PVC-Robot【1号】疯狂的小强·避障机器人

pvcrobot · 发表于 2011-7-19 20:51:19

　　一般智能的机器人都是用单片机芯片（MCU微处理器）做控制，简单一点的也需要由一些电阻、电容之类的电子元件组成的电子电路做控制。作为PVC系列机器人的第二个项目，这里将介绍一个电路最简单的机器人，其不仅不需要单片机芯片，就连最普通的电阻、电容等电子元件也不用，完全是一个仅由电池、开关、马达组成的最基础的电学电路，一般只要有基本的物理电学基础就可以自行制作了。

(原文件名:PVC-01.jpg)

　　这是一个简单的避障机器人，所谓“避障”即避开障碍物，实际上就是遇到障碍物时会转弯掉头。　　
　　以下为效果视频，为了拍摄方便是放在一个小盒子里的，由于地方窄动作也比较快，看起来有点象一只疯狂的小强，如果放在地上则会满屋子跑，追都追不上。
　　在此，我给本项目的避障机器人再起一个外号——疯狂的小强，呵呵。

视频地址：http://v.youku.com/v_show/id_XMjU2OTc4NDU2.html

一、基本原理
　　本项目的避障机器人采用三轮传动结构：前面左右两边的两个轮子是主动轮，各接一个电机作为动力；后轮是从动轮，起到平衡的作用。

1、运动机理　　控制前面两个轮子的转动方向就可以控制整个机器人行进的方向：
　　1、左右两个前轮都向前转，则机器人向“正前方”直线前进；
　　2、左右两个前轮都向后转，则机器人向“正后方”直线倒退；
　　3、左前轮向后转，右前轮向前转，则机器人将以后轮为轴心逆时针转动，即实现向“右后方”转弯倒退；
　　4、左前轮向前转，右前轮向后转，则机器人将以后轮为轴心顺时针转动，即实现向“左后方”转弯倒退。

(原文件名:运动机理.jpg)

2、控制原理
　　在机器人的头部用钢丝做两根触须，一左一右各连接到一个碰撞开关，分别控制两个前轮的旋转方向。
　　特别注意，左右触须与对应控制的电机是交叉过来的，即：左边的触须连接右边的碰撞开关，控制右边的电机；右边的触须连接左边的碰撞开关，控制左边的电机。

(原文件名:控制原理.jpg)

（1）无障碍物
　　当前方都没有障碍物，左右两个轮子都向前正转，则机器人向“前方”直线前进。

（2）左前方有障碍物
　　当左前方有障碍物，在左边触须碰到障碍物时，控制右边的轮子反转，则机器人向“左后方”倒退并转弯，即方向转向了障碍物的右边，从而避开了左边的障碍物。
　　向后倒退转弯会持续一会，在完成转弯之后，左边触须不再碰到障碍物，则两个轮子都正转，机器人继续向新的没有障碍物的“前方”直线前进。

（3）右前方有障碍物
　　当右前方有障碍物，在右边触须碰到障碍物时，控制左边的轮子反转，则机器人向“右后方”倒退并转弯，即方向转向了障碍物的左边，从而避开了右边的障碍物。
　　向后倒退转弯会持续一会，在完成转弯之后，右边触须不再碰到障碍物，则两个轮子都正转，机器人继续向新的没有障碍物的“前方”直线前进。

