自制机器人指南-全-

自制机器人指南（全）

原文：zh.annas-archive.org/md5/e0654eea6d16508ea3f15f791ce49eda

译者：飞龙

协议：CC BY-NC-SA 4.0

前言

构建机器人这个想法可能让人觉得有些吓人，但你不需要是工程师、科学家或魔法师才能开始。你只需要一些基础知识和开放的思维。在本书中，我将提供你开始构建机器人的所需知识。作为交换，我希望你能够富有创造力、好奇心和决心。

机器人有许多不同的类型。一些叫做类人机器人的机器人既聪明又像人类。这些机器人通常出现在电影中，可能是你最熟悉的类型。其他机器人则更为抽象和雕塑化。例如，BEAM 机器人是基于生物学、电子学、美学和机制原则构建的小型雕塑型机器人。这些机器人使用基本的回收电子元件执行简单的动作。在这两种极端之间，存在着一个包括许多不同类型机器人的宇宙——这里无法一一列举。

你将在本书中制作的机器人精神上更接近于 BEAM 机器人。实际上，我喜欢称它们为“机器人”，因为就像机器人这个词一样，这些机器人本身也有点简化，所以你可以把这里描述的机器人看作是未来机器人探索的基础起点。

本书中的所有机器人都遵循相同的基本规则：

• 它们快速且容易构建，所需的材料也很容易获得。

• 它们容易理解，不需要微控制器或计算机编程。

• 它们是移动的和自主的（也就是说，自驾的）。

• 它们是可扩展的，允许你以后加入更复杂的电子控制。

机器人是活的吗？

不，但它们假装自己是。请系好安全带，接下来我将深入探讨一些理论。

想想这个：风中的落叶几乎是完全随机的，而引擎中的活塞几乎是完全机械化的。当一个物体具备可预测的不可预测性时，它就开始拥有了生命的特征——也就是说，它既不是完全随机的，也不是完全机械化的。为了理解这如何运作，我们先绕道进入电子游戏的世界。

一个叫做核心机制的游戏概念，是玩家在游戏过程中反复执行的行为。例如，不断按下控制器上的“开火”按钮。另一个例子是让角色在平台之间反复跳跃。

每个机器人你将构建的核心机制是其主要行为的本质。它可能是向前或向后行驶、旋转、滚动或跳跃。每个机器人都会有一个可预测的行为，这个行为似乎总是排在所有其他行为之前。

然而，正如我之前提到的，单纯的可预测性并不能让一个物体看起来像是活的。仅仅在圆圈里旋转的东西并不太像生物。是什么让机器人看起来像是活的呢？不可预测的行为。机器人的个性来自于它偶尔偏离核心机制的表现。例如，如果一个机器人围着圈子行驶，很容易把它当作一台机器，但如果同一个机器人翻倒了然后重新站起来，你就会觉得它很笨拙。通过这种方式，它从一个执行重复任务的机器，转变为拥有个性的存在。

一些思想实验可能有助于你理解这个概念。是什么让一群鸟看起来像机器人？要让电梯看起来像一个有生命的有机体，需要做些什么？

机器人应该如何表现？

如果目标是让机器人看起来像活着的生物，那它应该像什么生物一样行为呢？有些人喜欢让机器人像人类或其他生物一样行动。这是一个错误。机器人应该被允许成为它们自己，按照它们想要的方式表现。如果一个机器人原地旋转三次然后跳跃前进，它应该被允许这样移动，尽管这并不是动物的自然动作。换句话说，机器人应该模仿生物的思想。它们不必成为任何现有生命形式的替代品。

换句话说，一个机器人不应该像斑马一样行为，正如斑马不应像机器人一样行为。机器人应该表现得像是活着的，但不应模仿任何特定的生命形式。一个机器人可以从生物中获得灵感或启发，但不应该直接去复制任何生物。为什么要去重复已经在做的事情呢？强迫机器人去重复“实际的”生物行为对机器人种族来说是一种不公。机器人应该发展出它们自己的行为。毕竟，正是机器人能够发展出有机生物没有且常常无法做到的行为，才使它们变得有趣。

总结

一个成功的机器人是一个快速且容易构建和理解的机械装置。它具有移动性和自治性，并且具备进化的潜力。它有可预测的行为，但偶尔会发生不可预测的变化，应该允许它成为它自己（而不是一只斑马）。

显然，仅凭这个定义并不能真正教会你如何构建一个机器人。别担心，你会逐步了解的。但在此之前，让我们回顾一下你开始时需要用到的所有工具和技巧。

第一章：建造工具和材料

要制作一些基本的机器人，首先需要一些工具。在制作你的小机器人过程中，你将使用几乎所有基本的手动工具。事实上，你将使用的电动工具非常有限，不过稍后会提到这一点。

你可能已经有了大部分需要的工具，而且我假设你已经了解了像锤子或螺丝刀这样的基本操作原理。

对于那些从未使用过电钻的人，我将简要介绍一下。如果你已经掌握了这部分内容，可以快速浏览本节并可能发现一些新的有用技巧，或者直接跳到有关紧固件和材料的部分。

你的工具箱应包含以下工具：

工具和材料

• 锤子

• 螺丝刀（十字和一字）

• 钳子

• 剪线钳

• 剥线钳

• 剪刀

• 美工刀

• 锯条

• C 型夹具

• 台钳

电钻和钻头

本书中你将使用的主要电动工具是电钻。无论你的电钻是电池供电还是有线电源都没关系；不过，我个人更喜欢使用有线电钻，因为它更便宜，而且在工作时不会突然没电。

除了电钻，你还需要一些通用的分点钻头。这些是电钻旋转时用来在物体上打孔的工具。电钻会始终打出与钻头宽度相同的孔，因此尽量选择一套包括多种尺寸的钻头。购买一套是确保能够打各种孔的简单且经济的方法。五金店里通常出售的钻头套装，尺寸从 1/16 英寸到 1/2 英寸不等。

本书中你还将使用平头钻头。这种钻头由一个中心点和外部切削边缘（称为螺旋齿）组成。中心点在你钻孔时会在中间打一个小孔，保持平头钻头的位置，而螺旋齿则切割出更大的外孔。这种钻头适用于打孔宽度超过 1/2 英寸的情况。你最常用的平头钻头尺寸是 3/4 英寸。

首先，找到电钻前端的旋转部件，那里是插入钻头的地方。这个部件叫做卡盘，内部有夹钳，用来张开和闭合，以夹住钻头。

要打开卡盘的夹钳，逆时针旋转直到夹钳的开口略大于钻头。将钻头插入卡盘，确保卡盘与钻头的螺旋切削槽之间有一定的间隙。顺时针旋转卡盘，直到夹钳紧紧夹住钻头的柄部。

在使用电钻时，钻头在旋转时不应晃动。换句话说，钻头应完全居中旋转。如果它看起来没有居中安装，请取下钻头并重新插入。

几乎所有现代电钻都允许你控制钻头的转速和旋转方向。你通常可以通过电钻触发按钮附近的开关来改变旋转方向（顺时针或逆时针），而按下触发按钮的力度决定了转速。按得越用力，钻头转得越快。

