想做機器人不知道怎么入手？讓老司機帶帶你吧

當(dāng)你點開這篇文章，相信你一定也是個機器人愛好者。我也是，而且是一位機器人重度發(fā)燒友。在開篇之前，請容許我先追憶一下往昔。第一次接觸機器人是在大一的上學(xué)期，我選修了一門課《機器人概論》，這門課可以說是視頻賞析課，因為老師每次上課都只是給我們播放一些機器人相關(guān)的視頻看，卻很少講理論知識，也不用考試，所以同學(xué)們都非常喜歡這門課。我也喜歡，但是，我和他們不一樣，這些視頻中的機器人深深地吸引著我，每節(jié)課都讓我心潮澎湃，熱血沸騰。終于有一天，我再也忍不住了，我要自己做機器人!多年以后，回想當(dāng)初的經(jīng)歷，我覺得應(yīng)該為那些想玩機器人或初玩機器人的愛好者們寫一篇機器人制作指南，引導(dǎo)他們更輕松的入門機器人制作。

平臺選擇

言歸正傳，這篇入門攻略并不是簡單的演示制作機器人的過程，而是系統(tǒng)的為你普及機器人制作入門所需要了解的各方面知識和技巧?？傮w分為：平臺環(huán)境篇，軟件篇，硬件篇，機械篇等。每一篇我都會著重于引導(dǎo)新手如何入門以及告訴你應(yīng)該去學(xué)習(xí)哪些知識。下面我們先來介紹一下機器人制作入門如何選擇合適的平臺。

首先，平臺的選擇與個人的文化水平、經(jīng)濟能力、動手能力等直接相關(guān)，合理選擇平臺可以讓你更輕松的入門機器人制作。針對平臺的選擇，大致分為以下三類：

一 年齡較小，學(xué)習(xí)能力有限的機器人愛好者

針對這類愛好者，推薦使用樂高EV3的機器人制作套件。這個套件主要包括控制器、大型電機、中型電機、超聲波傳感器、顏色傳感器、觸動傳感器、陀螺儀等核心器件以及許多樂高結(jié)構(gòu)零件。

EV3機器人套件

EV3機器人實例

上面兩張圖片分別是樂高EV3的套件以及搭建實例，可見樂高提供豐富的零件，在搭建方面是非常便捷的，同時樂高還配套圖形化編程軟件，直接拖動圖形模塊進行編程，非常適合高中小學(xué)生入門。

二 專業(yè)水平較低的愛好者

針對這類愛好者，推薦使用Ardunio，Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺。包含硬件(各種型號的Arduino板)和軟件(Arduino IDE)。這個平臺為愛好者免去了硬件開發(fā)的過程，并簡化了程序的編寫，比較方便初學(xué)者入門，使得初學(xué)者更關(guān)注創(chuàng)意與實現(xiàn)，更快的完成自己的機器人制作，大大節(jié)約了學(xué)習(xí)的成本，縮短了開發(fā)的周期。

Arduino主板

三 熱衷自主開發(fā)的愛好者

有一種機器人愛好者，他們熱衷于完全自主制作機器人，他們享受著制作機器人每一個環(huán)節(jié)所帶來的樂趣。他們有嚴重的潔癖，難以忍受自己制作的機器人摻雜著過多別人的成果;不管是軟件、硬件還是機械，他們都要自己動手完成。恰巧我就是這類人，接下來的幾篇文章也是專門為這類初學(xué)者而寫的，希望能夠引導(dǎo)初學(xué)者更輕松的入門機器人制作，下面提前預(yù)告一下每一篇的內(nèi)容。

硬件篇主要涉及到單片機的選型，電路設(shè)計的學(xué)習(xí)路線，電路設(shè)計的工具等內(nèi)容。

軟件篇主要涉及到編程語言的選擇，編程語言的學(xué)習(xí)路線，軟件設(shè)計的工具等內(nèi)容。

機械篇主要涉及到機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，機械繪圖軟件的選擇，機械機構(gòu)制作的幾種方法，機械加工技巧，機械加工工具等內(nèi)容。

硬件入門指導(dǎo)

當(dāng)我為了制作機器人而開始學(xué)習(xí)電子技術(shù)的時候，我發(fā)現(xiàn)我成為了一名電子愛好者。每當(dāng)我站在圖書館的書架前，看著一排排電子技術(shù)書籍，我都會熱血沸騰，渴望著把所有的書都帶回去學(xué)習(xí)，這種感覺太奇妙，現(xiàn)在都很詫異當(dāng)初為什么會這么的狂熱。相信你也會和我一樣，成為一名狂熱的電子愛好者。

我將硬件入門學(xué)習(xí)分成三個部分來講: 單片機，電子技術(shù)，電路設(shè)計與制作。

一 單片機

眾所周知，機器人需要像人類一樣擁有會思考的大腦，而單片機非常適合是作為機器人的大腦。所謂單片機，就是一個微型的計算機系統(tǒng)，它可以進行數(shù)據(jù)的運算處理，我們通過對它進行編程來控制機器人執(zhí)行各種動作。單片機的型號種類有很多，初學(xué)者往往難以抉擇，推薦從AVR系列單片機Atmega8入門，它的內(nèi)部資源比較豐富，片上外設(shè)功能齊全，機器人制作中常用的定時/計數(shù)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、UART、I2C等外設(shè)均有。單片機的學(xué)習(xí)搭配著編程語言的學(xué)習(xí)才美妙，所以這一部分我會在軟件篇中詳細介紹關(guān)于單片機和編程語言的入門學(xué)習(xí)方法。

單片機

二 電子技術(shù)

