第1步：機(jī)箱

我使用機(jī)器人底盤(pán)的目的是保持簡(jiǎn)單，并使用易于使用的材料。這就導(dǎo)致了分層設(shè)計(jì)，使用了我的廢木盒子中的1/4英寸膠合板和鋁制支架。我嘗試了多種方法將圓形馬達(dá)固定到一塊膠合板上，但最終每個(gè)馬達(dá)使用2個(gè)軟管夾

我使用圖中所示的尺寸開(kāi)始了電機(jī)層的組裝。我在router刨機(jī)中使用了1/4“鉆頭，并使用了邊緣導(dǎo)軌進(jìn)行切割8個(gè)插槽，用于安裝直流電動(dòng)機(jī)。我在每個(gè)角上鉆了安裝孔，將其沉沒(méi)在底部，以使安裝螺釘頭齊平。我在一個(gè)角上鉆了一個(gè)更大的孔，用于布線電動(dòng)機(jī)電線。要安裝電動(dòng)機(jī)，我一直打開(kāi)軟管夾，以使皮帶穿過(guò)插槽，然后重新連接夾子以將電動(dòng)機(jī)固定到位。我將MPU-6050模塊安裝在電機(jī)層上，將模塊上的主控制芯片的中心與驅(qū)動(dòng)橋?qū)R。我用膠水將8針母連接器連接到膠合板上，然后將模塊插入連接器中。

注意：在每一層中，我僅使用一個(gè)孔進(jìn)行電線管理。這導(dǎo)致直流電機(jī)和MPU-6050導(dǎo)線在機(jī)器人的整個(gè)高度上平行運(yùn)行。最后，由于與直流電動(dòng)機(jī)電源線耦合，我需要切換到用于MPU-6050連接的屏蔽電纜。您可以在此處通過(guò)將直流電動(dòng)機(jī)和MPU-6050分開(kāi)放置在機(jī)箱的相對(duì)兩側(cè)來(lái)避免使用屏蔽電纜，但這需要鉆第二個(gè)電線管理孔。

準(zhǔn)備電池層是更直截了當(dāng)，只有2個(gè)用于電池魔術(shù)貼帶的插槽，以及相同的轉(zhuǎn)角安裝和電線管理孔。我再次反擊沉沒(méi)了底部的安裝孔，因?yàn)橹_的螺紋端不夠長(zhǎng)，否則無(wú)法穿過(guò)膠合板。我將兩節(jié)電池拉在一起，然后用在我當(dāng)?shù)氐臉I(yè)余愛(ài)好商店發(fā)現(xiàn)的便捷的魔術(shù)貼皮帶將它們固定在膠合板上。

電子產(chǎn)品層的準(zhǔn)備工作包括鉆相同的角和電線管理孔，以及Galileo板和藍(lán)牙模塊的安裝孔。我選擇使用較短的支架將藍(lán)牙模塊安裝在伽利略板上。因?yàn)樗{(lán)牙模塊沒(méi)有安裝孔，所以我通過(guò)在塑料支架側(cè)面切一些缺口來(lái)做-我確信有一個(gè)更優(yōu)雅的解決方案，它使我回避了。頂層是一個(gè)甚至更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼉H包含4個(gè)角安裝孔。

然后，使用對(duì)角線將機(jī)箱的組裝僅從4層開(kāi)始，然后逐步進(jìn)行。

在構(gòu)建的最后一步，我在機(jī)器人上使用了RC卡車(chē)輪胎。我可以從當(dāng)?shù)氐臉I(yè)余愛(ài)好商店購(gòu)買(mǎi)套裝，但它們與網(wǎng)上的類(lèi)似。我還在當(dāng)?shù)氐臉I(yè)余愛(ài)好商店中找到了電機(jī)軸到車(chē)輪的適配器，但在線搜索在這里找到了類(lèi)似的東西。