在使用任何电钻之前，首先使用工作台虎钳或 C 形夹具夹紧你想要钻孔的物体。

将钻头的尖端垂直于你想要钻穿的表面，并慢慢加速钻头。轻轻按下电钻，直到钻头完全穿透表面。

紧固件和粘合剂

一旦你钻了许多孔，你就可以用紧固件将它们连接在一起。构建机器人时，你主要会遇到两种机械紧固件：扎带和螺母螺栓。

在本书的几乎每个项目中，你都会用到扎带。扎带非常容易使用，可以将物体固定在一起，而且如果出错也容易解开。它们结实耐用，不容易断裂或折断，并且便宜且容易获得——这些都是构建简单机器人时的优秀属性。

使用扎带时，只需将“尾部”插入“小嘴”端并拉紧。你会听到塑料通过时发出“咝”的声音。注意，一旦扎带被紧固，就无法松开了。这既是一个优点，也是一种缺陷。如果你搞错了，唯一能解开扎带的方法就是用剪刀或切割钳。

除了扎带外，一些机器人可能会使用螺母和螺栓，它们也很容易使用，并且有各种不同的尺寸。螺母和螺栓有两种测量标准：英制和公制。在美国，标准是英制的，所以所有的尺寸都是以英寸和英寸的分数表示。公制在世界其他地区使用。本书主要面向美国读者，因此我将使用英制单位。

螺母和螺栓有两种测量方式。第一种是螺栓的宽度，第二种是螺纹间距。例如，一个¼-20 的螺栓宽度为 1/4 英寸，每英寸有 20 根螺纹。一个½-13 的螺栓宽度为 1/2 英寸，每英寸有 13 根螺纹。

螺母和螺栓仅在宽度和螺纹数量匹配时才能互相旋合。

使用螺母和螺栓时，将螺栓穿过你想连接的两个物体的孔。将螺栓穿过两个物体后，顺时针旋转螺母，将物体固定在一起。

在本书中，或者在你自己的探索中，你可能需要一些其他的专业紧固硬件，你应该能在当地的五金店找到。不过，你可能需要在线订购一些。查看附录 A 中的“基础电子元件购物清单”获取资源。

另一种将物体连接在一起的方法是使用粘合剂，最常见的是胶水或胶带。通常来说，使用机械紧固件比使用粘合剂更可取，因为机械紧固件更容易拆卸。不过，在本书中的某些地方，你将使用粘合剂来连接物品——主要是当你用画家胶带将纸质钻孔模板暂时固定在物体上时。某个项目（Skitter Bot）使用了胶水，我将在第十章中介绍。

替代材料

本书不要求使用固定的材料或建造套件。你可以用家里找到的东西来建造这些机器人，你可能无法找到与这里使用的完全相同的零件。我会尽量在每个机器人的材料清单中描述零件，但你可以用手头上的东西进行即兴创作。例如，如果本书要求使用塑料容器作为机器人的身体，你可以用纸板或木盒来替代。同样，你也可以用一个大的圆形自行车反光镜替代一个用 CD 做的轮子。关键是观察不同组件的基本形状和材料，并用你手头有的替代它们。除了电子元件外，零件很少有那么具体，以至于不能替换。

令许多严肃工程师感到沮丧的是，我常常喜欢说：“建造机器人不是一门精确的科学。”不过，这只是半真半假。大多数机器人技术使用的是精确的科学原理，但本书探讨的是需要创意、聪明才智和实验的机器人部分。目的是激发你去玩耍、即兴创作和创新。把这些指导方向当作指南，随时根据需要进行调整。

一旦你熟练建造机器人，如果你真的想发挥创意，你甚至可以用不寻常的建材替换零件，例如旧的毛绒玩具甚至食物。

第二章：电子学入门

学习机器人技术最令人生畏的方面之一就是掌握电子学。尽管这个领域内容广泛，且可能非常技术性强，但只要掌握一些基本信息，几乎任何人都能让电流为他们工作。幸运的是，我在这里提供这些信息。所需要的只是耐心和学习的意愿。有些信息可能一开始不太容易理解，但没关系。随着你开始实际制作一些机器人，一切都会变得清晰。

电池与电力

本书中所用的所有电力都将来自电池。当你使用电池时，请记住电流总是从电压源流向地面。你可能已经注意到电池有一个正极和一个负极。按照传统，电池的负极是地线，正极是正电压。

电荷可以有两个属性：电流（电路中的电荷量）和电压（电荷通过电路时的推动力）。如果你把电路想象成一个花园水管，那么电流就是水流通过水管的量，电压就是推动水通过水管的力量。

常见的圆柱形电池，从 AAA 电池到 D 电池，都能提供 1.5 V 的电压。这些电池之间的区别不在于它们能提供多少电压，而在于它们能提供多少电流。电池越大，它能够提供的电流就越多，提供电力的时间也就越长。

电路

现在你对电池有了更多了解，你可能在想如何使用它们为电路提供高于 1.5 V 的电压。答案很简单：你将电池串联起来，以实现更高的电压。这意味着将电池首尾相接，其中一节电池的正极接触到另一节电池的负极。串联电池的总电压会相加，因此通过将四个 1.5 V 的电池首尾相连，你可以轻松创造出一个 6 V 的电源。

电池架是一个用于将电池串联起来的外壳。电池架中电池的数量越多，电压就越高。你可以通过将电池的数量乘以 1.5 来计算电池架的总电压。

电线

你可以看到电池组有一根红线和一根黑线从中出来。在直流（DC）电子学中，电池组的红线始终是电源连接线，黑线始终是地线。

要将电池组连接到其他设备，你需要一根导电线。导体是指可以轻松让电流通过的材料。对于所有的机器人项目，你将使用绝缘电线。绝缘体是指能够防止电流通过的材料。通过使用带有导电芯的绝缘电线，你可以将电流引导到所需的地方，而不必担心电线接触并造成错误的连接。

为了使用绝缘电线，你需要剥去电线末端的一些绝缘层。我发现最好剥去 1/2 英寸到 1 英寸的绝缘层。少剥一点可能难以操作，而剥得太多可能会暴露出太多电线，导致接触错误。

使用鳄鱼夹的测试引线

使用鳄鱼夹的测试引线非常适合暂时连接不同的电线。使用时，按下鳄鱼夹的背部，将你要夹住的物品放到夹口处，然后松开让夹口紧闭。

只有当鳄鱼夹夹住导体时，它才会有效。

你可以使用测试引线将电池组连接到不同的电子元件。如果这些元件的连接方式允许电流在电源和地之间流动，那么你就创建了一个电路。电路就是电源和地之间的完整通路。

短路

如果你决定绕过所有电子元件，通过将两个电池组的电线连接在一起来创建最简单的电路（不要这么做），恭喜你，你刚刚创建了一个短路！

短路是指电路中正极与地极之间没有负载来消耗流经电路的能量的情况。负载基本上是任何使用电能的设备。

当电池的正极电压端子直接连接到地端时，流经电线的能量没有任何东西可以“消耗”。由于电子只流动了短短的一段距离，它们会积聚大量的热量。这会导致电子元件本身开始加热、熔化，甚至可能着火，这显然是非常危险的情况。看看这根在短路过程中熔化的电线：

