Arduino機(jī)器人DIY：自平衡踏板車+自動(dòng)避障龜

一、制作基于Arduino的自平衡踏板車

制作時(shí)間：前后約3星期

制作難度：★★★★☆

GEEK指數(shù)：★★★☆☆

雙向電梯

1 自平衡踏板車1.0版本

1.1 先展示一些小細(xì)節(jié)

1.2 元件

1.3 工具

1.4 固定框和馬達(dá)

1.5 電路

1.6 代碼

2 改進(jìn)版自平衡踏板車（2.0版本）

2.1 建造細(xì)節(jié)

2.2 元件

2.3 工具

2.4 固定框和馬達(dá)

2.5 電路

2.6 代碼

2.7 DIYer簽到處

1 自平衡踏板車1.0版本

前段時(shí)間，我看到有人DIY了一只平衡滑板，覺得自己也可以做一個(gè)類似的平衡平臺(tái)來測試一下技術(shù)。所以我專門去購買了兒童踏板車的一些后端部件（里面有馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)輪），還有XenonJohn建議的電子元件。

我們可以用和平衡滑板相同的方法在平衡組件上搭一塊站立臺(tái)板，但輪子要分得更開，臺(tái)板還要旋轉(zhuǎn)90度。

兒童踏板車的后端部件非常小，但速度夠快，易于測試。

另外，注意不要有太大的沖撞！比如我們就只少了腿上幾塊皮，還在墻上戳了個(gè)小洞洞。

1.1 先展示一些小細(xì)節(jié)

現(xiàn)在，我們成功買到了兒童踏板車一些后端部件（馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)輪）和XenonJohn推薦的的電子元件，還弄到了一些三夾板、平面金屬板和鋼管。

我們將所有東西焊在一起，做出一塊可供站立的區(qū)域，還有前方凸出的握把。馬達(dá)要用螺絲釘固定在兩側(cè)，電路則固定在前面。再把電池式手電筒拆成兩半，裝到一只馬達(dá)上面當(dāng)做電池盒用，這樣電工們就得換個(gè)新的手電筒了。

我們又找了一塊舊的膠合板制作站立臺(tái)板，現(xiàn)在它看上去稍微有點(diǎn)踏板車的雛形了。

我顛來倒去幾次，終于搞對(duì)了馬達(dá)的極性。過程盡管艱難，但馬達(dá)第一次跑起來效果就很不錯(cuò)。馬達(dá)的額定電壓是24V，我們用的電池只有18V，所以需要調(diào)整一下力矩和功率值，調(diào)整之后效果顯著，馬達(dá)跑得很好。

1.2 元件

這次DIY，你需要用到以下元件（網(wǎng)購較方便）：

○ Arduino UNO——看看手邊有沒有，沒有可以網(wǎng)購

○ Sabertooth 2x52馬達(dá)控制器

○ 5自由度的加速度計(jì)

○ 2只從兒童踏板車上拆下來的后端部件，或者分別購買馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)輪

○ 電池——密封鉛酸電池物美價(jià)廉，動(dòng)力鉆也可以買得很便宜。如果鋰電池是你的菜，鋰電池也不錯(cuò)。

○ 用于加速度計(jì)的屏蔽多芯電纜，用于馬達(dá)的大功率電纜

○ 安全操作開關(guān)

○ 控制轉(zhuǎn)彎的撥動(dòng)開關(guān)

○ 調(diào)整平衡位置的撥動(dòng)開關(guān)

○ Arduino直流接口

○ 匹配Arduino的DIL管腳

○ 雙面膠

○ 螺絲釘

1.3 工具

除了正常工具之外，最好請(qǐng)有焊接機(jī)的人幫你焊接固定框。

需要用到的其他工具：

● 鉆子和鉆頭

● 烙鐵和焊錫

● 剪線鉗和剝皮鉗

● 熱縮材料和熱氣槍

1.4 固定框和馬達(dá)