步驟2：接線

機(jī)器人電氣子系統(tǒng)之間的接線圖如接線圖所示。

為避免Galileo板電壓下降，我運(yùn)行了單獨(dú)的電源電池到Galileo板和Arduino電機(jī)護(hù)罩的電纜。我切斷了舊的壁式電源插座的末端，以重新使用2.1毫米電源插頭連接至Galileo。電動(dòng)機(jī)的防護(hù)罩最終會(huì)吸收一些健康的電流，因此我使用絞合的20號(hào)標(biāo)準(zhǔn)線來(lái)與電池連接。我在面糊連接器上使用了3針公接頭，這是我在當(dāng)?shù)匾患覙I(yè)余愛(ài)好商店發(fā)現(xiàn)的-但是我在網(wǎng)上找到同等產(chǎn)品時(shí)遇到了一些困難。

我使用了24號(hào)絞合線，陰式插針連接器端子和熱收縮器，以使Galileo板，藍(lán)牙模塊和Galileo與加速度計(jì)/陀螺儀MPU-之間的4芯屏蔽屏蔽電纜之間的電纜連接6050模塊-屏蔽層的兩端都接地。

在電機(jī)控制屏蔽層和DC電機(jī)之間，我使用了22號(hào)實(shí)心線。請(qǐng)注意，其中一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的連接是反向的，因此，從伽利略到電動(dòng)機(jī)護(hù)罩的方向控制在兩個(gè)電動(dòng)機(jī)上的正向和反向都相同。還要注意，“正向”是一個(gè)相對(duì)術(shù)語(yǔ)，可以僅通過(guò)電動(dòng)機(jī)護(hù)罩和直流電動(dòng)機(jī)之間的連接進(jìn)行更改。在最終的機(jī)器人測(cè)試中，您需要確?！罢颉迸cPID控制器的正輸出之間存在相關(guān)性-通過(guò)電動(dòng)機(jī)連接或PID項(xiàng)的極性。

我在RadioShack挑選的Seeedstudio Arduino原型防護(hù)罩可以提供通用/靈活的連接點(diǎn)，也可以安裝雜項(xiàng)。電阻和LED。當(dāng)我構(gòu)建機(jī)器人時(shí)，原型屏蔽板上的組件放置會(huì)隨著時(shí)間的推移而變化，因此，我相信會(huì)有更好的布局。 Galileo Gen 2電源電壓規(guī)范的額定值為7-12V，如果在低于7V的電源電壓下運(yùn)行該板，我會(huì)在網(wǎng)上發(fā)現(xiàn)一些有關(guān)損壞該板的擔(dān)憂。結(jié)果，我將分壓器網(wǎng)絡(luò)和連接添加到模擬輸入，以便草圖可以監(jiān)視電池電壓，以防萬(wàn)一。

伽利略和電動(dòng)機(jī)護(hù)罩之間的電氣連接是通過(guò)安裝電動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的屏蔽罩連接到Galileo Arduino連接器，原型屏蔽罩堆疊在電機(jī)屏蔽罩的頂部。

注意：由于直流電動(dòng)機(jī)電源電壓直接連接到電動(dòng)機(jī)屏蔽罩，因此我確實(shí)使用X-acto刀切割了電動(dòng)機(jī)控制罩上的Vin跡線，以隔離伽利略和電動(dòng)機(jī)屏蔽罩的供電電壓

我確實(shí)必須在電動(dòng)機(jī)屏蔽罩和原型屏蔽罩之間放置一些電氣膠帶，以避免兩者之間短路（可能只是我的原始焊接技能的一種體現(xiàn)）。

步驟3：機(jī)器人軟件

我選擇在單個(gè)文件中實(shí)現(xiàn)機(jī)器人草圖，這雖然有點(diǎn)長(zhǎng)，但將所有內(nèi)容都放在一個(gè)位置。我不會(huì)逐行瀏覽SW，而只是評(píng)論它的組織方式以及每個(gè)部分的重點(diǎn)。

該草圖從標(biāo)準(zhǔn)的注釋頭和庫(kù)包含文件開(kāi)始。我確實(shí)在標(biāo)題注釋中記錄了屏蔽引腳的用法，以幫助我自己直接使用SW的引腳。我還定義了PID函數(shù)使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以為這樣可以使以后添加第二個(gè)級(jí)聯(lián)速度PID更加容易。