一个非常警示的信号，表明你已经创建了短路，那就是看到“魔法烟雾”，它突然出现，并似乎神秘地从电路内部冒出来。如果你看到这股烟雾，迅速断开电源。

始终将电源连接到负载上是非常重要的。就本书的目的而言，最容易将电源连接到的设备是电动机。电动机消耗大量能量。

开关

为了控制电路中的电流流动，你需要一个开关，它是一个机械装置，用来交替断开或完成电路。开关字面上的含义是两个金属片，它们要么接触在一起（关闭），要么分开（打开）。

最基本的开关类型打开和关闭一个机械连接，并控制一个电路。这被称为单极单掷（SPST）开关。极是电流进入电路的点，掷是一个潜在的输出点。

带有单个掷点的开关使用起来很简单，因为它只有一个输出，但带有多个掷点的开关可以有不同的输出，具体取决于它是如何切换的。例如，单极双掷（SPDT）开关有一个极，连接一个公共接点，但它有一个双掷点，允许它在两个不同的输出连接之间切换。当切换到一种方式时，它会输出到常闭（NC）连接，而切换到另一种方式时，它则通过常开（NO）连接导电。

一些开关甚至可以有多个极，例如下面所示的双极双掷（DPDT）开关。这个开关就像是将两个独立的 SPDT 开关合并成一个开关。每个极是一个独立的电气输入连接，每个极都会切换到两个独立的电气输出。

其他开关

到目前为止，我描述的是切换开关，它通过前后推拉来激活。然而，存在许多类型的开关，它们通过不同的方式触发。在本书中，你将使用几种不同类型的开关，包括杠杆开关、簧片（磁性）开关和倾斜开关。

开关通常通过某种物理输入来激活。然而，继电器是一种由电磁铁激活的开关。当电磁铁的线圈通电时，继电器内部的开关被接通，当电源切断时，继电器内部的开关恢复到正常状态。在第十三章和第十四章中，你将使用继电器来制作一些高级电路。

串联电路

正如你在本章早些时候所学的那样，将东西串联意味着将它们一个接一个地连接起来。在这种情况下，电池组的电源线先通过开关，然后通过电动机，最后接地。

电流通过串联中的每个元件。如果你断开电路中的任何连接，如下所示，电源将会关闭。

在下图电路中，开关的作用基本上与断开电线相同。如果开关打开，连接就建立，电流可以流动；如果开关关闭，连接被断开，电路被切断，电流无法流动。

你甚至可以将两个电动机串联接线。然而，通常你不会这样做，因为当电压需要通过两个串联的线圈才能到达地面时，你会使两个电动机的速度大约减半。换句话说，如果电动机串联接入，提供正常速度所需的电压将是原来的两倍。

并联电路

最好将电动机并联接线。在并联电路中，负载是并排接入的，电流同时流过两个电动机，最终流向地面。在这种配置中，两个电动机都会以正常速度、正常电压旋转，但它们现在从电池中抽取的电流是原来的两倍。这种配置更好，因为电池组通常能提供更多的电流，但无法提供更高的电压。

另一种将电动机并联接线的好处是，即使你断开一个电动机与电源的连接，另一个电动机仍然会持续供电而不会中断。因此，如果一个电动机发生故障或停止运转，另一个电动机仍会继续工作。

根据本书的一般规则，电动机应仅以并联方式接线。实际上，所有使用两个或更多电动机的机器人都是并联接线的。有时，它们会将一个开关与并联的一个或多个电动机串联接入。这使得开关能够单独控制一个或多个电动机的开关。你将在下一章了解更多关于电动机的内容。

第三章：电机

机器人的肌肉几乎总是其电机。简单来说，电机是一种电机机械装置，当电流通过时，电机轴会旋转。电机有很多种类型，但通常用于机器人技术的电机是直流（DC）电机。

直流电机

你需要理解的关于直流电机的最基本的事情是，电磁力使得直流电机旋转。当电力施加到电机端子时，电机轴会朝一个方向旋转。

当你反转电源线接到端子时，电机轴会朝相反的方向旋转。这是因为当你反转电磁铁的电源时，电机内部产生的磁场也会发生反转。

H 桥

如果你想通过开关改变电机的旋转方向，你需要创建一个名为H 桥的电路，简单来说，它是一个允许电机旋转方向反转的电路。

一个基本的 H 桥由两对单极单掷（SPST）开关组成。一对开关位于每个电机端子与电压源之间，另一对开关位于每个电机端子与地之间。当你把它画在纸上时，你会发现它看起来有点像一个H，这也是该电路得名的原因。

当标有“A”的开关组闭合时，电力通过电机流动，使其顺时针旋转。当另一个标有“B”的开关组闭合时，电力反向流动，电机则逆时针旋转。

两组开关不能同时闭合。如果你这样做，电力将直接连接到地面，你就创建了前一章中讨论的可怕短路。

此外，如果你混合并匹配这些开关，比如关闭 A1 和 B2，你还会造成短路。重要的是，只有“A”开关组或“B”开关组中的开关能被闭合，切勿让两组开关同时闭合。

显然，需要切换四个不同的开关是不实际的，且容易出错。幸运的是，你可以将电路中的四个 SPST 开关全部替换为一个双极双掷（DPDT）开关。通过使用 DPDT 开关，你可以创建最基本的 H 桥电路。

当 DPDT 开关切换到一个方向时，电机会顺时针旋转；当它切换到相反方向时，电机会反向旋转并逆时针旋转。

要制作第一个 H 桥开关，将一个 3 × AA 电池座的红色电线焊接到 DPDT 开关的一个中央引脚，将黑色电线焊接到另一个中央引脚（详细的焊接说明请参考第四章）。

接下来，选择一对外侧引脚。将一根红色电动机线焊接到与中心引脚对齐的开关端子上，中心引脚连接有红色电池线。然后，将另一根黑色电动机线焊接到另一根外侧引脚上。

现在，当切换开关时，电动机要么由电池组供电并顺时针旋转，要么完全不转动。

这是一个积极的第一步，但请记住，实际上你希望在切换开关时，电动机改变方向，而不是关闭。为了实现这一点，你需要找到一种方法来反转电动机的电源。

反转电动机的电源

为了让 H 桥完全功能化，你需要以一种方式将开关的剩余引脚接线，以便反转电动机的电源。你只需要将开关端子的一对未使用的外侧端子与连接到电动机的端子进行交叉接线。

当切换开关来建立这个连接时，电池组的黑线与电动机的红线连接，而电池组的红线与电动机的黑线连接。通过交叉接线，你实际上在切换开关时反转了电动机的电源。

H 桥的 A1 和 A2 连接是直接连接到电动机的第一组端子。H 桥上的 B1 和 B2 连接是另外一组外侧端子，当切换开关翻转时，交叉接线会连接到这些端子。

调节电动机的速度

现在你已经理解了如何调整电动机的方向，接下来你将调整它的速度。虽然有许多方法可以控制电动机速度，但最简单的方法是改变你施加的电压。施加的电压越高，电动机旋转得越快。

然而，如果施加的电压过高，电动机内部的线圈会过热，线圈的保护涂层会熔化，电线会短路，电动机就会停止工作。因此，了解电动机的最大电压额定值非常重要，这样你就不会使电动机过热并释放出“魔法烟雾”。

如果你不知道电动机的工作电压，可以使用一种非常科学的试错方法来猜测。先从 3 伏的小电压供应开始，逐渐增加电量。如果电动机或电池变得非常热，以至于你无法触摸它们，那么你就给电动机施加了过多的电压。让它们冷却下来，使用之前测试过的电源，直到它们不再过热。