為了制作固定框，我們在每一側(cè)都用了幾塊三夾板、兩片金屬盤，把踏板車的馬達(dá)部件固定住。

切割兩塊三夾板，寬度適合雙腳踩踏就行。

再在金屬板上鉆幾個(gè)洞，好匹配踏板車驅(qū)動(dòng)輪部件上的螺栓孔，再把金屬盤焊接到三夾板搭建的臺(tái)板上面。

我們還在前端裝了一根立桿，在立桿上焊了T型把手，方便雙手握把。又在直立的把手和第二塊三夾板上之間加了一塊三角板加強(qiáng)固定。

現(xiàn)在可以把輪子擰上去了。

1.5 電路

你可以看到，這兒并沒有很多電子元件，只有Arduino、IMU（慣性測量單元）、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)和一堆開關(guān)。

開關(guān)和IMU的接線都必須是屏蔽線，除非IMU非常靠近Arduino。IMU應(yīng)該盡量裝在臺(tái)板的中央或前面，比如我們就把IMU固定在了前端的盒子里。

從圖中你可以看到，我們其實(shí)把所有東西都固定在了那個(gè)盒子里，騎踏板車的時(shí)候只能操作切斷開關(guān)，左右駕駛和傾斜控制。

另外，電池被安裝在了馬達(dá)的頂部。

1.6 代碼

代碼和XenonJohns寫的基本上一樣，只是額外調(diào)整了功率值和力矩值，因?yàn)槲覀冊谟?8V的電池跑24V的馬達(dá)。

在代碼的開始處，我們定義了2個(gè)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)功率和力矩的變量。

2 改進(jìn)版自平衡踏板車（2.0版本）

在制作了第一版自平衡踏板車作為測試平臺(tái)之后，我們覺得它還挺酷的，所以決定再制作一版。

這次我們需要添加一些小特色：

1.2只14.4V的鋰電池 2.馬達(dá)和車輪組件的固定框 3.高度可調(diào)節(jié)的把手 4.性能優(yōu)異的CNC（電腦數(shù)控）平臺(tái) 5.花紋鋼板

所以，這一版的制作材料基本和上一版的踏板車完全相同。

2.1 建造細(xì)節(jié)

首先，我們對(duì)第一個(gè)裝置中存在的爭論點(diǎn)進(jìn)行了討論，在這個(gè)版本中達(dá)成了一致。

最大的問題是兒童踏板車的后端部件是廉價(jià)的壓盤，超重時(shí)會(huì)彎曲變形。所以我們用激光切割了一塊金屬盤來代替固定框固定馬達(dá)和輪子。固定框用25mm的鋼管制成，還進(jìn)行了增強(qiáng)，好讓它支撐更多重量。

前把手做成了高度可調(diào)節(jié)的，這樣小矮個(gè)也可以騎了。

由于市面上沒有比較便宜的、用我們現(xiàn)在用的這種電池的手電筒，只好自己做了個(gè)電池盒。

然后加上了花紋鋼板，看起來更專業(yè)一點(diǎn)。

2.2 元件

除了電池之外，其他的元件都和上一版相同。

你需要用到：

● Arduino UNO——看看手邊有沒有，沒有可以網(wǎng)購

● Sabertooth 2x52馬達(dá)控制器

● 5自由度的加速度計(jì)

● 2個(gè)從兒童踏板車上拆下來的后端部件，或者分別購買馬達(dá)和輪子

● 電池——密封鉛酸電池物美價(jià)廉，動(dòng)力鉆也可以買得很便宜。如果鋰電池是你的菜，鋰電池也不錯(cuò)。

● 用于加速度計(jì)的屏蔽多芯電纜，用于馬達(dá)的大功率電纜

● 安全操作開關(guān)

● 控制轉(zhuǎn)彎的撥動(dòng)開關(guān)

● 調(diào)整平衡位置的撥動(dòng)開關(guān)

