阿洪之聲: 盒仔——基于Arduino的遥控机器人

LeoLite 2012-08-24 20:39

DIYer:	Leo
制作时间:	1天
制作难度:	★★☆☆☆
GEEK指数:	★★★☆☆

盒仔第二版。

BOXZ，昵称盒仔。是一款开源的互动娱乐平台！我们将Arduino，亚克力板和纸模型创意的结合在一起，让大家可以快速搭建自己的遥控玩偶，开展互动体验，而它的组装就像搭乐高积木一样简单！而盒仔的外形和功能完全取决于您的创意。我们可以用它来搞足球比赛，角色扮演，赛车或对战，甚至拍MV！

我们希望通过盒仔，让大家把更多的精力放在创意和互动上，让每个喜欢DIY的人都能拥有自己的小机器人，最最重要的是可以拿出来与大家进行互动，分享快乐，而不是静静躺在实验室里。

大家可以在家里制作BOXZ，快速体验互动机器人的魅力。BOXZ对材料没有什么要求，可以是硬纸板，PVC塑料等任何2MM厚度的材质。我们推荐使用2MM厚的硬纸板，因为其价格便宜且加工容易，美术用品商店就有，大概10元一张。

双向电梯

1 材料和工具

1.1 工具清单

壁纸刀（最好用如图小款窄刀片，宽刀片切槽费劲）
钢板尺
双面胶（5MM宽度最佳）
螺丝刀（小号一字和十字各一个）
电烙铁和焊锡丝（如无，就多缠几圈线然后绑胶带吧）
斜嘴钳
万用表（安全第一）
铅笔（可无）
纸胶带（备用，当购买的硬纸板厚度不足2MM时，可用此紧固）
电钻（如无，就用壁纸刀吧）

1.2 材料清单

Arduino 2009 328P 主控 x 1 （也可以是UNO）
Arduino 电机驱动板 x 1 （要求可堆叠，极力推荐ladyada.net设计的Arduino兼容全功能电机驱动板）
Arduino 蓝牙控制板 x 1 （要求可堆叠，当然也可以采用传感器扩展板+蓝牙板，或者Zigbee板，本文只介绍蓝牙）
TT减速齿轮箱 x 2
130电机 5V x 2
65MM 塑料车轮 x 2
4节5号电池盒 x 1
面包线 x 4
Arduino USB线缆一根（用于下载程序）
五号电池 x 4(如为1.2V充电电池，需要五节)
2MM厚白色硬纸板（但厚度尽量是2MM，虽然1.6MM也勉强可以，但是硬度不够，需要用纸胶带加固）
M1.0x30MM 螺丝+螺母 x 6
M3x10MM 六角铜柱 + M3螺母 x 3(长度可以是5-20MM范围内，推荐用10MM长的)

上图就是盒仔板块一览，盒仔是由大小不等的板块构成，板块和板块之间采用插入式连接，因此不需要任何螺丝等紧固件。但是盒仔和其他部件，例如电机之间的连接就只能通过螺丝螺母了。这里面最大的板子外围尺寸为128x128MM，也是我们盒仔的外壳尺寸。这样的板子一共有五块，包围了整个盒仔，我们称之为大板。其中还有些尺寸各异的支撑板，用来支撑盒仔内部的Arduino模块和电机。值得一提的是，在最新的Base图纸中，我们已经优化掉了P006，同时在即将发布的Pro中，P007也会消失，我们一直致力于让大家可以以一种最简单的方式快速构建盒仔，就像搭积木一样简单。

首先将下载好的BOXZ Base图纸和皮肤打印到A4纸上

先把皮肤放到一边，我们需要先把图纸进行裁剪到合适的大小，大概距离边线10MM左右即可

然后把图纸进行简单的排版，用双面胶把裁减好的图纸粘贴到硬纸板上，记得双面胶要粘贴在板块的线框以内，每个大板4个，其他2个即可，主要是固定作用。图纸在裁切完后是丢掉的，因此粘贴时间不能过长，太久了的话双面胶固化了，图纸撕下来可能会影响硬纸板的效果。