尽管你可以通过施加更多或更少的电力来改变电动机的速度，但更好的方法是使用额外的齿轮箱来改变电动机的输出速度。许多电动机都配有齿轮箱，用来加速或减慢输出速度。

舵机电动机

伺服电机 马达是一种带有电子控制板的齿轮电机。你可以使用一种叫做微控制器（一种小型计算机）的电路板与其控制板进行通信，并控制它的旋转。

在本书中，你将修改伺服电机，使其通过电池供电而无需使用微控制器。为此，你需要移除控制板，并将电源线和接地线直接连接到电机上。你会发现这些伺服电机只有两根带颜色的电线，而不是三根。

然而，在你开始修改伺服电机之前，理解一些关于伺服电机的基本概念是很重要的。首先，虽然它们看起来几乎相同，但标准伺服电机和连续旋转伺服电机之间有很大的区别。

标准伺服电机无法完成完整的旋转。需要一个微控制器发送信号给伺服电机，指示它旋转到某个特定位置，通常是 0º到 180º之间的某个值。事实上，齿轮箱内部甚至有一个物理挡位，阻止驱动轴完成完整旋转。

连续伺服电机可以进行完整的连续旋转（因此得名）。它们不能被指示到达圆周的某个特定角度。微控制器并不是用来控制伺服电机的具体位置，而是用来发送控制伺服电机旋转速度的信号。由于连续旋转伺服电机的齿轮箱内没有物理停止装置，它是最适合你移除控制板并直接通过电池包供电进行修改的伺服电机类型。

伺服电机有多种尺寸。最常见的伺服电机尺寸，也是你在本书中将要使用的尺寸是“标准”尺寸。不要将标准尺寸伺服电机与标准操作伺服电机混淆。你将专门使用一种标准尺寸的伺服电机，该电机是用于连续旋转的。

一些连续旋转伺服电机也有微型尺寸。这些伺服电机太弱，无法在本书中的项目中使用。它们很小（几乎和一枚硬币差不多大），通常采用透明的蓝色外壳。

你可能会想，为什么你要修改伺服电机，而不是直接购买一个带齿轮的直流电机。

首先，爱好者伺服电机的工作电压范围为 3 V 到 6 V，常见的电池组（如 2×AA 或 4×AA 电池）就可以轻松为其供电。

标准的连续旋转伺服电机通常是相同的尺寸，并且总是具有相同的安装标签。这使得它们在构建时非常通用，且无需专门的安装硬件即可轻松地安装到其他物体上。

伺服电机上有一个部分连接到它的旋转轴，称为角盘。伺服电机的角盘形状和附件种类繁多，使得将物品固定到伺服电机的旋转轴上变得非常方便。用拉链扎带将物品固定到伺服角盘上，远比将物品固定到普通齿轮直流电机的旋转轴上容易得多。

未改装的伺服电机常用于带有微控制器的更先进的机器人中。因为所有标准尺寸的伺服电机尺寸相同并且具有相同的安装孔，所以后续可以轻松更换伺服电机，并将本书中制作的机器人转换为能够由像 Arduino 这样的微控制器控制的机器人。

改装伺服电机的一个缺点是，如果你是电子学新手，改装过程可能会让人头痛，但当你在下一章学习如何焊接时，你将获得所需的所有技能来完成改装。不幸的是，截止目前，市场上很难找到预先改装好的无控制器伺服电机。

如果你不想修改伺服电机，并且更倾向于使用齿轮电机，虽然有一些替代方案，但它们都需要一定程度的临时处理才能与本书中的项目兼容。虽然它们看起来可能比修改伺服电机稍微简单或便宜，但你会发现使这些电机正常工作所需的努力实际上是相当高的。

尽管如此，你仍然可以在附录 A 中找到一些方法，提供可行的伺服电机改装替代方案。

第四章：焊接与拆焊

焊锡是一种可熔合的金属合金，用于在电线和其他电子元件之间建立永久性的电气连接。如果你真心想深入了解机器人技术，最终你需要学会焊接。通过使用在几百度低温下熔化的焊锡，你可以将两块金属连接在一起并创建电气连接。这需要一套特定的工具和若干安全措施。

焊接工具和材料

在焊接之前，你需要一些基本物品。首先是焊接铁。尽管你可以花几百美元购买一把 fancy 焊接铁，但一把 $15 的可调式焊接铁（约 60 W）就足够入门了。

一旦你拥有了焊接铁，你就需要一个耐热的支架来放置不使用时的焊接铁。大多数焊接铁通常会配备一个支架，但如果你的没有，你一定需要购买一个。

清洁垫也是必要的，用于每次使用后清洁焊接铁的尖端。有两种常见的选择：一种是金属丝清洁垫，通常更耐用，另一种是稍微潮湿的海绵，你应该能在家里找到。任选其一即可。

你还需要一些焊锡。我强烈推荐你使用无铅焊锡。它的熔化温度略高于含铅焊锡，操作起来稍微有点困难，但它不会像含铅焊锡那样有毒。最终，你的健康应该比使用上的便捷性更重要。

拆焊编带，用于修正焊接错误，是本书项目中的另一项必备工具。它对于从伺服电机的电路板上去除焊锡也至关重要，因为你需要拆卸电机与电路之间的连接，这是你在制作这些机器人时反复进行的操作。

最后，你应该购买一个抽烟机，以去除焊接时的烟雾并保护你的肺部。当焊锡熔化时，会释放出有害的烟雾，应该避免吸入。最好在焊接时使用带过滤的排风扇。至少，你应该选择一个空气流通良好的地方，确保气流从你身边吹走烟雾，避免烟雾滞留在你周围。

入门

在插入焊接铁之前，理解如何在通电时安全地操作它是非常重要的。你应该像拿铅笔一样拿焊接铁，但有一个非常重要的例外：你不应该靠近焊接铁的尖端，而应该始终抓住绝缘手柄。

一旦掌握了这个过程，将焊接铁放回支架中，插上电源，等待几分钟，让其加热到足够高的温度以融化焊锡。你可以通过将焊接头接触焊锡并观察是否熔化来测试它是否准备好了。如果焊锡融化了，就可以开始焊接了。同时，在操作时，记得开启排气扇，并确保手边有焊锡和焊接铁清洁垫。

当你第一次使用焊接铁时，你需要对其焊接头进行镀锡处理。这意味着将一层焊锡熔化并涂抹在焊接头表面，以保持其正常工作。

将焊锡融化并均匀涂抹在焊接铁头的表面，直到它形成一个漂亮、闪亮的银色涂层。这将保护金属焊接头免于氧化，并使它能够轻松融化焊锡。

焊接电线

最好的焊接练习方法是将两根电线焊接在一起。剥开两段电线的末端，并将金属末端扭在一起或勾住。接下来，加热电线的金属端，同时将一块焊锡推进接头。焊锡应该会熔化并覆盖接头，将两者融合在一起。如果操作正确，接头应该是银色且闪亮的，没有黑色斑点或突出的圆形焊锡块。