（4）正前方有障碍物
　　当正前方有障碍物，左右两边的触须都会碰到障碍物，控制左右两边的轮子都反转，则机器人向“正后方”倒退，从而避开障碍物。
　　在直线倒退持续了一会后，左右两边的触须都不再碰到障碍物，则两个轮子都正转又变成直线前进；然后又会遇到正前方的障碍物又会直线倒退，再直线前进……如此反复变成一个死循环。
　　理论上会出现以上这样的问题，但是实际上并不会，因为无论是左右轮的摩擦系数有所差异，还是左右两组电机的驱动功率有所差异，或是左右两组电机的电源的电量有所差异，又或是障碍物左右两部分表面的光滑程度有所差异，都会导致实际上左右两边的触须碰到障碍物有一个时间差，都无法做到两边轮子同时反转，也就是说向后倒退的时候不是完全的直线而是会有所偏移。而且即便第一次是直线后退，但在往复几次碰撞之后肯定会出现偏移，最终解除循环避开障碍物向新的方向前进。
　　在以上视频中，我们也可以看到这一有趣的一幕，机器人连续几次反复撞上“墙壁”，最后还是会重新转向另外的方向。

　　从视频中，我们除了看到以上这种特殊情况外，另外还有一种情况，就是有些时候机器人会卡在墙角停顿了好一阵，然后才转向。这是因为有些时候由于触须碰撞墙壁的角度比较偏，不是正面碰撞，导致碰撞的力度不够，触须无法立即触发碰撞开关响应，而机器人在电机的推动下不断的挤向墙壁，缓慢的挤压后才触发了碰撞开关控制转向，也就是看到了机器人在墙角停顿了一会才转向的情景。出现这情况，如果电机的输出功率不足，或是由于电池的电量下降导致动力不足，可能会导致机器人在墙角无力挤压触发碰撞开关，最终变成卡死在墙角，这个时候要么是换大功率的电机，要么就是换新电池。

3、电路原理
　　本项目的电路非常简单，由一个最基本的电学电路组成。
　　1、机器人的动力是由两个直流电机提供的，众所周知，直流电机的两个电极连接直流电源，通过改变两个电极所连接电源的正负极，可以改变电机的旋转方向（顺时针或逆时针）。
　　2、电源为两节7号电池，每节电池作为一个独立的供电单元，每个电机某一时刻只有一节电池为其供电。如果前进时是一节电池供电，后退时则是另外一节电池以相反电流的方式供电。

(原文件名:电机转向原理.gif)

　　3、通过三引脚的碰撞开关，可以控制电机采用哪一单元的电池进行供电，而碰撞开关则连接触须，触须被挤压则碰撞开关被触发。下图为其中一个电机的控制原理。

(原文件名:碰撞控制原理.gif)

　　4、机器人头部有两根钢丝作的触须，触须分别连接在两个碰撞开关上（注意两根钢丝对应的碰撞开关是交叉的，即：“左—右”钢丝，对应“右—左”碰撞开关）。
　　（1）没有障碍物时，触须没有被挤压，不触发碰撞开关，碰撞开关默认的通路，给电机供给一个“正方向”的电流，电机于是“顺时针方向”旋转。
　　（2）有障碍物时，触须被挤压，触发碰撞开关，碰撞开关断开默认通路，连接另外的一组通路，给电机供一个“反方向”的电流，电机于是“逆时针方向”旋转。

　　这里给出完整的电路原理图：

(原文件名:电路原理.jpg)

　　为了方便大家，这里再给出实物电路接线图供参考。

(原文件名:电路接线图.jpg)

(原文件名:电路焊接示意图.gif)

原文图片比较多，无奈这里发图片比较麻烦，只能省略了，有兴趣可以访问：http://blog.163.com/pvc_robot/blog/static/1752764322010112081412610/