電子技術(shù)包括模擬電路和數(shù)字電路兩部分，對于初學(xué)者而言，自學(xué)電子技術(shù)有一定難度，需要投入一些精力去學(xué)習(xí)。推薦清華大學(xué)華成英老師的模電和數(shù)電視頻教程，網(wǎng)上資源很多，請自行搜索。

工欲善其事必先利其器，這里強烈推薦一款手機APP，EveryCircuit，這是專為電子信息技術(shù)專業(yè)的人士所打造的軟件。它能夠讓你輕松的了解到電路究竟是如何進行工作的，我們只要在軟件中繪制出電路原理圖，就可以仿真電路以及驗證電路設(shè)計的正確性，在運行過程中，可以動態(tài)顯示線路的電壓波形和電流走向，還能動態(tài)顯示每一個器件的瞬態(tài)變化(這一點不同于其他電路仿真軟件)，有利于透徹了解各種元器件的工作方式，利用好這個工具絕對可以讓你事半功倍。

EveryCircuit

為了讓初學(xué)者能夠更快的入門機器人制作，我再簡單介紹一些比較重要的電子元器件，自學(xué)時請重點學(xué)習(xí)。

電阻，了解串并聯(lián)計算，分壓、限流以及上拉電阻、下拉電阻的含義等。

電容，了解串并聯(lián)計算，了解電容具有濾波、去耦、耦合、隔直等作用;電容的種類很多，了解鋁電解電容、鉭電容、瓷片電容、獨石電容等特點以及在什么場景下使用。

二極管，了解其單向?qū)ㄐ缘奶攸c，二極管種類有很多，了解發(fā)光二極管、穩(wěn)壓二極管、肖特基二極管、續(xù)流二極管等特點以及在什么場景下使用。

三極管，具有NPN和PNP兩種類型，具有電流放大的作用，在機器人的相關(guān)電路中通常讓它工作在飽和、截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)做電子開關(guān)使用。

場效應(yīng)管，具有N溝道和P溝道兩種類型，同樣具有放大作用，在機器人制作中也常被用作開關(guān)，例如我在設(shè)計直流電機驅(qū)動中就使用到了場效應(yīng)管的開關(guān)作用。這個器件在機器人制作中很重要，請重點學(xué)習(xí)。

電源穩(wěn)壓芯片，常用的有線性穩(wěn)壓芯片和開關(guān)電源芯片，了解這兩種電源芯片的各自特點和應(yīng)用場景。

當(dāng)具備一些電路基礎(chǔ)和電子元器件知識，我們就可以為機器人搭建一套完整的硬件系統(tǒng)。在設(shè)計時一般按照功能來劃分模塊，如電源管理模塊、直流電機驅(qū)動模塊、直流無刷電機驅(qū)動模塊、紅外傳感器模塊、超聲波傳感器模塊、IO接口模塊等等。這里簡單介紹幾個模塊：

電源管理模塊，一般機器人的供電電源只有一路輸入，例如12V輸入電壓，但是在整個硬件系統(tǒng)中，可能需要使用到2.5V、3.3V或者5V等等，那么就需要設(shè)計一個電源管理電路，將12V轉(zhuǎn)化為需要的電壓，這里面可能會用到多個電源芯片，也可能只用到一個電源芯片，根據(jù)實際情況而定。

直流電機驅(qū)動模塊，機器人制作中經(jīng)常用到直流電機，那么如何來控制電機正反轉(zhuǎn)、調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速以及制動呢?因為電機轉(zhuǎn)動需要比較大的電流，單片機無法直接驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，這時候就需要設(shè)計一個用于單片機控制直流電機的電路，我們叫它電機驅(qū)動電路。

傳感器模塊，機器人和人類一樣，需要感官器件去感知周圍環(huán)境信息，這時候就需要使用各種傳感器來實現(xiàn)這些功能，但是傳感器輸出的信號各種各樣，有些信號單片機是無法直接識別的，必須經(jīng)過處理(如放大，比較等)才能被單片機識別，所以我們需要為這些傳感器設(shè)計合適的接口電路。

好了，電路模塊設(shè)計就先簡單介紹這幾個，以后我寫一些專題文章來講解的機器人制作常用電路設(shè)計。

三 電路設(shè)計與制作

通常我們在一款電路設(shè)計軟件上設(shè)計電路原理圖，然后再根據(jù)原理圖設(shè)計電路板生產(chǎn)文件(PCB文件)。這種電路設(shè)計軟件的種類有很多，例如Protel99SE、AltiumDesigner、PADS、Cadence等等，我推薦學(xué)習(xí)使用AltiumDesigner，功能齊全，操作方便，容易上手，是初學(xué)者的最佳選擇。

學(xué)習(xí)電子技術(shù)最好的方式是動手制作，利用所學(xué)的電路知識設(shè)計出有趣的小制作，然后搭建出來進行調(diào)試改進。這里給初學(xué)者推薦兩個搭建電路的方法：

第一種 使用面包板和杜邦線配合元器件進行電路搭建，這種方法在前期學(xué)習(xí)中，最方便高效，初學(xué)時強烈推薦。缺點是杜邦線容易脫落。

面包板

第二種，使用萬用板，將元器件和導(dǎo)線焊接到萬用板上進行電路搭建，這種方法需要使用電烙鐵，所以要好好練習(xí)焊接技術(shù)。

萬用板

如果愛好者對電路設(shè)計以及電路板設(shè)計掌握到一定程度后，也可以嘗試尋找電路板加工廠商直接加工電路板。

對于在電路設(shè)計、制作、調(diào)試等過程中經(jīng)常用到的工具羅列如下，初學(xué)者可根據(jù)自身情況配備(電子元器件根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況進行采購)。

電烙鐵、焊錫絲、助焊劑

萬用板、耐高溫導(dǎo)線

面包板、杜邦線

萬用表

剝線鉗、斜口鉗

吸錫器

鑷子