在成功地将两根电线焊接在一起后，清理焊接铁头，可以将其在清洁垫上拖动两到三次，直到多余的焊锡被清除。

如果你的焊接接头呈灰色、黑色、膨胀状，或者在冷却后摸起来粗糙，你可能因为没有充分加热电线而导致了冷焊接头。你可能需要重新焊接。最简单的方法是修剪电线并重新开始。

最后需要考虑的是，最佳的做法是对电线连接进行绝缘。这有助于防止短路和其他不必要的故障。最好的方法是使用收缩管覆盖焊接接头。

请记住，你需要在焊接电线之前，将收缩管滑到电线上，然后在电线焊接完毕后将其调整到正确位置。最后，你需要使用热风枪加热收缩管，使其紧密地包裹在焊接接头周围。

热风枪基本上是一种超强的吹风机，能够加热到非常高的温度。你需要小心将其指向远离自己的方向，否则可能会烫伤自己。你还需要小心不要将其指向可能意外起火的物品（如纸张）。

除了将电线焊接在一起，你还可以将电线焊接到组件上，如电机端子和开关。你还可以将组件和电线直接焊接到电路板上，例如伺服电机内部的组件。

去焊

如果你搞错了，把不该焊接的东西焊在一起，你可以使用去焊带移除焊料并分开零件。要去焊，从卷轴上拉出一些去焊带，并将其平铺在你想要撤销的焊接点上。接着，用烙铁压下去焊带，直到焊料开始熔化并被去焊带吸收。

这有点棘手，需要一些练习才能做到正确，但你将在修改伺服电机以实现直接驱动时得到一些练习。

为直接驱动改装伺服电机

当你开始制作机器人时，你会发现经常重复这些步骤。每个机器人至少需要一个改装过的伺服电机。本书中的每个机器人都需要使用改装过的伺服电机。你可能会发现去焊过程有时令人沮丧，但坚持下去。你做得越多，越容易掌握。

打开伺服电机，拆下固定伺服背盖的四个螺丝，然后取下背盖。

从去焊带的卷轴上拉出几英寸的去焊带。

找到伺服电机在电路板上的两个焊接点。这些连接点将是电路板一端两个最大的焊料块。通常电路板上会有一个切割口，你甚至能看到一些金属电机外壳。

将去焊带放置在电机焊接点上。

用烙铁压在去焊带上，直到你看到和/或感觉到去焊带下方的焊料开始熔化并流动。你会看到烙铁尖端附近的去焊带开始变成银色。

一旦去焊带开始变成银色，数到二，同时提起烙铁和去焊带，抓住去焊带的包装（而不是裸露的金属部分）。

在去焊带上，你现在应该能看到一个光亮的焊料块。如果一切顺利，电路板上的大部分焊料块将不复存在，电路板将与电机引脚分离。如果电机引脚仍然与电路板相连，只需重复这个过程，直到电机引脚完全从电路板上去焊。对于第二个电机引脚，重复同样的过程。

一旦两个引脚都被解脱，取下电路板和伺服电机的机身。

现在，你可以练习你的焊接技巧了。首先，剪下 6 英寸长的红色电线和黑色电线，然后将每根电线的末端剥去 1/2 英寸的绝缘层。接下来，给每根电线的末端涂上一层薄薄的焊锡。

这叫做打锡，就像你之前在烙铁尖端所做的那样。你这样做是因为焊锡非常喜欢粘附在其他焊锡上。由于电机针脚已经有了一点焊锡，给每根电线涂上一点焊锡会让连接电线和针脚变得更加容易。

将红色电线接触到靠近电机背面红点的电机针脚。如果你的电机没有红点，可以选定伺服电机的一侧作为“左侧”，并始终将红色电线连接到该侧。

一旦这个问题解决后，小心地将烙铁应用于电线和针脚相接的地方，融化一些焊锡。你应该看到焊锡开始液化并在两者之间扩散。当发生这种情况时，移开烙铁和焊锡，等待焊接点冷却并固化后再进行操作。

使用黑色电线和另一个电机针脚重复此过程。

将电机的电线打个结，使得如果你拉动电缆时，结会位于伺服电机外壳的外部。一旦确认这一点，将结放入伺服电机的外壳内部。这样做可以防止电机的电线在拉扯时从电机针脚脱落。

重新组装伺服电机，并重新插入固定它的螺丝。

现在，你的伺服电机可以直接由电池供电了。要使其旋转，只需将伺服电机的每根电线连接到来自电池组的同颜色电源线上。

虽然焊接和拆焊是机器人技术中必须掌握的技能，但如果你还没有准备好尝试这些技能，你也可以在不焊接的情况下构建整个电路。要了解如何在不焊接的情况下进行电气连接，请查看附录 A。

第五章：Wobbler

正如你从名字中猜到的，Wobbler 是一个通过前后摆动来移动的机器人。虽然刚开始看起来可能有点笨拙，但不要让第一印象迷惑了你。Wobbler 是一个充满热情和毅力的小机器人，随时准备迎接挑战。

这个项目所需的零件都很容易找到，即使是经验较少的机器人制造者也能轻松组装 Wobbler。经验丰富的机器人制造者则可以通过修改这个设计来获得乐趣，因为该设计的简单性为扩展和实验提供了很大的空间。

工具和材料

• 两个已拆除控制器的连续旋转伺服电机

• 两个自粘椭圆形衣钩

• 一个 4 × AA 电池盒

• 四节 AA 电池

• 带盖的小塑料容器

• 四根扎带

• 马克笔

• 剥线钳/剪线钳

• 电动钻

• 一把 1/8 英寸的钻头

• 一把 3/8 英寸或½英寸的钻头

Wobbler 概述

你将分阶段构建 Wobbler。首先，你需要提前将连续旋转伺服电机改装为直接驱动（第四章），或者按照附录 A 中列出的要求，使用一个齿轮电机替代品。一旦完成，你需要在塑料盒上标记并打孔以安装电机，将电机固定在盒内，并接好电路。最后，你将把 Wobbler 的椭圆形“轮子”安装在盒子的外侧。

构建 Wobbler

第 1 步

1. 第 1 步。从电机上取下伺服舵机臂。（伺服舵机臂是附着在电机轴上的转动部分。）

2. 第 2 步。将伺服电机放入塑料容器内，使它们背对背地放置。伺服电机轴的位置应该接近容器底部，并稍微偏离中心，以帮助 Wobbler 摇摆。

3. 第 3 步。使用马克笔在塑料容器上标出安装螺丝孔和电机轴的位置。

   第 2 步

   

   第 3 步

4. 第 4 步。在你做标记的地方在塑料容器上钻孔。

   第 4 步

对于较小的安装孔，使用 1/8 英寸的钻头应该足够。对于电机轴，使用 3/8 英寸或½英寸的钻头。

1. 第 5 步。将电机放置在塑料容器内，并用扎带将它们牢牢固定。

   第 5 步

2. 第 6 步。将一根红线从一个电机连接到另一个电机的黑线。然后将配对的电线与电池盒的一个电线连接。接着，将剩下的三根松散电线连接在一起形成另一组。你可以将这些电线焊接在一起，或者使用机械连接器。

   第 6 步

3. 第 7 步。将电池盒放入塑料容器内。然后关闭塑料容器并重新安装伺服电机的舵机臂。

   第 7 步

   

