系统 9
1.6.3.2 Lynxmotion舵机制作套件 9
1.6.3.3 Bioloid机器人套件 9
1.6.3.4 Pitsco/FIRST机器人FTC套件 9
1.6.4 与你的技能相称的项目 10
1.7 像机器人设计师那样思考 10
第2章 机器人的构造 11
2.1 固定与移动式机器人 11
2.2 自动与遥控式机器人 12
2.3 人工与自主机器人 13
2.4 那么，机器人到底是什么 13
2.5 机器人的身体 14
2.5.1 机器人的尺寸、形状和样式 14
2.5.1.1 乌龟或桌面机器人 14
2.5.1.2 小车机器人 15
2.5.1.3 步行机器人 15
2.5.1.4 手臂和夹持器 16
2.5.1.5 机器人和类人型机器人 16
2.5.2 骨骼结构 17
2.5.3 骨头和肉——木头、塑料或金属 18
2.6 运动系统 19
2.6.1 车轮 19
2.6.2 履带 20
2.6.3 腿 20
2.7 动力系统 21
2.7.1 电池的种类 21
2.7.2 其他动力来源 21
2.8 传感器 21
2.8.1 触觉 22
2.8.2 光线和声音 22
2.8.3 嗅觉和味觉 23
2.8.4 遥感 23
2.8.5 倾斜、运动、定位 23
2.9 输出设备 23
2.10 “机器人”名称的由来 24
第3章 准备材料 25
3.1 电子配套材料商店 25
3.2 在线电子经销商 26
3.3 使用FindChips.查找元件 26
3.4 专业在线机器人零售商 27
3.5 业余爱好和模型商店 27
3.6 工艺用品商店 27
3.7 五金和家装材料商店 28
3.8 电子制造商的样品 28
3.9 上网查找你需要的材料 29
3.10 有计划的一次性采购 29
3.11 令人难忘的剩余物资商店 30
3.12 从专业商店购买材料 30
3.13 回收利用现有资源 31
3.14 做事情有条理 32
3.14.1 小材料的收纳柜 32
3.14.2 大型储存柜 33
3.14.3 工具箱和背包 33
3.14.4 保管好你的存货清单 33
3.14.5 特别的储存方案 34
第二部分 制作机器人 35
第4章 安全第一（永远放在首位） 36
4.1 操作安全 36
4.2 电池安全 37
4.3 焊接安全 37
4.4 防火安全 37
4.5 防止静电损害 38
4.5.1 静电放电的问题 38
4.5.2 使用防静电腕带 38
4.5.3 保存静电敏感元件 39
4.5.3.1 合适的服装可以减小静电 39
4.5.3.2 使用接地的焊接工具 40
4.6 用电安全 40
4.7 急救 40
4.7.1 眼睛伤害的急救 40
4.7.2 电击伤害的急救 41
4.8 利用常识，并享受你的爱好 41
第5章 制作机器人的身体——基本知识 42
5.1 选择合适的制作材料 42
5.1.1 木头 43
5.1.2 塑料 43
5.1.3 金属 44
5.1.4 轻质复合材料 45
5.2 评论选择正确的材料 45
5.3 用“身边”的材料制作机器人 46
5.4 制作机器人的基本工具 46
5.4.1 卷尺 46
5.4.2 螺丝刀 47
5.4.3 锤子 47
5.4.4 钳子 47
5.4.5 钢锯 47
5.4.6 电钻 48
5.4.7 钻头 48
5.4.8 螺丝批头 49
5.4.9 雕刻刀 49
5.4.10 套筒螺丝刀 49
5.5 可选工具 49
5.6 五金用品 50
5.6.1 螺丝和螺母 50
5.6.2 垫片 50
5.6.3 支架 50
5.7准备一个工作室 51
第6章 机械加工技术 52
6.1 重中之重眼镜与耳朵的保护 52
6.2 计划、起草、测量、标记 52
6.3 材料的钻孔 53
6.3.1 选择正确的钻头 53
6.3.2 选择合适的速度 54
6.3.3 保养好钻头的卡盘 54
6.3.4 控制钻孔的深度 55
6.3.5 钻孔的垂直校正 56
6.3.6 使用夹具和台钳 56
6.3.7 钻孔窍门 56
6.4 材料的切割 57
6.4.1 注意安全 57
6.4.2 使用锯的窍门 58
6.4.3 限制切割深度 58
6.4.4 其他金属切割方法 59
6.5 使用手持电动工具 59
6.5.1 工具的安全 59
6.5.2 工具的保养 60
6.5.3 使用常识 60
6.6 使用气动工具提高工作效率 60
第7章 木头的加工 61
7.1 硬木和软木的区别 61
7.2 木板与胶合板 61
7.2.1 使用胶合板 62
7.2.2 使用木板 63
7.2.3 常见木板规格 63
7.2.4 中密度纤维板 63
7.3 木工技巧 64
7.3.1 切割一个底盘 64
