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基于 Arduino 的创客全手工纸盒版小车制作教程

 培根阅读 2016-12-14

   每一个孩子从小都有一个梦想:制作一辆完全属于自己的小车。虽然目前市面上有很多制作小车的套件,做一辆小车不再是一件难事,但是这些小车套件做出的作品大多千遍一律,没有特色和个性。一般小车车体大多采用亚克力、铝合金或木板,可创意和发挥相像力的空间有限,笔者采用硬纸板裁剪后进行小车车底自由拼接,可完成个性化的车体装拼,采用纸板的另一好处是在其表面可以任意涂鸦各种造型,完成个性化的装饰,做出不一样的小车,实现不一样的梦想。完成小车需要准备材料如下:

制作流程如下:

1、裁剪长方形纸板。车体部分是由四块 130MM)×100MM)的长方体及二块 100MM

×100MM)纸板拼接而成。将一张 A4 大小的 2MM 厚白卡纸用尺子和铅笔按 130MM

×100MM)大小画出标记然后用美工刀裁剪出四个相同大小的长方体纸板(为方便书写

分别命名为 A1-A4)。

 

 

2、裁剪正方形纸板。用同样的方法在 A4 白卡纸上裁剪出二个 100MM)×100MM)大 小的正方形纸板(为方便书写分别命名为 B1B2)。

3、确定电机安装位置。在 B1B2 二块正方形纸板上分别固定二个电机。首先要确定电机轴及二个螺丝安装孔的位置,用尺子在纸板上确定好相关尺寸,如图所示。

4、电机安装打孔。在电机轴固定位置用开孔器开孔,也可先用小螺丝刀打洞,然后再用大号螺丝刀把孔扩大;二个电机固定螺丝位置则用小号螺丝刀打孔即可,如下图所示。


5、安装电机。将电机对准相应位置用螺丝进行固定,同样的方法完成另一只电机的安装,

如下图所示。

  

6、电机安装效果。二只电机分别在 B1B2 纸板上安装好后效果如下图所示。


7、安装万向轮。在 A1(底板)纸板正前方中间位置确定好万向轮(小车前轮)固定孔的位置,用黑色笔做好标记,然后用小号螺丝刀开孔后通过配套的螺丝进行固定,如下图所示。


8、固定电池。将锂电池通过强力双面胶带固定在A1 纸板内侧一面中间的位置,尽可能保持小车重心的平衡。这里也可以使用装有干电池的电池盒在 A1 纸板上固定为小车供电。


9、将 B1B2 纸板与 A1 纸板用热熔胶枪粘连在一起,然后用美工刀裁剪一块比 A1 略小的纸板 C1 并在其正前方开一个长方形窗口方便走线,用热熔胶枪固定在电池及电机的上面。

  

10、将二只轮胎分别安装在二个电机轴上,把已经引出二条电源线的 Arduino 主控板(自带电机驱动)用一颗螺丝钉固定在 C1 纸板上,注意将板子 USB 数据口一端对着小车后部,方便连线及后期进行程序调试,左、右二只电机线分别与主控板上 M1M2 接线柱相连接,此处连接需要用到小号一字螺丝刀,接头位置露出的铜线不宜过长,可用指甲刀剥线。


11、将电源正极连线与 Arduino 主控板正极直接相连;将电源负极与自锁开关其中一只引脚相连,并将自锁开关的另一只引脚连接到 Arduino 主控板的负极,这样通过按自锁开关就可以控制 Arduino 主控板是否供电。这里要注意导线连接处用纸胶带缠绕,避免接触短路,自锁开关及导线可以通过粘性比较强的纸胶带固定在纸板上,使整个布线尽可能简洁清晰。


12、电子器件连接。在 Arduino 主控板相应数字端口用杜邦线分别连接好双色 LED、蜂鸣器、超声波避障等传感器。

  

13、安装超声波传感器。将已经完成涂鸦的盒子机器人正前方纸板(A2)用记号笔标记位置同时用小号螺丝刀完成打孔。打孔的简便方法是用螺丝刀沿着画好的线条边缘连续扎洞,连点成线,最后用手指用力按压,取下中间的圆形区域即完成打孔。把超声波传感器从打好的孔中穿过,用热熔胶在盒子正前方分别固定好 A2 纸板及超声波传感器。

14、安装蜂鸣器和双色 LED。用同样的方法在盒子正上方纸板(A3)上完成蜂鸣器和双色 LED 的打孔工作,把元器件安装固定到相应位置后可用少量热熔胶在盒子内侧一边稍加涂沫以防元器件松动。


15、安装后盖。将盒子后侧纸板(A4)打孔后把自锁开关移至盒子背面中间的位置并用纸胶带固定好,注意这块纸板(A4)建议不再使用热熔胶固定,而是改用纸胶带来粘连接,这样做的好处是方便随时可以打开盒子后盖来下载调试程序。


16、增加巡线功能。如果需要纸盒版机器人小车具备巡线功能,则需要在 A1 纸板万向轮二边安装巡线传感器,原理是当检测到黑线时返回'1',否则返回'0',这样当小车放在黑色的线条(可以用黑色的电工胶布来布置小车行走轨迹)上时,二只传感器分别置于黑线二边,通过检测传感器的返回值就可以控制小车调整二边电机速度达到巡线的目的了。


至此,纸盒版机器人小车的结构、电路搭建部分就算是完成了,但它现在还不能按你的想法行走或是避障,因为我们还没有给 Adrino 主控板写入相应的程序呢!

关于程序编写,我们的设想是通过驱动二只马达分别按一定的速度转动让小车前进,通过超声波传感器侦测前方有无障碍,如果有障碍则通过改变二侧电机速度及方向让小车实现后退转弯,并且同时让 LED 发出红光,蜂鸣器鸣叫;否则让小车沿直线前进,LED 发出绿光。我们使用北师大傅骞团队开发的 Mixly 软件来编写程序实现我们的设想。

假设超声波传感器接数字 3 号端口;双色 LED 接数字 1213 号端口(即双色 LED 长脚+5V,二个短脚分别接 1213 号端口);蜂鸣器接数字 2 号端口。纸盒机器人小车避障参考 Mixly 程序如下:

                程序模块                        指令说明


如果要实现巡线功能,假设二个巡线传感器分别连接数字 8 号端口和 9 号端口。则纸盒机器人小车巡线参考 Mixly 程序如下:


试一试,你来试着完成小车在巡线的同时还可以避障的程序编写。


下面来欣赏下纸盒机器人吧!



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