   第 8 步

4. 第 8 步。虽然这一步不是完全必要的，但你可以用斜口钳或小锯子将外套钩的钩部分剪掉。这样，你将得到自粘的椭圆形轮子。

5. 第 9 步。撕下背面的胶纸，将轮子粘贴到伺服器的舵轮上，确保每个舵轮完全被轮子遮挡。确保将轮子粘得偏离旋转轴心，以便给机器人带来良好的摇摆效果。

   第 9 步

6. 第 10 步。移除盖子，将电池放入电池盒中，再次盖好盖子，然后启动 Wobbler。只要安装了电池，机器人就会一直运行。

第 10 步

尝试将机器人放在不同的位置，观察它的所有移动方式。还可以尝试将外套钩“轮子”替换为其他物体，得到独特的效果。只需使用双面胶带或扎带将不同的物体固定在伺服器的舵轮上即可。

第六章：缓冲器

缓冲器在许多方面与 Wobbler 非常相似，但主要的区别在于它的轮子。对于这个机器人，你将把两个圆形的“缓冲”轮子安装到朝下的电机上，这些电机彼此旋转。当你启动机器人时，它会朝着清扫器旋转的方向前进。缓冲器看起来有点像一个微型扫地车，但它的运动方式与其较大的表兄不同。然而，它可能真的能清洁你的地板。缓冲器是一个容易制作且有趣的机器人。

工具和材料

• 两个去除控制器的连续旋转伺服电机

• 一个 4 × AA 电池盒

• 一个 12 英寸塑料矩形容器的盖子

• 两个烘干机絮状物捕捉刷

• 两个不锈钢管道法兰修复环

• 一根 24 英寸的铝制直尺

• 四个¼英寸的螺母和螺栓

• 两个 4-40 × ¼英寸的螺母和螺栓

• 不同尺寸的扎带

• 电钻

• 三个钻头：1/8、1/4 和 1/2 英寸

• 钢锯

• 线缆剥离工具/剪线钳

• 标记笔

缓冲器概述

首先，你需要像制作 Wobbler 一样修改伺服电机（也可以参考第四章）或使用附录 A 中的齿轮电机替代品。完成后，你将制作毛絮刷缓冲轮子。然后，将电机固定到盒盖上，将缓冲轮安装到电机上，朝下朝地面。最后，将整个电路接线并供电。

构建缓冲器

1. 第 1 步。为缓冲器的刷子轮子准备横杆。你将使用这些横杆将伺服电机角盘固定到轮子本身。将直尺切成两段，每段 7 英寸，应该是那种不锈钢管道法兰修复环的直径。

   第 1 步

2. 第 2 步。你需要在直尺的段落上钻孔，将这些直尺段落固定到修复环上，并开始制作缓冲器的轮子。首先，将一段直尺放在修复环上，并用标记笔在直尺两端通过修复环的安装孔标记直尺的位置，如图所示。尽量将标记放置在直尺宽度的中心位置。第二段直尺重复相同的操作。

   第 2 步

3. 第 3 步。将直尺段牢牢夹紧，钻入标记上的 1/8 英寸引导孔，然后将孔扩大至¼英寸。

   第 3 步

4. 第 4 步。拆下固定伺服电机角盘的螺丝，并将角盘从电机箱中取出。

5. 第 5 步。在每个伺服电机角盘的两端钻 1/8 英寸的孔。

   第 4 步

   

   第 5 步

6. 步骤 6. 将一个舵机号角对准一个尺子段的中心位置。你之前钻好的两个舵机号角孔应悬挂在尺子边缘外。通过舵机号角的其他两个孔，在尺子上做标记。对另一个尺子段重复相同操作。

   步骤 6

7. 步骤 7. 使用 1/8 英寸的钻头，在你刚才标记的每个标记位置钻孔。

   步骤 7

8. 步骤 8. 使用 ¼ 英寸的螺母和螺栓，通过你钻好的较大孔，将每段尺子固定到修复环上。

   步骤 8

9. 步骤 9. 剪掉去毛刷的把手。

   步骤 9

10. 步骤 10. 要完成缓冲轮，先将一个去毛刷绕在修复环的底面，形成一个圆形，边绕边用拉链扎带固定。剪掉多余的拉链扎带和剩余的去毛刷。对第二个去毛刷和修复环重复此过程。

    步骤 10

11. 步骤 11. 拿起塑料盒盖，分别在盖子的两个较短边缘内侧约 ¾ 英寸处做标记。尽量确保标记在中心位置。根据两个标记的位置钻一个 ½ 英寸的孔。如果塑料有轻微裂纹或缺口没关系，只要你能仍然用拉链扎带将电机固定好即可。

    步骤 11

12. 步骤 12. 现在，你需要添加安装舵机电机的孔，使用拉链扎带进行固定。将舵机电机的轴放置在你刚钻好的一个孔的中心位置。通过每个舵机安装孔，在盖子上做标记。对另外一个孔重复此过程。最后，使用 1/8 英寸的钻头在这些八个标记上钻孔。

    步骤 12

13. 步骤 13. 通过这些孔，用拉链扎带将电机固定在盒盖上，确保盖子的边缘指向与电机轴相反的方向。

    步骤 13

14. 步骤 14. 将电池支架放置在盖子中心，并通过电池支架的两个安装孔标记盖子。使用 1/8 英寸的钻头在这些标记上钻孔。

    步骤 14

15. 步骤 15. 使用 4-40 × ¼ 英寸的螺母和螺栓，将电池支架固定在盖子与电机同一侧。

    步骤 15

16. 步骤 16. 将舵机号角重新安装到舵机上。

    步骤 16

17. 步骤 17. 通过你之前钻好的安装孔，用拉链扎带将缓冲轮固定在舵机号角上。对于每一对轮子和舵机号角，将拉链扎带穿过舵机号角和尺子上的一个孔，再从舵机号角另一端的孔穿回来，最后绑紧拉链扎带。用第二个拉链扎带重复这个过程，并确保所有部件都牢固固定。修剪掉所有多余的拉链扎带。

    步骤 17

18. 步骤 18. 将一个伺服器的红线连接到另一个伺服器的黑线。将剩下的两根黑线和红线连接在一起。将其中一对连接到电池包的红线，另一对连接到黑线。使用绑线将所有电线整齐地绑在一起，确保没有裸露的焊接点互相接触，以免短路。或者，用热缩管为连接部分做绝缘处理。

    步骤 18

19. 步骤 19. 将一些电池插入电池盒，放下缓冲器，然后看它运转！！f06021

    步骤 19

第七章：Daze

Daze 是一款与众不同的机器人，原因有几个。首先，它的轮子就是它的身体。其次，它的运动机制由两个伺服电机组成，电机轴连接在一起并偏心。这个设计最初只是一个实验，我从没想到这个机器人会以这种方式运动。在任何时候，Daze 都可能决定向前滚动、向后滚动，或者干脆停留在原地。它就像是迷迷糊糊地四处移动——因此得名“Daze”。

工具和材料

• 两个去除控制器的连续旋转伺服电机

• 两个 3 × AA 电池托架

• 六个 AA 电池

• 两个 CD 或 DVD

• 四个 4-40 × 3/8 英寸的螺母和螺栓

• 剪切模板（参见附录 B）

• 不同尺寸的扎带

• 剪刀

• 一卷画家胶带（或类似的胶带）

• 电钻

• 一把 1/8 英寸钻头

• 剥线钳/剪线钳

Daze 概述

你将使用与其他机器人相同的改装伺服电机（第四章）或齿轮电机替代品（附录 A）。Daze 由两个相同的半部分组成，这两部分在偏心位置连接在一起。你将从使用钻孔模板开始，修改作为机器人轮子的 CD（或 DVD）。接下来，你将把电机和电池包固定到轮子上，然后将伺服电机的喇叭连接在一起（偏心）。最后，你将为每个电机接上独立的电池包，并启动 Daze。