7.3.1.1 多边形底盘的加工 64
7.3.1.2 去除更多的角 65
7.3.1.3 制作轮框 66
7.3.2 框架的切割 67
7.3.2.1 正确的测量 68
7.3.2.2 组装框架 68
7.3.3 木头的钻孔 69
7.3.3.1 使用垫板 69
7.3.3.2 调节钻孔的速度 69
7.3.4 木头的打磨 70
7.3.4.1 粗磨和休整 70
7.3.4.2 砂纸 70
7.3.4.3 油漆 70
第8章 制作木制结构的移动平台 71
8.1 制作底盘 71
8.1.0 切割和钻孔 72
8.2 安装电动机 73
8.3 安装车轮 74
8.4 安装球形万向轮 75
8.5 PlyBot的使用 75
8.6 其他方式 76
第9章 塑料的加工 77
9.1 常见塑料的种类 77
9.2 最适合用于机器人的塑料 78
9.3 哪里去买塑料 79
9.4 硬质发泡PVC的特性 79
9.4.1 发泡PVC的优点 79
9.4.2 选择板材的厚度 80
9.5 怎么切割塑料 80
9.5.1 裁切技巧 81
9.5.2 用锯切割 81
9.6 怎么给塑料钻孔 82
9.6.1 先定位再扩孔 82
9.6.2 电动工具的转速 82
9.7 制作塑料底盘 82
9.7.1 参考木制底盘的设计 83
9.7.2 直线切割制作底盘 83
9.8 制作塑料框架 84
9.9 如何使塑料弯曲定型 85
9.10 如何将塑料的边沿打磨光滑 85
9.11 如何黏合塑料 85
9.11.1 使用液状黏合剂 86
9.11.2 使用家用黏合剂 86
9.12 使用热胶枪加工塑料 87
9.13 如何给塑料上漆 87
9.14 家用塑料制品制作机器人 87
第10章 制作塑料结构的移动平台 89
10.1 制作底盘 89
10.2 安装电动机 91
10.3 安装车轮 92
10.4 安装球形万向轮 92
10.5 使用PlastoBot 92
10.6 更改PlastoBot的设计 93
第11章 金属的加工 95
11.1 适合制作机器人的金属种类 95
11.1.1 铝 95
11.1.2 钢 95
11.1.3 铜 96
11.1.4 锌和锡 96
11.2 测量金属的厚度 96
11.3 什么是热处理 97
11.4 哪里去买金属材料 98
11.5 机器人常用金属 98
11.6 家装商店里的金属材料 99
11.6.1 铝型材 99
11.6.2 加强板 99
11.6.3 钢管和角铁 100
11.6.4 EMT管子 100
11.7 工艺和业余爱好商店里的金属材料 101
11.8 金属加工技术 101
11.8.1 切割底盘 102
11.8.2 切割厚金属板 103
11.8.3 切割薄金属板 103
11.8.4 切割框架 103
11.8.4.1 使用短锯和斜锯架 104
11.8.4.2 制作箱式框架 104
11.8.5 给金属钻孔 104
11.8.5.1 冲定位坑 105
11.8.5.2 使用钻孔油 105
11.8.5.3 使用钻床 105
11.8.5.4 给金属攻丝 105
11.8.6 弯曲金属 106
11.8.7 修整金属 107
11.8.7.1 使用金属锉 107
11.8.7.2 使用砂纸 107
11.8.7.3 金属上漆 108
第12章 制作金属结构的移动平台 109
12.1 制作底盘 109
12.1.1 准备材料 110
12.1.2 钻孔 111
12.1.3 组装条带和钉接板 112
12.1.4 安装舵机支架 112
12.1.5 安装万向轮 113
12.1.6 安装舵机和车轮 113
12.2 使用TinBot 114
第13章 装配技术 115
13.1 螺丝、螺母和其他紧固件 115
13.1.1 紧固件的尺寸 116
13.1.1.1 英制 116
13.1.1.2 公制 116
13.1.2 木螺丝和金属自攻螺丝 116
13.1.3 螺丝头部的样式 117
13.1.4 螺丝刀的样式 117
13.1.5 螺母 118
13.1.6 垫片和它们的用法 118
13.1.7 紧固件的材料 119
13.1.8 紧固件的购买 119
13.1.9 攻出螺纹 120
13.2 支架 120
13.2.1 镀锌钢板支架 120
13.2.2 塑料支架 121
13.3 黏合剂的选择和使用 121
13.3.1 接合与定型 122
13.3.2 家用胶水 122
13.3.2.1 PVAc（聚醋酸乙烯） 122
13.3.2.2 硅酮 122
13.3.2.3 接触黏合剂 122
13.3.2.4 液状黏合剂 123
13.3.3 使用家用胶水 123
13.3.4 双份环氧树脂黏合剂 123