接下來(lái)是常量和常用值的#define語(yǔ)句，可以方便地更改它們。例如，一旦確定了機(jī)器人的最佳P，I和D值，就可以在此處永久地重新編碼它們。接下來(lái)是變量定義，我試圖以一種邏輯的方式對(duì)它們進(jìn)行分組-您可以判斷我的表現(xiàn)如何。

下一部分包含了草圖中稍后使用的功能。第一個(gè)功能實(shí)現(xiàn)平衡PID。這是我從Brett Beauregard的教程中大量利用的軟件。 PID功能中包含一個(gè)部分，如果啟用了數(shù)據(jù)記錄功能，則該部分會(huì)將PID信息記錄到SD卡中。在調(diào)整PID值時(shí)，我發(fā)現(xiàn)它具有指導(dǎo)性和娛樂(lè)性，以查看各個(gè)PID項(xiàng)的行為。這會(huì)將數(shù)據(jù)保存為CSV格式的文件，后來(lái)我將其導(dǎo)入Excel并生成圖形以進(jìn)行可視化。顯然，只有在Galileo板上有SD卡的情況下，所有這些功能才有效。

隨后是一些電動(dòng)機(jī)控制功能，這些功能可將電動(dòng)機(jī)控制信息映射到電動(dòng)機(jī)罩的方向，速度和制動(dòng)控制上

Next是從MPU-6050模塊檢索位置數(shù)據(jù)的功能。我以Jeff Rowberg的參考代碼為傲。我使用常規(guī)間隔數(shù)據(jù)拉方法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而不是像Jeff那樣使用中斷，因?yàn)槲液茈y使中斷起作用。時(shí)間間隔是在主程序循環(huán)中實(shí)現(xiàn)的，我發(fā)現(xiàn)3ms的間隔足以確保沒(méi)有數(shù)據(jù)溢出。

然后我們繼續(xù)進(jìn)行一組處理藍(lán)牙通信的功能。這些功能以發(fā)送更復(fù)雜命令的一些功能開(kāi)頭-這些功能主要被分解為功能，以提高代碼的可讀性。然后是主要的藍(lán)牙命令解析器，它實(shí)現(xiàn)了與Android應(yīng)用程序的接收通信協(xié)議。此功能從藍(lán)牙串行端口累積字符，直到檢測(cè)到命令結(jié)束字符，然后對(duì)命令進(jìn)行解碼。正如預(yù)期的那樣，解碼最終只是一個(gè)大寫(xiě)的語(yǔ)句。

最后一個(gè)功能是高級(jí)機(jī)器人控制狀態(tài)機(jī)。我以一種有限狀態(tài)機(jī)（FSM）的方式實(shí)現(xiàn)了該功能-可能有點(diǎn)過(guò)頭了，但是我預(yù)想將其添加到機(jī)器人中來(lái)擴(kuò)展它。

接下來(lái)是所有Arduino草圖所需的設(shè)置功能。代碼中的注釋?xiě)?yīng)該使這一部分變得不言而喻。有一節(jié)嘗試初始化SD文件進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，如果沒(méi)有SD卡，則應(yīng)該出錯(cuò)，但是我花了很多時(shí)間來(lái)驗(yàn)證這一點(diǎn)。

最后，還有主草圖循環(huán)。第一部分實(shí)現(xiàn)了用于從MPU-6050檢索數(shù)據(jù)的計(jì)時(shí)器。如果檢索到數(shù)據(jù)，則需要進(jìn)行一些計(jì)算以檢測(cè)機(jī)器人是否處于直立狀態(tài)或處于失衡狀態(tài)。

接下來(lái)，要檢查連接到藍(lán)牙模塊的串行端口上是否有收到的字符，如果正在等待，

后面是PID和電動(dòng)機(jī)控制計(jì)時(shí)器。 “ if”語(yǔ)句可確保僅在機(jī)器人積極嘗試平衡時(shí)才進(jìn)行PID/電動(dòng)機(jī)控制。這是MPU_6050數(shù)據(jù)輸入PID的地方，PID輸出被傳遞到電機(jī)控制上。通過(guò)將藍(lán)牙派生的方向輸入添加到一個(gè)電機(jī)，并從另一個(gè)電機(jī)中減去它，也可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。因?yàn)槲覀円獙?duì)PID輸出進(jìn)行額外的數(shù)學(xué)運(yùn)算，所以我們必須再次限制PID的最大/最小值限制，以將其保持在電機(jī)PWM值之內(nèi)。