构建 Daze

1. 第一步。从nostarch.com/homemaderobots/打印出模板纸（或从附录 B 中描绘），然后剪下两个圆形钻孔模板。

   第一步

2. 第二步。将钻孔模板居中并粘贴在每个 CD 上。

第二步

1. 第三步。使用 1/8 英寸钻头钻出模板上标明的孔。

   第三步

2. 第四步。取下伺服电机的喇叭。在每个伺服电机喇叭的一个臂上钻两个 1/8 英寸的孔：一个靠近喇叭的尖端，另一个靠近基部。在另一只喇叭上钻相同的孔。然后将喇叭重新安装到伺服电机上。

   第四步

3. 第五步。对于每一对 CD 和伺服电机，将 CD 平放，伺服电机放在 CD 中央的顶部，喇叭朝向 CD 的外侧。将 CD 的四个孔与伺服电机的安装孔对齐，然后用扎带将伺服电机固定在 CD 上。修剪掉扎带的尾部。

   第五步

4. 第六步。使用螺母和螺栓将电池托架固定在 CD 的与伺服电机相对的一侧。

   第六步

5. 第七步。用扎带将两个伺服电机的喇叭通过你之前钻的四个孔绑在一起。拉紧扎带，修剪掉多余部分，并确保伺服电机的喇叭可以自由旋转。

6. 第八步。将两个伺服电机的电线通过每个 CD 中剩余的一个未使用的孔，朝着电池托架方向拉过。

   第七步

   

   第 8 步

7. 第 9 步。在其中一张 CD 上，将红色电机线与红色电池线连接，黑色电机线与黑色电池线连接。在另一张 CD 上，将红色电机线连接到黑色电池线，黑色电机线连接到红色电池线，使其接线与第一张 CD 相反。

   第 9 步

8. 第 10 步。将所有东西用绑带紧紧绑在一起，消除松弛，以确保焊接点不会接触并导致短路。

9. 第 11 步。为了让 Daze 运行，将其放置在一个无法掉落的表面上，插入每个电池座的电池，然后惊讶地观看。

   第 10 步

   

   第 11 步

第八章：Barreller

Barreller 机器人似乎能够持续向前推进。在简单来说，它的工作原理是：电动机作为一个偏心的重物，放置在油漆罐内。当重物（即电动机）在重力作用下向下掉落时，油漆罐会向前滚动。普通的油漆罐可能会在这个时候停下来，但这个油漆罐配有一个倾斜开关，当罐子倾斜时，开关触发电动机启动，导致电动机向上旋转（然后再关掉），从而重新启动这个过程。如果你能想象这一过程发生得非常迅速，并且持续一段时间，你就能理解这个机器人是如何工作的。Barreller 看起来似乎在自行向前滚动，甚至能做出一些看似不可能的事情，比如沿坡道滚动。这个机器人非常有趣。如果你不相信我，自己动手做一个。它既快速又简单。

工具与材料

• 去除控制器的连续旋转伺服电机

• 油漆罐（或类似物）

• 两根 1 英寸的油漆刷

• 一个 4 × AA 电池架

• 四个 AA 电池

• 倾斜开关（Mouser #107-2002-EV）

• 各种扎带

• 钻孔模板（见附录 B）

Barreller 概述

Barreller 是在一个油漆罐内部构建的（我使用了一个透明的创意油漆罐）。在开始之前，请确保你已经按照第四章修改了连续旋转伺服电机以实现直接驱动，或者按照附录 A 使用了其中一种齿轮电机替代品。一旦完成了这一点，下一步就是构建内部“重物”机制，它本质上是由电动机、电池组和倾斜开关组成的电路。你将把这个机制插入油漆罐并固定在中心位置。

构建 Barreller

1. 步骤 1. 拆开两根油漆刷，得到两根木制手柄。

   步骤 1

2. 步骤 2. 将电池放入电池架，并将其放置在一根扎带上，电池朝下。将电动机放在电池架上方，使得伺服舵角垂直朝一个方向延伸，木制手柄朝相反方向延伸。用扎带将所有部分紧固在一起，直到它们成为一个整体，且无法拆开。

   步骤 2

3. 步骤 3. 将电动机的黑色电线与电池架的黑色电线扭在一起，并进行焊接。将电池架的红色电线焊接到倾斜开关上突出的尖端。将电动机的红色电线焊接到倾斜开关的导电金属外壳上。当倾斜开关被激活时，电流将通过尖端和外壳之间流动。

   步骤 3

4. 步骤 4. 准备油漆罐，移除任何可能阻止其滚动的物件，如手柄，并清理罐内的杂物。

5. 第 5 步：打印（或描摹）并剪下模板。将模板用胶带固定在罐子底部，并使用 1/8 英寸的钻头或适合你扎带尺寸的钻头打四个小孔。

   第 4 步

   

   第 5 步

6. 第 6 步：将倾斜开关滑入电池座中两个电池之间，使其与电池平行。但请确保这不会导致开关短路。如果你担心这个问题，可以用热缩管将其覆盖（未显示）。

7. 第 7 步：使用 1/8 英寸的钻头扩孔，使伺服器的控制头上的孔与罐子底部打好的孔对齐。

   第 6 步

   

   第 7 步

8. 第 8 步：将伺服器的控制头用扎带固定到罐子底部打好的孔里。修剪掉扎带的尾部。

   第 8 步

9. 第 9 步：完成后，重新盖上盖子。

   第 9 步

第九章：懒惰

顾名思义，懒惰机器人已经优化到几乎不做任何事。这是一个设计特点，而不是一个缺陷。懒惰机器人每分钟晃动前进一次，然后停下来。这得益于一个磁铁激活的簧片开关和一个附着在钟表秒针上的小磁铁。当秒针带着磁铁经过簧片开关时，机器人会启动几秒钟。这样，懒惰机器人在它被赋予的任务上非常高效。我可以想象，在不久的将来，机器人在懒散方面的能力甚至可能超过人类。

工具与材料

• 两个去掉控制器的连续旋转伺服电机

• 两个 1½英寸的油灰刀

• 圆形壁挂钟

• 簧片开关

• 锯子

• 小圆盘磁铁

• 热缩管

• 一个 3 × AA 电池盒

• 三节 AA 电池

• 各种扎带

懒惰概览

懒惰机器人由一个简单的电路构成，该电路围绕着钟表的机芯构建。在开始构建之前，确保你已经修改了连续旋转伺服电机以便直接驱动（见第四章），或者使用了附录 A 中列出的齿轮电机替代品。下一步是拆开钟表面板，并把所有零件放到一旁。一旦你能够顺利进入钟表内部，你将安装簧片开关和电池。接下来，你将改造钟表机身，以便能够安装电机及其驱动臂。在所有组件到位后，你就可以完成电路的接线。最后一个主要步骤是将磁铁安装到秒针上，并重新将其安装到钟表机身内。然后，如果需要，你可以将钟表的保护盖重新安装上。