● Arduino直流接口

● 匹配Arduino的DIL管腳

● 雙面膠

● 螺絲釘

2.3 工具

除了正常工具之外，最好請(qǐng)有焊接機(jī)的人幫你焊接固定框。

需要用到的其他工具：

● 鉆子和鉆頭

● 烙鐵和焊錫

● 剪線鉗和剝皮鉗

● 熱縮材料和熱氣槍

2.4 固定框和馬達(dá)

固定框做得非常牢固。我們?yōu)椤拜喿?馬達(dá)”的組件使用了25mm的RHS方管和激光切割的金屬盤，所以它不會(huì)再像上一個(gè)固定框那樣扭曲了。

前把手做成可調(diào)節(jié)式，我們還在頂部加了漂亮的握把。

2.5 電路

就像你在電路圖中看到的那樣，這次的電路非常簡單，和我們制作的前一個(gè)版本完全一樣。

開關(guān)和IMU的接線都必須是屏蔽線，除非IMU非?？拷麬rduino。IMU應(yīng)該盡量裝在臺(tái)板的中央或前面，比如我們就把IMU固定在了前端的盒子里。

從圖中你可以看到，我們其實(shí)把所有東西都固定在了那個(gè)盒子里，騎踏板車的時(shí)候只能操作切斷開關(guān)，左右駕駛和傾斜控制。

另外，電池被安裝在了馬達(dá)的頂部。

2.6 代碼

二、制作基于Arduino的自動(dòng)避障機(jī)器龜

制作時(shí)間：一天

制作難度：★★★☆☆

GEEK指數(shù)：★★★☆☆

在本教程中我將一步步地教你如何利用板載Arduino UNO微控制器制作自動(dòng)避讓機(jī)器人烏龜Duino（TurtleDuino）。我用五金里買的材料，以及網(wǎng)上買的電子器件設(shè)計(jì)了這個(gè)烏龜Duino。

雙向電梯

1 準(zhǔn)備材料

2 切割底座

3 烏龜?shù)牟弊?/p>

4 制作烏龜?shù)哪X袋

5 制作烏龜?shù)哪X袋，第2部分

6 布線

7 Arduino設(shè)計(jì)和莫霍克發(fā)型

8 DIYer簽到處

1 準(zhǔn)備材料

購物清單：

Arduino UNO（Sparkfun.com）

超聲波Ping傳感器（jameco.com）

2個(gè)大型連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)（sparkfun ROB-09347）

1個(gè)中型180度轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)（sparkfun ROB-10333）