13.3.4.1 环氧树脂特别在哪里 123
13.3.4.2 使用双份环氧树脂 124
13.3.5 你、机器人和超级胶水 124
13.3.6 使用热熔胶 125
13.3.7 用夹具或胶带固定好接合部位 125
13.3.8 接合加固的方法 126
13.3.9 选择合适的胶水 127
第14章 快速成型法 128
14.1 选择轻量机器人材料 128
14.1.1 加厚硬纸板，就是它 128
14.1.2 空心塑料板 129
14.1.3 泡沫塑料板 129
14.1.4 建筑泡沫 129
14.1.5 相框牛皮纸板 130
14.2 基底板的切割和钻孔 130
14.2.1 使用小刀进行切割 131
14.2.2 使用纸板切割器 131
14.3 使用临时紧固件辅助快速成型 131
14.3.1 搭扣紧固件 132
14.3.2 塑料扎带 133
14.3.3 胶带 133
14.3.4 双面胶带 133
14.3.5 电缆夹具 134
14.3.6 可用于快速成型的各种黏合剂 134
第15章 用计算机辅助设计机器人的草图 135
15.1 规划钻孔和切割的布局 135
15.1.1 手工设计布局 135
15.1.1.1 直接绘制 135
15.1.1.2 使用纸模板 136
15.1.1.3 制作多个零件 136
15.1.1.4 使用复写纸和划线器 136
15.1.2 用计算机图形程序设计布局 137
15.1.2.1 矢量图是最佳的选择 137
15.1.2.2 使用Inkscape设计机器人 137
15.1.3 用低成本CAD程序设计布局 138
15.1.3.1 CAD的优点 139
15.1.3.2 基本CAD功能 140
15.2 矢量图形的格式 140
15.3 使用激光切割服务 141
15.4 金属与塑料零件的快速成型 142
第16章 用玩具制作高科技机器人 143
16.1 Erector制作套件 143
16.2 慧鱼（Fischertec—hnik） 144
16.3 K'NEx 144
16.4 其他值得一试的制作套件 145
16.4.1 Inventa 145
16.4.2 Zoob 145
16.4.3 Zometool 145
16.4.4 值得纪念的制作玩具 145
16.5 元件拼插式制作 146
16.5.1 建立永久性的连接 146
16.5.2 用拼接零件组装模块 147
16.6 改装机器人的特制玩具 147
16.6.1 田宫 147
16.6.2 OWIKIT和MOVITS 148
16.7 把玩具车改装成机器人 148
16.7.1 机动车辆 149
16.7.2 使用车辆里面的零件 150
16.7.3 零件的重新组装 150
第17章 用身边的材料制作机器人 152
17.1 几个寻找可用材料的思路 152
17.2 尝试“免切割”金属底盘的设计 153
17.2.1 迷你T—BOT简介 153
17.2.2 制作迷你T—BOT 154
17.2.3 使用大号T型铁制作大机器人 155
17.2.4 木头加强用的金属片 155
17.2.4.0 更多思路 156
17.3 使用木头和塑料样品 157
17.4 注意观察多动脑 157
第三部分 动力、电动机和运动 159
第18章 电池大全 160
18.1 动力概述 160
18.2 适用于机器人的电池 161
18.2.1 碳—锌电池 161
18.2.2 碱性电池 161
18.2.3 可充电碱性电池 161
18.2.4 镍—镉电池 161
18.2.5 镍金属氢化物电池 162
18.2.6 锂离子电池 162
18.2.7 密封式铅—酸电池（SLA） 162
18.2.8 应该选择哪种电池 163
18.3 了解电池的参数 163
18.3.1电压 163
18.3.1.1 名义上的（“标称”）电压 163
18.3.1.2 电压下降的问题 164
18.3.2 容量 165
18.3.2.1 用安时表示容量 165
18.3.2.2 预留出一定容量 165
18.3.2.3 过放电的危害 165
18.3.2.4 小电池的容量 166
18.3.3 了解电池的内阻 166
18.3.4 了解电池的充电参数 167
18.4 给电池充电 167
18.5 机器人电池一览 167
18.6 常见的电池尺寸 167
18.7 增加电池的额定值 169
第19章 机器人的动力系统 170
19.1 电源和电池的电路符号 170
19.2 使用预制电池组 171
19.2.1 使用模型预制的电池组 171
19.2.2 镍镉或镍氢电池 171
19.3 制作你自己的可充电电池组 172
19.4 使用电池和电池仓 173