最后，調(diào)用機(jī)器人控制狀態(tài)機(jī)，并使用計(jì)時(shí)器用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人心跳功能。我從一個(gè)單獨(dú)的心跳藍(lán)牙命令和電池電壓命令開(kāi)始，然后將它們合并為一個(gè)功能，并將電壓作為心跳指示發(fā)送。

就是這樣-有點(diǎn)長(zhǎng)，

步驟4：Android應(yīng)用

從這個(gè)項(xiàng)目的開(kāi)始，我的目標(biāo)之一就是開(kāi)發(fā)配套的Android應(yīng)用，以控制機(jī)器人。由于我的軟件開(kāi)發(fā)技能“仍在開(kāi)發(fā)中”，我很高興偶然發(fā)現(xiàn)MIT AI2 Android應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)環(huán)境-事實(shí)證明它非常適合我想做的事情。

我花了一些時(shí)間通過(guò)一些教程來(lái)了解如何進(jìn)行設(shè)置，以及使用Whatakuai和Pura Vida Apps來(lái)了解如何利用BT接口。但是，除了花時(shí)間解釋MIT AI2之外，我將描述該應(yīng)用程序的使用方式以及塊的結(jié)構(gòu)。

該應(yīng)用程序是按鈕和滑塊的簡(jiǎn)單集合，允許用戶進(jìn)行配置并控制機(jī)器人。以下是各種應(yīng)用程序控件的說(shuō)明。

·BT模塊：每次啟動(dòng)應(yīng)用程序或關(guān)閉機(jī)器人電源后，用戶都需要連接到機(jī)器人BT模塊。這是便于執(zhí)行該操作的按鈕。

·待機(jī)：一旦機(jī)械手連接到BT，并且Galileo板已啟動(dòng)，機(jī)械手便會(huì)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。該按鈕用于指示機(jī)器人進(jìn)入活動(dòng)的平衡狀態(tài)。請(qǐng)注意，只有在垂直方向2度以內(nèi)時(shí)，機(jī)器人才會(huì)嘗試進(jìn)行平衡，因此，即使此按鈕報(bào)告為“活動(dòng)”，也需要將機(jī)器人置于接近垂直的位置以開(kāi)始平衡。此按鈕可用于根據(jù)需要在“待機(jī)”和“活動(dòng)”之間切換。

·PID：此按鈕用于允許用戶更改“ P”，“ I”和“ D”機(jī)器人運(yùn)行時(shí)機(jī)器人中PID控制器的值。按下后，它將從機(jī)器人中檢索PID值，并將其顯示在相應(yīng)的“ +”和“-”按鈕下方。每個(gè)參數(shù)的增量和減量值都被硬編碼到機(jī)器人草圖中。

·FW Ver：這是機(jī)器人草圖的固件版本。我經(jīng)歷了許多版本的草圖和多個(gè)SD卡，因此發(fā)現(xiàn)了解機(jī)器人上正在運(yùn)行哪個(gè)版本非常有幫助。此值使用#define語(yǔ)句硬編碼到草圖中，并在機(jī)器人退出待機(jī)狀態(tài)時(shí)發(fā)送到Android應(yīng)用。

·Vbat：每秒從機(jī)器人發(fā)出的電池電壓

·HB：心跳指示器。文本每秒更改一次顏色，以指示草圖仍在機(jī)器人上運(yùn)行。

·滾動(dòng)校準(zhǔn)：根據(jù)您所擁有的模塊及其在機(jī)器人上的安裝方式，垂直可能不會(huì)顯示為0deg。這使您可以“校準(zhǔn)”機(jī)器人垂直時(shí)MPU讀取的內(nèi)容。 “ +”和“-”按鈕在“滾動(dòng)校準(zhǔn)”和“電動(dòng)機(jī)松弛”之間共享，因此在任何給定時(shí)間只能更改一個(gè)按鈕。當(dāng)選中單選按鈕時(shí)，將從機(jī)器人獲取當(dāng)前的Roll Calibrate值。