面包板（sparkfun PRD-09567）

跳線（sparkfun PRD-11026）

SPST撥動(dòng)開關(guān)（sparkfun COM-09276）

22號(hào)安裝線（sparkfun PRD-08023）

伺服電器擴(kuò)展（sparkfun ROB-08738）

Arduino的9伏電池插口（sparkfun PRY-09518）

9伏電池倉（可選）

9伏電池

4節(jié)AA電池

分離長插頭（sparkfun PRT-10158）

舊的遙控汽車輪子

2個(gè)大型伺服電機(jī)支架

五金店采購：

1/2英寸（1.27厘米）45度PVC管（烏龜?shù)牟弊樱ㄔ?a target="_blank">電氣區(qū)）

1/2英寸（1.27厘米）PVC單孔導(dǎo)管扣帶，或者導(dǎo)管夾（用于支撐烏龜?shù)牟弊樱ㄔ趨^(qū)）

2英寸（5.08厘米）進(jìn)線口帽（烏龜?shù)募讱ぃㄔ陔姎鈪^(qū)）

1英寸（2.54厘米）進(jìn)線口帽（烏龜?shù)哪X袋）（在電氣區(qū)）

液態(tài)電工膠布（在電氣區(qū)）

熱熔膠槍套件（在工具區(qū)）

焊接套件（在工具區(qū)）

五金部分：

3/8英寸（0.95厘米）×6×24英寸（61厘米）手工板（用于制作烏龜?shù)牡鬃?/p>

#6-32×1英寸（2.54厘米）機(jī)械螺釘（大約20顆）

#6平墊圈（小包裝）

#6×1/2英寸（1.27厘米）金屬板螺釘（用于將脖子的角架、前輪，和甲殼連接在底座上）

#4×1/2英寸（1.27厘米）金屬板螺釘（用于將伺服電機(jī)和arduino連接在底座上）（小包裝）

#6螺母（小包裝）、4個(gè)#6-32×2英寸（5.08厘米）長螺栓（用于將腦袋連接在脖子上，和將ping伺服電機(jī)連接在腦袋上）

90度角角板

2英寸（5.08厘米）油漆刷（用于繪制超酷的莫霍克發(fā)型）（在油漆區(qū)）

2 切割底座

在這一步中我們要切割底座、安裝后部的伺服電機(jī)、前輪和后輪，以及4節(jié)AA電池的電池倉。

將烏龜外殼的底部零件取下并拆開，然后將外殼放在一塊1/2英寸（1.27厘米）×6×4英尺（1.22米）白楊木上，用3英寸（7.62厘米）鉛筆（之所以是3英寸鉛筆，是因?yàn)榭臻g比較狹窄）將甲殼的內(nèi)徑勾勒出來。在甲殼前面留出大約2英寸（5.08厘米）的底座，然后將勾勒出來的部分切割下來。（參見圖片）

現(xiàn)在，讓我們用兩個(gè)伺服電機(jī)，或者你自己做的電機(jī)，用#4金屬板螺釘（一定要用適合連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的螺釘）將后部伺服電機(jī)安裝在底座背部靠近外側(cè)邊緣的位置，這樣一來，露在外面的就只有伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸了。

在底座的2個(gè)伺服電機(jī)之間鉆一個(gè)1/4英寸（0.635厘米）的通孔，這個(gè)孔是用來穿電機(jī)和4節(jié)AA電池的電池倉的正負(fù)極導(dǎo)線，將它們連接在面包板上。我用2個(gè)小型樂高零件將前輪安裝上去，并用#6×1/2英寸（1.27厘米）金屬板螺釘將它們擰在了底座上。我用熱熔膠將后輪固定在伺服電機(jī)長長的圓形機(jī)臂上，然后用螺釘將它們固定在伺服電機(jī)轉(zhuǎn)軸上。

最后擰上4節(jié)AA電池的電池倉的螺釘。［忘了將導(dǎo)線穿過1/4英寸（0.635厘米）的孔）］。

3 烏龜?shù)牟弊?/p>

現(xiàn)在我們要將脖子連接在底座上了。拿起1/2英寸（1.27厘米）45度PVC管，將較寬的一頭切掉。將PVC管角架用螺釘固定在底座前面的中間，讓角架大約距離前邊緣有兩英寸（5.08厘米）距離。

參見圖片，將管子的另一頭以某一角度切割，然后像圖片中那樣，在管子的上半部分末端鉆一個(gè)3/16英寸（0.48厘米）的孔（這些孔將被用于將90度角角板安裝在脖子上，來支撐烏龜?shù)哪X袋。這個(gè)孔必須對(duì)準(zhǔn)了以后再鉆，從脖子的左側(cè)一直到右側(cè)。）

4 制作烏龜?shù)哪X袋

對(duì)我來說，制作腦袋是整個(gè)項(xiàng)目中最難的一步了。

所以請(qǐng)跟我一起來挑戰(zhàn)難關(guān)，我會(huì)盡可能讓你順利通過的。

拿起1英寸（2.54厘米）的進(jìn)線口帽，將內(nèi)部的零件都取出并拆掉。將ping傳感器的圓柱體面對(duì)面地放在腦袋上，然后勾勒出圓柱體的輪廓，這樣你就知道要在腦袋前面如何切割了。參見圖片。（我建議你使用dremel工具）