19.4.1 将电池仓安装在机器人上 173
19.4.2 9V电池卡扣和电池卡子 174
19.4.3 用电池仓实现“中间”电压 174
19.5 最好的电池布局 175
19.6 电池和机器人的连接 175
19.7 预防电池反接 176
19.7.1 结构互锁式连接 176
19.7.2 电路反接保护 177
19.8 在线资源如何给电池仓或插墙式稳压电源焊接桶形插头 177
19.9 加入熔丝保护 177
19.10 提供多组电压 178
19.10.1 单电池、单电压 178
19.10.2 单电池、多组电压 179
19.10.3 多组电池、多组电压 179
19.10.4 多组电池、分组电压 179
19.11 调整电压数值 180
19.11.1 使用硅二极管降压 180
19.11.2 稳压二极管的电压调整 181
19.11.3 线性稳压器 182
19.11.4 开关式稳压电源 183
19.11.5 使用多组电压调整 184
19.12 处理电力不足的问题 185
19.13 电池电压监视器 185
第20章 让机器人动起来 186
20.1 选择一种运动系统 186
20.2 轮式运动 187
20.2.1 差速运动 187
20.2.2 车式转向 188
20.2.3 三轮车式转向 189
20.2.4 全方位转向 189
20.2.4.1 全方位转向是如何实现的 190
20.2.4.2 其他结构的全方位转向 191
20.3 履带式运动 191
20.4 腿式运动 192
20.5 其他运动方式 193
20.6 在线资源控制机器人的重量 194
第21章 选择正确的电动机 195
21.1 交流电动机还是直流电动机 195
21.2 连续旋转还是步进电动机 196
21.3 舵机 196
21.4 电动机参数 197
21.4.1 工作电压 197
21.4.2 电流消耗 197
21.4.3 转速 198
21.4.4 转矩 198
21.4.5 失速或额定转矩 199
21.4.6 判断电动机的转矩 199
21.5 测量电动机的电流消耗 200
21.5.1 直接测量电动机电流 200
21.5.2 间接测量电动机的电流 202
21.6 处理电压下降的问题 202
21.7 消除电噪声 203
第22章 使用直流电动机 205
22.1 直流电动机的原理 205
22.1.1 永磁直流电动机经济实惠，使用方便 205
22.1.2 转向可逆 206
22.2 评论直流电动机的参数 207
22.3 控制直流电动机 207
22.4 用开关控制电动机 207
22.4.1 用开关实现简单的开／关控制 208
22.4.2 用开关控制转向 208
22.5 用继电器控制电动机
22.5.1 继电器的内部结构 209
22.5.2 简单的继电器开关控制 210
22.5.3 用继电器控制方向 210
22.5.4 创建一个继电器半桥 211
22.5.5 继电器的额定电流 212
22.5.6 简易继电器驱动电路 212
22.6 用双极型晶体管控制电动机 213
22.6.1 基本的晶体管电动机控制 214
22.6.2 双向晶体管控制 215
22.7 用功率场效应晶体管控制电动机 215
22.7.1 基本的MOSFET电动机开关 216
22.7.2 使用场效应晶体管的电动机H桥 216
22.7.3 常见晶体管H桥的设计要点 217
22.8 用双向模块控制电动机 218
22.8.1 使用L293D和754410电动机驱动IC 219
22.8.2 附加项目使用L298电动机驱动IC 220
22.8.3 “智能”双向电动机控制模块 220
22.9 控制直流电动机的速度 221
22.9.1 不应该采取的方法 221
22.9.2 基本速度控制 221
22.10 附加项目电动机控制模块的接口电路 222
第23章 使用舵机 223
23.1 遥控舵机的工作原理 223
23.1.1 内部结构 224
23.1.2 旋转限位 225
23.2 R/C舵机的控制信号 225
23.2.1 脉冲同样控制着速度 226
23.2.2 脉冲宽度范围的变化 226
23.3 电位器的作用 227
23.4 特殊用途的舵机类型和尺寸 227
23.5 齿轮机构和输出力度 227
23.6 输出轴的轴衬或轴承 228
23.7 典型舵机参数 228
23.8 连接器的类型和配线 229
23.8.1 连接器的类型 229
23.8.2 引出线 230
23.8.3 彩色编码 230
23.8.4 用排插配合连接器 230
23.9 模拟与数字舵机 231
23.10 舵机的控制电路 231
23.10.1 用单片机控制舵机 232