pvcrobot · 发表于 2011-7-21 10:35:56

本来想把具体过程也发出来的，但是图片上传太麻烦。

贴出博客地址并不是为了打广告，如果管理员认为不妥可以帮我把后面的链接地址删掉，我现在还修改不了，因为新注_册的这个账号还没有通过审核。

之前的账号丢了找不回来，只好重新申请一个。

gongnn · 发表于 2011-7-23 08:04:52

我最讨厌管这东西叫机器人了，看见就烦，尤其软广告！！！！！！！！！！！！！！！

skystalker · 发表于 2011-7-23 08:44:45

楼主　TMD这叫机器　

jackiezeng · 发表于 2011-7-23 08:51:50

额~~~~~! 介个不该叫机器人吧,,,,,,,

ShawnLinson · 发表于 2011-7-23 09:36:45

删账号，封IP，好可怜哦~~~~~~

pvcrobot · 发表于 2011-7-23 11:15:53

请不要以所谓专业的眼光以高高在上的姿态对别人的东西妄加评判，就算给点初学者或者门外汉一点点空间都好

我来论坛，不是为了把自己的作品摆出来，让大家夸几句满足一下虚荣心，而能够和大家分享经验，尤其对一些刚入门或者想要入门的朋友能够有点帮助，对我自己而言我觉得是有意义的。整个从入门到高级的博客教程，包括从简单电路到单片机甚至PC机的智能控制内容，我会一直写下去。。。

至于所谓机器人，除了现在大家所熟知的动辄就是使用单片机的所谓智能机器人，也有一种被称为BEAM的简单机器人，学电子的人未必知道，但玩机器人的人肯定知道。。。

另外，补充一下，第一次在论坛发这样的帖子，既然有人讨厌所谓软广告，我本是要删除掉外部链接的，但是开始是没有通过审核无法编辑，现在却又已经过了时间无法编辑，只能说下不为例了。。。

killin · 发表于 2011-7-23 12:13:57

楼主做了很多有意思的东西，很喜欢那个机器昆虫。

duzhang · 发表于 2011-7-23 12:18:30

其实想问问大家对机器人的定义是什么？？
其实楼主做的还不错，虽然结构简单，但设计的初衷和目的本来就很简单。
当然，这个和大家所理解的机器人差异太大，称之为机器人也是有点牵强，呵呵。

electron_love · 发表于 2011-7-23 13:10:40

这种帖子就别放在这理了，找个小学生课外制作的网站发上去吧。现在小学生都玩单片机了，楼主还没长大？就凭你那点积分
【楼主位】 pvcrobot
积分：26
派别：
等级：------
来自：
不够丢人的
你看看2楼
【2楼】 gongnn 魔法师

积分：2407
派别：
等级：------
来自：辽宁*沈阳

说话有无分量看看积分就知道

pvcrobot · 发表于 2011-7-23 14:00:55

不想打口水战，比积分，有些人也只是五十步笑一百步而已。。。

搞笑拿别人的积分来比，是不是我在论坛里找一个积分更多的人帮我说话，就能证明我的话呢，无聊了吧。。。

呵呵，说到小学生玩单片机，不否认有这样的人存在，但也许是我所在的地方比较落后吧，与我沟通多数还是大学生。其实这也正常，本身机器人就是比较综合的领域，电子、机械、编程等等都要熟悉，如果是非专业的人，要做好也未必是件容易的事。。。

我也不是说自己如何如何，千里之行始于足下，这一系列的文章，我是要继续写下去的。。。

有兴趣的人多多关注，其他人就请绕道吧。。。

pvcrobot · 发表于 2011-7-23 14:03:58

回复【8楼】duzhang
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有一种叫BEAM机器人，早期在国外很流行。国内开展机器人DIY活动比较晚，似乎一上来就跳过了那个阶段，其实那些也挺有意思的。。。

在我看来，对于初学者，从BEAM开始入门也未尝不可。。。

gongnn · 发表于 2011-7-23 14:05:23

本来不想继续说了，但楼主看起来就欠扁。这东西如果让小孩子来玩玩行，但你告诉小孩子这是机器人那就是误导，是犯罪！！

国外叫这东西为BEAM，但可没称为Robot。如果楼主英文够拽，自己去查。BEAM 取自Biology（生物学）, Electronics（电子学）, Aesthetics（美学）, Mechanics（机械学）的首字母。已经够牵强的了，你还称为机器人？这是中国人为了推广加上的，其实生物学与仿生学是有很大差别的，这东西更和仿生学没关系的。