首先用裁纸刀将各个板块裁成一块，一块的。然后对需要开孔的用电转进行开孔，如果没有的话，就用壁纸刀吧，但是注意孔不能开大了，否则螺丝就固定不住了。开完孔后就可以对边角进行修正，开槽。等一个板块的所有边线都裁切完成之后，就可以揭去图纸了。呵呵，一块纯手工打造的盒仔板块就算完成啦！

陆陆续续对其他所有的板块进行裁切，并完成所有的板块，整个过程大概会占用你4-5小时，如下图。

3 板块的组装

列表中对每一个板块的编号和名称都有定义，如果你对于第一次组装盒仔感到困扰的话，我们有一个建议就是根据上面的我们定义过的P0xx的编号，用铅笔对每一块进行标注，我们下面的组装过程会按照编号跟大家讲解。下图为盒仔的结构示意图，从图中大家可以大致了解各个板块之间的连接关系。我们的板块采用了对称设计，因此你几乎可以忽略安装时上下左右的方向问题，它们之间不分正反，可以相互替换。即使第一眼你觉得很复杂也没关系，只要按照我们的教程一步一步操作即可。

好的，下面我们开始介绍盒仔的组装。为了让大家更熟悉正安装过程，我们配合Sketchup效果图给大家解释整个组装过程。首先用到的是P003，我们一共有2块电机支撑板，用于连接和固定TT减速箱电机（以下简称电机）。在开始安装电机之前，大家可以先把P003实验性的插入P001，从而定义好一个方向，我们的电机都是在支撑板内侧安装的。然后就可以用紧固件分别把电机固定在P003的内侧了。如图每块P003与TT减速箱通过两个M1.0x30MM的螺丝固定。

将安装好电机的2块P003插入P001，然后把P002插入P001，此时整个盒仔的支撑结构已经完成。这里强调一点，一定要注意安装的先后顺序，这很重要！

把电池盒用紧固件固定在P001上，这样我们的电机便牢牢的固定在了支撑板上。你可能会发现，此时的支撑结构还不是很稳定，在外力作用下依然有晃动。不要担心，我们还很很多板块没有安装，等你把盒仔板块全部组装完成之后，你就好发现它是多么的坚固稳定了。

另外对于电池盒我们要额外说明一下的是，我们推荐大家使用4节5号普通电池，其电压为1.5V（新电池一般能达到1.7V），4节即6V构成了我们系统的最低电压。如果你使用的是1.2V的充电电池，那么就需要更换成5节5号电池盒。

将车轮安装在盒仔P003的两侧，此时一个盒仔的最小系统已经出来了。你可以直接用面包线将电机连接到电池盒上，做成一个简易的小赛车，呵呵。

将两块P004分别插入P001的两侧，然后装入两块P005，它们负责连接P002，P003和P004。此时你的小车应该已经非常牢固了！如果你所购买的硬纸板厚度不足2MM或者比较软的时候，我们建议你用纸胶带，对P002，P004和P005进行一个整体的加固，这会让你在安装外围板块的时候更轻松。

现在盒仔的底板已经全部完成。这里我们要用到编号为P008的主控平台板，从中可以看出一共有三个孔位对应着Arduino主控上的三个固定孔。通过3个紧固件将Arduino主控固定在P008上，这里大家需要注意一下方向，两个孔的冲向盒仔的正前方。P008还有一个人性化的功能，即使你要用Arduino做其他有趣的事情，只要将P008向上一推即可取出，然后作为平台板放置到桌子上，不但方便大家调试，更重要的是安全！因为桌子上的细小的铜丝或其它金属物可能导致Arduino短路，这是非常危险的！

好的，下面我们可以通过USB线缆对Arduino的程序进行下载了，下载方法请参看Arduino基础教程。

将装好Arduino的P008插入我们的盒仔底盘，插入P002，这里我们需要使用P007作为支撑垫板先插入P001中

然后将电机驱动板叠加到Arduino主控之上，下面就是连接各个电路部分了，不要慌，我们只有6根线哦！第一步，首先将电池盒的红线连接到电机驱动板的M+，然后将黑线连接至GND，电源部分完成！第二步，将电机连接到电机驱动板上，连接方法如图：P1-M1.1，P2-M1.2，P4-M2.1，P5-M2.2。其中P3是悬空的。第三步，确认电机驱动板的跳帽为短接状态（在电源端子旁边，默认为短接状态，如果取下跳帽，则电机驱动板和Arduino将需要独立供电）。