·電動(dòng)機(jī)松弛：我使用的齒輪直流電動(dòng)機(jī)的PWM值較低，因此不會(huì)導(dǎo)致任何電動(dòng)機(jī)軸運(yùn)動(dòng)。這將導(dǎo)致PID輸出的非線性控制區(qū)域。我發(fā)現(xiàn)通過(guò)“跳過(guò)” PID輸出中的這些低PWM值（電機(jī)松弛），可以更好地平衡機(jī)器人。該按鈕允許您從機(jī)器人中檢索當(dāng)前值，并調(diào)整“跳轉(zhuǎn)”的大小。

·Speed：這允許用戶控制機(jī)器人的速度。由于MIT AI編譯環(huán)境的限制，該應(yīng)用程序不允許多點(diǎn)觸摸，因此您無(wú)法同時(shí)更改速度和方向滑塊。互聯(lián)網(wǎng)上對(duì)該主題的搜索顯示，存在一種允許多點(diǎn)觸摸操作的解決方法，但我尚未進(jìn)行操作。

·方向：這允許用戶控制機(jī)器人的方向。

·退出：退出Android應(yīng)用程序

我發(fā)現(xiàn)MIT AI2用于開(kāi)發(fā)“塊”部分上的應(yīng)用程序詳細(xì)信息的可視化方法有些麻煩-但我會(huì)讓你來(lái)根據(jù)您自己的結(jié)論。我未能成功拍攝“塊”布局的屏幕截圖，但它們以三列排列。您應(yīng)該能夠?qū)?iai文件導(dǎo)入MIT AI2，并親自查看詳細(xì)信息。

第一列實(shí)現(xiàn)了退出，BT模塊，待機(jī)，數(shù)據(jù)記錄，速度，方向，橫滾誤差和電機(jī)松弛按鈕。

第二列實(shí)現(xiàn)PID啟用按鈕，以及P，I和D的“ +”和“-”按鈕。它還實(shí)現(xiàn)了“滾動(dòng)錯(cuò)誤”和“電動(dòng)機(jī)松弛”的“ +”和“-”按鈕。

第三列實(shí)現(xiàn)了藍(lán)牙計(jì)時(shí)器，用于檢查接口以接收信息，并阻止從中提取和實(shí)現(xiàn)命令機(jī)器人。為了使藍(lán)牙數(shù)據(jù)接收和命令提取正常工作，需要經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，結(jié)果有點(diǎn)有點(diǎn)殘酷，但最終效果很好。

步驟5：設(shè)置和調(diào)整

在構(gòu)建機(jī)器人時(shí)，我為每個(gè)子系統(tǒng)（MPU-6050，BT模塊，電動(dòng)機(jī)護(hù)罩）開(kāi)發(fā)了一個(gè)臨時(shí)的專(zhuān)用草圖，以將問(wèn)題分解為尺寸I可以應(yīng)付。但即使在那之前，這一切都始于啟動(dòng)并運(yùn)行系統(tǒng)的核心Galileo Gen 2板。

網(wǎng)上有一個(gè)不錯(cuò)的“入門(mén)指南”，您可以在其中安裝Android IDE和Galileo設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，并更新Galileo板上的固件。

注意：由于Bluetooth和MPU-6050模塊都使用3.3V信號(hào)，因此請(qǐng)確保移動(dòng)Galileo上的I/O電壓跳線。將板卡設(shè)置為3.3V設(shè)置以避免損壞模塊。

我還建議您花些時(shí)間將可引導(dǎo)映像加載到SD卡上（確保獲取最新映像）。它使您的Arduino草圖可以在板上電源循環(huán)后保留在Galileo上。不利的一面是，它確實(shí)增加了Galileo主板的啟動(dòng)時(shí)間（啟動(dòng)需要1分鐘左右的時(shí)間），但是在我看來(lái)這是一個(gè)值得權(quán)衡的問(wèn)題。