一家之言。

cheaven · 发表于 2011-7-23 14:07:02

我到时觉得楼主做的东西很不错。先不论所谓的“技术”是否复杂简单，能有这样的细心的心思，就已经很难得了

gongnn · 发表于 2011-7-23 14:12:31

回复【13楼】cheaven
我到时觉得楼主做的东西很不错。先不论所谓的“技术”是否复杂简单，能有这样的细心的心思，就已经很难得了
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嗯，做事情很认真的，如果能把这精力放在一些更正规的事情上，真的好啊！

pvcrobot · 发表于 2011-7-23 14:15:47

探讨问题，请心平气和

如果有兴趣可以看看我的博客，这里是目录结构（内容有待继续填充）：
http://blog.163.com/pvc_robot/blog/static/175276432201112874135278/

我计划是要从简到繁完成一整部教程，也许现在进展到的东西都很简单，也许出现复杂的内容的时候，大家又不是这样看待这个问题了。。。

HYLG · 发表于 2011-7-23 14:17:26

看来楼上多位对机器人的定义都比较高级.
有货你就亮出来,砖头不算.
我支持楼主.

gongnn · 发表于 2011-7-23 14:19:34

回复【16楼】HYLG
看来楼上多位对机器人的定义都比较高级.
有货你就亮出来,砖头不算.
我支持楼主.
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机器人至少要有传感器+智能+执行机构。

另外，论坛为什么不能扔砖头啊？

gongnn · 发表于 2011-7-23 14:20:59

回复【16楼】HYLG
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其实机器人并不怎么高级，微波炉、洗衣机都可以看做机器人技术的应用，但楼主这种东西未免牵强了。

pvcrobot · 发表于 2011-7-23 14:22:01

另外，这里有我之前自学单片机时做的一个六足机械昆虫：http://ct_man.blog.163.com

也都还不算高级，但迟一些时候我会拿出真正高级和智能的东西出来的，敬请期待，呵呵

gongnn · 发表于 2011-7-23 14:23:58

其实你做的不错了，也鼓励期待你新东西，只是看不起你的机器人的称谓方法和广告软文。

gongnn · 发表于 2011-7-23 14:26:36

大家做自己喜欢的事情无可厚非，但去宣传就是另外一回事，打个不恰当的比方，凤姐如果好好在中国农村种地，相信大家见面看一眼也不会感觉怎么地，但到处显眼地招摇就不好了，才会有鸡蛋、西红柿伺候的，对吧。

cheaven · 发表于 2011-7-23 14:30:24

回复【17楼】gongnn 魔法师
回复【16楼】hylg
看来楼上多位对机器人的定义都比较高级.
有货你就亮出来,砖头不算.
我支持楼主.
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机器人至少要有传感器+智能+执行机构。
另外，论坛为什么不能扔砖头啊？
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其实我认为楼主的作品都是包含的...呵呵

gongnn · 发表于 2011-7-23 14:32:35

回复【22楼】cheaven
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智能呢？

cheaven · 发表于 2011-7-23 14:38:00

严格的说目前的机器人都不存在智能，各类滤波器，神经网络，决策算法，这些都只是人类定义好的逻辑系统。真正的智能从来都没出现过
那么，他们为何不能以机械或者这种“硬编码”的方式呈现呢。

假如我用x86结合光敏传感器经过N多重滤波做了个追光机器，但如果只用简单的电路和机械结构也能很好解决。为何用前者？后者就没有“智能”?

pvcrobot · 发表于 2011-7-23 14:40:31

BEAM确实属于简单机器人的一种，至少在我们和国外朋友一起玩机器人的圈子里是这认定的。

Yahoo有专门的BEAM机器人讨论组
http://tech.groups.yahoo.com/group/beam/

也有很多这类的网站
http://www.beam-wiki.org/wiki/Main_Page

包括很多经典的制作
http://blog.makezine.com/archive/2009/07/how-to-build-a-beam-solarroller.html