在你為ping傳感器切割好開口之后，將它放進(jìn)腦袋里，從腦袋前面伸出1/8英寸（0.3厘米）的長度。在腦袋的前面兩側(cè)各鉆一個(gè)3/16英寸（0.48厘米）的孔，位置就在ping傳感器的安裝孔上方。接著，將ping傳感器通過兩個(gè)小的扣環(huán)安裝在腦袋上。參見圖片了解細(xì)節(jié)。

然后，將伺服電機(jī)放進(jìn)腦袋里，從內(nèi)側(cè)將腦袋頂部安裝孔的位置標(biāo)記下來。用3/16鉆頭將兩個(gè)伺服電機(jī)安裝孔鉆好，然后用2個(gè)6-32×2英寸（5.08厘米）螺栓和2個(gè)6-32螺母將伺服電機(jī)安裝好。

5 制作烏龜?shù)哪X袋，第2部分

拿出90度角角板，用伺服電機(jī)附帶的兩顆螺釘和兩個(gè)套管將伺服電機(jī)的中型機(jī)臂安裝好。參見圖片了解細(xì)節(jié)。將機(jī)臂用螺釘安裝在伺服電機(jī)上。將ping傳感器和伺服電機(jī)的導(dǎo)線穿過烏龜?shù)牟弊?，連接到面包板上。

但是，首先要將伺服電機(jī)的擴(kuò)展件安裝在伺服電機(jī)和ping傳感器上，讓它們能夠接到面包板?，F(xiàn)在，將角板安裝在機(jī)臂上，然后用一對(duì)6-32×2英寸（5.08厘米）螺栓和螺母將它安裝在烏龜?shù)牟弊由稀?/p>

6 布線

首先將面包板背面的粘合劑剝掉，將它放在底座的后部，位于后部伺服電機(jī)的上方。測量并切割一條比arduino長1/8英寸（0.32厘米）的木板。這塊板將會(huì)用#4×1/2英寸（1.27厘米）的金屬板螺釘固定在烏龜腦袋支架的頂部。

將Arduino板用#4×1/2英寸（1.27厘米）金屬板螺釘固定在這塊板上?，F(xiàn)在，就該排線了，用分離插頭的管腳將兩個(gè)后部伺服電機(jī)、ping伺服電機(jī)和ping傳感器和面包板接起來（從插頭管腳中去除4個(gè)3管腳的部分，連接伺服電機(jī)）。

用安裝線將后部電機(jī)的電源（4節(jié)AA電池的電池倉）負(fù)極（黑色）和正極（紅色）連接在面包板的軌道上，黑色連藍(lán)色軌道，紅色則連面包板的紅色軌道。

將左右伺服電機(jī)的紅色引線接在紅色軌道上，而黑色引線接在面包板的藍(lán)色軌道上。

左邊電機(jī)的白色引線接在Arduino的11號(hào)D管腳上

右邊電機(jī)的白色引線接在Arduino的10好D管腳上

Ping電機(jī)：棕色是負(fù)極（接地）

橙色是正極（電源）

黃色是信號(hào)線

將棕色引線接在面包板的藍(lán)色軌道上，橙色引線接在面包板的紅色軌道上。

黃線則接在Arduino的6號(hào)D管腳上。

Ping傳感器：將ping傳感器上標(biāo)有GRN的管腳接在Arduino的GRN端。

將ping傳感器上標(biāo)有5v的管腳接在Arduino的5v端。

最后將標(biāo)有SIG的管腳接在Arduino的7號(hào)D管腳上。

安裝9伏電池和電池倉。

現(xiàn)在，拿出SPST撥動(dòng)開關(guān)，在每頭焊接一條8英寸（20.32厘米）的引線。拿出9伏插口，將紅線剪掉一般，然后將開關(guān)的一條引線焊接在插口的一頭，開關(guān)的另一條引線焊接在插口的另一頭。