注意：我延遲了從SD引導(dǎo)的步驟（是的，因?yàn)槲液軕校＝Y(jié)果，我不得不通過(guò)USB電纜將機(jī)器人拴在PC上，這樣我就可以在每個(gè)電源周期下載草圖。當(dāng)機(jī)器人掉落在USB電纜上，從而破壞了Galileo板上的微型USB連接器時(shí)，這帶來(lái)了不便，這變成了災(zāi)難。我現(xiàn)在不得不求助于將新草圖加載到主機(jī)PC上的SD卡上，然后從SD引導(dǎo)Galileo，然后通過(guò)Linux串行控制臺(tái)將草圖移至/sketch/sketch.elf，然后重新啟動(dòng)Galileo……都是因?yàn)橥ㄟ^(guò)USB的主機(jī)連接不再起作用。因此，請(qǐng)注意我的悲傷故事，并考慮是否要警告您是否決定在連接USB電纜的情況下操作機(jī)器人。

我還為MPU-6050安裝了多個(gè)安裝位置。我首先將其安裝在Galileo板下方的電子層，但發(fā)現(xiàn)將其移至電機(jī)層可以更好地控制。

到目前為止，我遇到的確定性最低的階段是確定正確的P， PID控制器的D和D值。我聽(tīng)說(shuō)這是一門(mén)妖術(shù)，但現(xiàn)在花了一些時(shí)間對(duì)此過(guò)程有了更健康的尊重。正是在開(kāi)發(fā)的這一階段，我將PID數(shù)據(jù)記錄添加到SD卡中，因此我可以弄清楚每個(gè)術(shù)語(yǔ)對(duì)輸出的貢獻(xiàn)。在線上有許多手動(dòng)PID調(diào)節(jié)的方法，但是我發(fā)現(xiàn)最好的方法如下：

·將I和D項(xiàng)設(shè)置為0

·增加P直到機(jī)器人幾乎能夠保持垂直。通過(guò)我選擇的電動(dòng)機(jī)，這是機(jī)器人朝一個(gè)方向傾斜地在地板上奔跑

·稍微降低P項(xiàng)，并增加I項(xiàng)，直到機(jī)器人可以平衡，但是在振蕩的情況下做到了

·增加了D項(xiàng)以減少振蕩。

我仍然對(duì)我獲得的結(jié)果感到不滿意，因?yàn)樗鼈兯坪跻厌槍?duì)平衡性或驅(qū)動(dòng)性進(jìn)行了優(yōu)化。搜索仍在繼續(xù)……

關(guān)于“紙卷校準(zhǔn)”，我在添加紙卷校準(zhǔn)功能后回過(guò)頭來(lái)對(duì)MPU-6050進(jìn)行了校準(zhǔn)。令我驚訝的是，在校準(zhǔn)MPU-6050模塊后，我發(fā)現(xiàn)滾動(dòng)校準(zhǔn)更改沒(méi)有顯著效果。

我確實(shí)發(fā)現(xiàn)，調(diào)整Motor Slack使機(jī)器人的響應(yīng)速度更快-向上

步驟6：結(jié)論

我認(rèn)為我所聽(tīng)到的一些關(guān)于生命的最佳建議是適用的同樣適合制造商流程-一定要喜歡這個(gè)旅程。雖然我完全喜歡這個(gè)項(xiàng)目的每一個(gè)時(shí)刻，但讓我們面對(duì)現(xiàn)實(shí)吧，結(jié)果只是一個(gè)簡(jiǎn)單的，具有自我平衡能力的機(jī)器人。

我認(rèn)為將來(lái)可以進(jìn)行的一些改進(jìn)包括：

·為機(jī)器人添加速度/位移指示（添加編碼器或移動(dòng)到步進(jìn)電機(jī)）

·添加障礙/避免碰撞傳感器和功能

·為語(yǔ)音添加音頻輸入命令，音樂(lè)/節(jié)拍檢測(cè)

·為導(dǎo)航/機(jī)器人控制添加機(jī)器視覺(jué)

·添加機(jī)器人自動(dòng)導(dǎo)航/環(huán)境映射

簡(jiǎn)單的機(jī)器人?，F(xiàn)在是時(shí)候打造自己的了。修改。湊合。提高。享受。