至于说广告，确实承认有这一点，但声明这个不是为了所谓的商业目的。我写的东西都是完全公开的，材料力求选用最简单最用以找到的器件；所谓套件都是低成本的，且也只是为了方便一些条件有限的初学者，其实稍微有条件的朋友都完全自己可以找到。

如果写了多一点的东西，无法方便的在论坛发布，要么就是放弃分享，要么就是发了链接变成广告嫌疑。这似乎有点说不过去。。。

不过以后我会去掉链接，有兴趣的自己去找。。。

gongnn · 发表于 2011-7-23 14:42:41

回复【24楼】cheaven
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你到底是“严格”还是“宽泛”啊？自己都糊涂了吧。不是有CPU器件就是智能啊。更不是完成条件判断就是智能。那还造什么机器人啊。

cheaven · 发表于 2011-7-23 14:47:17

回复【26楼】gongnn 魔法师
回复【24楼】cheaven
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你到底是“严格”还是“宽泛”啊？自己都糊涂了吧。不是有cpu器件就是智能啊。更不是完成条件判断就是智能。那还造什么机器人啊。
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很不幸得，以我肤浅的了解，目前的智能还真就是一些条件判断，现在稍微高级了些，用了概率分布来做一些所谓的模糊逻辑(见Probabilistic Robotics)，但还是逻辑判断，呵呵。

pvcrobot · 发表于 2011-7-23 14:50:23

在国外比较有名一个杂志《Make》，也有关于BEAM机器人的专题：
http://makezine.com/06/

翻译到国内就是《爱上制作》：
http://www.hobbypress.cn/bencandy.php?fid-356-id-3151-page-1.htm

以上都算是民间的吧，至于严格定义，我还真不好说，我不是专业人士也没有权威去下所谓定义。

gzxyt · 发表于 2011-7-23 15:38:58

呵呵，这个设计，和我高中做的一个寻找红外源的机器人很类似呢。

当时MCU是什么都没有听过，就是用一对红外传感器做的，嘿嘿。

electron_love · 发表于 2011-7-24 11:00:10

排了这么多层了竟然没有一个写mark的.....

回复【2楼】gongnn 魔法师

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外部链接越来越多了...

回复【楼主位】pvcrobot
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本没有攻击，可能被误解了，现在这里道个歉，不是来吵架的。

pvcrobot · 发表于 2011-7-24 12:36:05

回复【24楼】cheaven
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你到底是“严格”还是“宽泛”啊？自己都糊涂了吧。不是有cpu器件就是智能啊。更不是完成条件判断就是智能。那还造什么机器人啊。
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很不幸得，以我肤浅的了解，目前的智能还真就是一些条件判断，现在稍微高级了些，用了概率分布来做一些所谓的模糊逻辑(见probabilistic robotics)，但还是逻辑判断，呵呵。
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感谢cheaven老兄的支持

忘了说，别看cheaven老兄积分不多，但却是机器人领域的高手，为人还很谦虚

大家可以看看他的博客。

jyjmaster · 发表于 2011-7-24 13:00:41

mark

292580156 · 发表于 2011-8-12 17:45:57

个人感觉这东西走得挺巧妙地，支持下楼主

zht9961020 · 发表于 2011-11-9 08:40:26

死抠定义没啥意思，定义都是人给的，也是不断扩充变化的，每个人都有自己的理解，领会精神就行了

NowCan · 发表于 2011-11-10 17:18:14

这个东西还是很巧妙地。
智能这个本身就没有个明确的定义。两个开关作为智能也未尝不可。

dubu · 发表于 2011-11-10 18:52:08

很不错～有创意～mark

dgjmwn · 发表于 2011-11-10 21:16:21

支持楼主，不过，此贴楼主可能看不见啊。。。

lhm11 · 发表于 2011-12-1 21:17:42

支持楼主，mark！

PVC-Robot【1号】疯狂的小强·避障机器人

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