在甲殼后部較低的位置鉆一個(gè)1/4英尺（0.635厘米）的孔，安裝開關(guān)。

7 Arduino設(shè)計(jì)和莫霍克發(fā)型

莫霍克發(fā)型：拿出3英寸（7.62厘米）油漆刷和強(qiáng)力膠，將膠水大量涂抹在刷子末端1/4英寸（0.635厘米）的范圍內(nèi)。兩邊都浸泡好膠水（記得戴手套）然后等待20分鐘讓它晾干。在干了以后，剪下1/2英寸（1.27厘米）的刷毛，拿去用PVC接合劑或者任何其他的塑料膠水將它粘在腦袋上。

將Arduino插入計(jì)算機(jī)中，下載下面的設(shè)計(jì)程序。好了，恭喜你已經(jīng)完成了烏龜Duino的制作。

烏龜Duino自動(dòng)避讓機(jī)器人 代碼部分

// 烏龜Duino自動(dòng)避讓機(jī)器人By:RobDavinci

#include //include Servo library

const int RForward = 0;

const int RBackward = 180;

const int LForward = RBackward;

const int LBackward = RForward;

const int RNeutral = 90;

const int LNeutral = 90; //電機(jī)速度常數(shù)

const int pingPin = 7;

const int irPin = 0; //銳利的紅外傳感器管腳

const int dangerThresh = 10; //障礙物的閾值（單位厘米）

int leftDistance， rightDistance; //兩側(cè)距離

Servo panMotor;

Servo leftMotor;

Servo rightMotor; //聲明電機(jī)

long duration; //接收PING）））信號(hào)所需的時(shí)間

void setup（）

{

rightMotor.attach（11）;

leftMotor.attach（10）;

panMotor.attach（6）; //將電機(jī)安裝在適當(dāng)管腳上

panMotor.write（90）; //將PING）））焊盤設(shè)為中央

}

void loop（）

{

int distanceFwd = ping（）;

if （distanceFwd》dangerThresh） //如果無障礙

{

leftMotor.write（LForward）;

rightMotor.write（RForward）; //前進(jìn)

}

else //如果有障礙

{

leftMotor.write（LNeutral）;

rightMotor.write（RNeutral）;

panMotor.write（0）;

delay（500）;

rightDistance = ping（）; //掃描右側(cè)

delay（500）;

panMotor.write（180）;

delay（700）;

leftDistance = ping（）; //掃描左側(cè)

delay（500）;

panMotor.write（90）; //回到中央

delay（100）;

compareDistance（）;

}

}

void compareDistance（）

{

if （leftDistance》rightDistance） //如果左側(cè)障礙較少

{

leftMotor.write（LBackward）;

rightMotor.write（RForward）; //向左轉(zhuǎn)

delay（2000）;

}

else if （rightDistance》leftDistance） //如果右側(cè)障礙較少

{

leftMotor.write（LForward）;

rightMotor.write（RBackward）; //向右轉(zhuǎn)

delay（2000）;

}

else //如果障礙同樣多

{

leftMotor.write（LForward）;

rightMotor.write（RBackward）; //轉(zhuǎn)180度

delay（2000）;

}

}

long ping（）

{

//發(fā)出PING）））信號(hào)脈沖

pinMode（pingPin， OUTPUT）;

digitalWrite（pingPin， LOW）;

delayMicroseconds（2）;

digitalWrite（pingPin， HIGH）;

delayMicroseconds（5）;

digitalWrite（pingPin， LOW）;

//獲取接收回聲所需的時(shí)間

pinMode（pingPin， INPUT）;

duration = pulseIn（pingPin， HIGH）;

//將持續(xù)時(shí)間轉(zhuǎn)換為距離

return duration / 29 / 2;

}

在DIY制作Arduino機(jī)器人過程中，小編希望這篇教程讓你能體驗(yàn)到和我一樣的快樂。