23.10.2 使用串行舵机控制器 233
23.10.3 附加项目使用LM555时基IC控制舵机，以及更多方法 233
23.10.4 使用超过7.2V的电压 233
23.10.5 处理和避免“死区”问题 233
23.11 使用连续旋转的舵机 234
23.12 把标准舵机改造成可以连续旋转的舵机 234
23.12.1 改造舵机的方法 235
23.12.2 基本改造说明 235
23.12.3 你需要的工具 235
23.12.4 选择要改造的舵机 236
23.12.5 改造HITECHS—422的步骤 236
23.12.6 改造FUTABAS3003舵机的步骤 238
23.12.7 测试改造好的舵机 238
23.12.8 改造舵机的局限性 238
23.13 用舵机控制传感器转台 239
第24章 安装电动机和车轮 240
24.1 安装直流电动机 240
24.1.1 使用安装孔 240
24.1.2 使用自带的底座 241
24.1.3 使用支架 241
24.1.3.1 金属支架 242
24.1.3.2 木头或塑料支架 242
24.1.3.3 使用夹具 243
24.2 用铝槽管安装和校准电动机的位置 243
24.3 安装R/C舵机 243
24.3.1 用螺丝安装舵机 244
24.3.1.1 特制的舵机安装板 244
24.3.1.2 只做你自己的舵机安装板 244
24.3.1.3 舵机的“支撑”式安装支架 245
24.3.2 用黏合剂固定舵机 245
24.4 在轴上安装传动元件 245
24.4.1 压接 245
24.4.2 螺丝固定 246
24.4.3 专门设计的互锁机构 246
24.4.4 舵盘 246
24.4.5 黏合剂 246
24.5 车轮与直流减速电动机的安装 246
24.5.1 使用配套的电动机和车轮 247
24.5.2 制作定制车轮 247
24.5.2.1 车轮和固定螺丝 247
24.5.2.2 使用法兰盘 248
24.6 车轮与舵机的安装 248
24.6.1 和舵机配套的车轮 248
24.6.2 制作和舵机配套的车轮 248
24.7 给舵机安装联动机构 249
24.7.1 控制直线运动 250
24.7.2 增加润滑 250
24.8 机器人的传动元件 250
24.9 使用刚性和柔性轴连器 252
24.9.1 购买现成的轴连器 252
24.9.2 制作你自己的刚性轴连器 253
24.9.2.1 用管型材制作轴连器 253
24.9.2.2 用立柱或螺纹接头制作轴连器 254
24.9.3 制作你自己的柔性轴连器 255
24.10 不同轴型的用法 255
24.11 你需要了解的一些齿轮方面的知识 256
24.11.1 齿轮入门 256
24.11.2 齿轮是圆形的杠杆 257
24.11.3 建立齿轮减速 257
24.11.4 齿轮齿的种类 258
24.11.5 常见齿轮规格 259
24.11.6 使用带有减速齿轮的电动机 259
24.11.7 哪里可以找到齿轮 259
第25章 用形状记忆合金控制机器人的运动 261
25.1 形状记忆合金与机器人技术 261
25.2 形状记忆合金基础知识 261
25.3 使用形状记忆合金 262
25.3.1 终结器 262
25.3.2 力矩偏置 263
25.3.3 控制电路 263
25.4 用单片机控制形状记忆合金 264
25.5 试验SMA机械装置 266
25.6 使用现成的SMA机械装置 266
……
第四部分 常见机器人项目 269
第五部分 机器人电子学 331
第六部分 计算机与电子控制 387
第七部分微控制器构成的大脑 421
第八部分 传感器、导航和反馈 501
附录A RBB技术支持网站 614
网站内容 614
后备技术支持网站 614
特殊材料和网站资源 614
附录B 在线材料资源 616
机器人技术 616
电子学 617
模型 618
论坛和博客 618
更多在线资源 618
附录C 机械参考 619
十进制小数 619
钻头和丝锥的尺寸——英制 620
钻头和丝锥的尺寸——公制 620
钻头的数字与分数英寸对照表 621
紧固件英制螺纹标准一览 621
十进制英寸、分数英寸、Mil与Gauge（以铝板为例）的对照表 622
上网获得更多信息 622
附录D 电子参考 623
公式 623
欧姆定律 623
电阻的计算 623
计算两个电阻并联 624
缩写 624
六种最常见的电子计量单位 627
电阻色环 628
电阻色环编码表 628
导线规格 628
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