最后将蓝牙控制板也叠加在电机板之上，我们的电路部分就基本搭建完成了！这里需要注意一点，我们教程中使用蓝牙板有切换软硬串口的跳线功能，而板子的默认位置需要大家确认一下，只要按照图中2个红色方块所示调整好跳帽即可。

最后将两块P040，P020和P030四块外围板依次安装,（这只是一张实际安装效果图，图中两根我们做Pro版本测试的舵机线，蓝牙跳帽的位置是错的，请大家注意）

最让人激动的时刻马上就要到了！盖上P050顶板，插入电池，一个Base版的盒仔诞生了！

测试通过的话，我们就可以开始制作皮肤了。

4 Arduino程序和调试

关于程序，我们列出初始化部分和主程序，以便让大家对其有个了解。全部代码大家可以点此下载。这里要强调一点的是我们使用了ladyada.net设计的电机驱动库AFMotor，大家需要把解压后的文件放到Arduino安装目录libraries的文件夹下。

程序片段如下：

ARDUINO 代码复制打印

/*
BOXZ is is an open source robot platform for interactive entertainment!
We connected Arduino,Plexiglass(PMMA) Origami and your idea together,
so we can easily and quickly build a remote robot by ourself!
We can use it to playing football game, racing, fighting or some other interesting things!

Author: Guangjun Zhu
Email: [email]zgj0729@163.com[/email]

Code license: Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Unported (CC BY-NC-SA 3.0)
*/

#include 
#include 

/*
 b_motor_stop(): stop motor
 b_motor_com():  for Manual Operator
 b_servo_ini();
 b_servo_com();
 b_skill();
 */

//-------------------define motor----------------------------------------------//
AF_DCMotor motorL(1,MOTOR12_8KHZ);  //connect to M1
AF_DCMotor motorR(2,MOTOR12_8KHZ);  //connect to M2
int motor_speed = 200; //[modifid]motor speed 150-200,---min:100;max:255
int motor_delay = 400; //[modifid]delay time in step

//-------------------define servo----------------------------------------------//
Servo hand_l_servo;  // create servo object to control a servo
Servo hand_r_servo;  // create servo object to control a servo
int hand_l_pos = 90; //
int hand_r_pos = 90; //
int hand_delay = 1;  //[modifid] speed of hand

//------------------main program-----------------------------------------------//

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  b_motor_stop();
  b_servo_ini();
  delay(2000);  //waiting time
  Serial.println("Hello! BOXZ!");
}

void loop()
{
  int  key;
  if(Serial.available() > 0) {
    key = Serial.read();
    if(key >= 30 && key
从中我们可以看出，盒仔的主程序很少，调用了不同的功能子程序来实现其功能。盒仔是通过Arduino的串口将数据发送给蓝牙控制板，由笔记本电脑或者手机接收蓝牙串口数据，大家可以使用任何串口终端控制我们的盒仔。目前我们用windows7笔记本，MacBook和Iphone三种终端测试通过了蓝牙和Zigbee两种通讯模块，将来也会推出Wifi通讯。，由于软件还有很多功能需要添加，目前就暂不公布了，不过大家可以用串口助手实现操作，就像我们发布视频中的一样，操作也很方便。

盒仔Base的程序是通过接收来自于键盘按键来进行动作判断的，只支持单个的字符。而在盒仔 Pro的版本中我们将采用更强大的字符串通讯方式，让大家拥有更棒的互动体验！

盒仔的操作就像打电脑游戏一样，操作方式按键定义如下：

方向控制按键定义：‘w’-前进；‘a’-左转；‘s’-后退；‘d’-右转；‘ ’（空格）-急刹车 （如果你按下键盘的Shift键，将会激活点动模式，配合相应的方向键，例如W为向前一小步，A为向左转90°）

当然在我们提供的代码里面还包括舵机部分的控制，你可以用舵机控制左右手臂的摆动，点动等多种动作，具体定义大家可以看程序的注释，本教程以介绍盒仔 Base的安装为主，就不过多描述。