构建懒惰机器人

1. 步骤 1。取下钟表的前盖。小心地从机芯中取下时针和分针，然后取下钟表面板。

   步骤 1

2. 步骤 2。将一根红色电线连接到簧片开关的中心端子，黑色电线连接到外侧的公共端子。

   步骤 2

3. 步骤 3。用扎带将簧片开关固定在钟表内部，使其围绕钟表机芯并且端子朝下。

4. 步骤 4。找一个位置将电池盒固定在钟表机身内部。在电池盒的两侧做标记，这样当你钻孔时，就可以将电池盒用扎带固定到钟表上。另外，标记一个额外的孔，用于穿过簧片开关的电线。

   步骤 3

   

   步骤 4

5. 步骤 5。用 3/16 英寸的钻头钻出所有标记的地方。

   步骤 5

6. 步骤 6。将簧片开关的电线通过你刚刚标记并钻好的额外孔。如果可能的话，通过将电线绑在钟表机身的一部分或系成一个大于孔径的结来固定电线。

   步骤 6

7. 第 7 步. 将电池放入电池座。你可以选择在其中一根导线导线上贴上一块胶带，直到准备使用这些电线时再移除，这样可以防止电线相互交叉。

8. 第 8 步. 使用扎带将电池座固定在钟表主体上。

   第 7 步

   

   第 8 步

9. 第 9 步. 将钟面放回钟表主体上。在钟表外部，2 点和 3 点之间做两个标记，以指示伺服电机的宽度。在 9 点和 10 点之间做类似的标记。

   第 9 步

10. 第 10 步. 在做标记的地方，使用锯条锯掉两个足够大的矩形，以便伺服电机的主体可以通过。

    第 10 步

11. 第 11 步. 使用锯条锯掉塑料刮刀大约 1.5 英寸的末端。你应该只剩下手柄部分。

12. 第 12 步. 从电机轴上取下伺服齿轮，并将螺钉放在安全的地方保存。

    第 11 步

    

    第 12 步

13. 第 13 步. 在每个伺服齿轮的外端钻一个 1/8 英寸的孔。另一个伺服齿轮上也重复相同操作。

    第 13 步

14. 第 14 步. 使用伺服齿轮作为钻孔导向，钻出四个安装孔，靠近塑料刮刀锯掉的边缘。

15. 第 15 步. 将伺服齿轮重新安装到电机轴上。

    第 14 步

    

    第 15 步

16. 第 16 步. 将伺服电机插入你在钟表主体侧面打的孔中。使用伺服安装支架作为钻孔导向，以便在钟表主体上钻孔。

    第 16 步

17. 第 17 步. 使用扎带将电动机固定在钟表主体上，使得两个伺服电机的伺服齿轮靠近 12 点钟方向。

18. 第 18 步. 使用扎带将塑料刮刀固定在伺服齿轮上。

    第 17 步

    

    第 18 步

19. 第 19 步. 将你的磁性圆盘用热缩管固定在钟表秒针的底部，使得磁铁在重新放回钟表机芯时会经过簧片开关。如果你没有热缩管，一小块胶带也能起到作用。

    第 19 步

20. 第 20 步. 如果需要，你现在可以再次移除钟面。更重要的是，将秒针重新安装到钟表机芯上。

    第 20 步

21. 第 21 步. 将簧片开关的红线焊接到电池座的红线。将簧片开关的黑线焊接到一个伺服电机的黑线和另一个伺服电机的红线上。

    第 21 步

将电池座的黑线焊接到剩余的两个自由伺服电机电线。

1. 步骤 22. 用拉链绑带将所有电线绑在一起，以确保电线拉紧，避免任何焊接点相互接触。

   步骤 22

2. 步骤 23. 将前盖重新安装到时钟上，以保护秒针。

   步骤 23

3. 步骤 24. 插入一块全新的（而非部分耗尽的）电池并等待。当秒针经过簧片开关时，机器人会短暂唤醒并快速跳动，直达你的心中。

   步骤 24

第十章：Skitter

如其名所示，Skitter Bot 真的很喜欢四处走动。仅使用一个电机和一个按 H 桥接线的 DPDT 开关，Skitter 的脚可以前后移动，从而推动它向前走。这也许是你能构建的最简单、最可靠的步行机器人之一。它设计的唯一目的就是执行一个任务，而且它做得非常好。尽管它只有一个目的，但其擦洗刷子脚的一个好副作用是，无论它走到哪里，都能清扫地板。

工具和材料

• 连续旋转舵机（已拆除控制器）

• 一个 3 × AA 电池架

• 三节 AA 电池

• DPDT 拨动开关

• 四把擦洗刷子（带长柄）

• 小塑料容器（我的尺寸是 3½ × 2½ × 2 英寸）

• BIC 圆珠笔

• 一个 1½ × 3/8 英寸的角撑

• 电钻

• 1/4 英寸和 1/8 英寸的钻头

• 剥线钳

• 剪切钳

• 美工刀

• 热胶

• 一些扎带

Skitter 概述

要构建 Skitter，首先需要通过拆除其控制板（第四章）来修改一个连续旋转舵机以实现直接驱动，或者按照附录 A 中的说明使用一种齿轮电机替代品。接下来的步骤是将两个擦洗刷子安装到舵机电机的后部。然后，将电机本身安装到塑料容器的盖子上。接下来，你需要将电池安装到塑料容器本身，并将剩余的两个擦洗刷子安装到前部。然后，你需要将 DPDT 开关固定到盖子上，并按照 H 桥配置将开关接线以完成电路。你还需要用一支圆珠笔的管子延长开关的杠杆，使其能接触到摆动的擦洗刷子。最后，插入电池并合上盖子，使机器人开始运行。

构建 Skitter

1. 第一步：在舵机角盘的四个端点各钻一个 1/8 英寸的孔。

   第一步

2. 第二步：选择舵机角盘上两个相邻的孔，将每个扎带穿过其中一个。接下来，将扎带穿过角撑中的两个相邻的中央孔。然后，将扎带穿过两把刷子的挂孔。最后，将所有东西用扎带牢固固定。

3. 第三步：利用角撑中的两个空闲孔，作为引导，向下钻穿每个刷子。

   第二步

   

   第三步

4. 第四步：使用刚才钻好的孔，将刷子牢固地用扎带固定到角撑上。为了增加支撑，可以将刷子的挂孔与舵机角盘上未使用的后孔用扎带固定在一起。

   第四步

5. 第五步：将舵机的背面中心靠近塑料容器盖的短边之一。描绘舵机背部的轮廓，然后用美工刀切出这个形状。最后，将电机线穿过孔并将塑料容器盖滑下来覆盖舵机。

6. 第 6 步. 在塑料容器盖上钻 1/8 英寸的孔，使其与伺服电机的安装孔对齐。

   第 5 步

   

   第 6 步

7. 第 7 步. 用拉链扎带将电动机牢固固定，并修剪多余部分。

   第 7 步

8. 第 8 步. 将电池座放置在塑料容器的底面，并利用电池座的安装孔作为钻孔导向。钻两个 1/8 英寸的孔。

9. 第 9 步. 将电池座放入塑料容器内，使用螺母和螺栓将两者固定在一起。

   第 8 步

   

   第 9 步

10. 第 10 步. 对于剩余的两只刷子，从手柄的末端量出 1 英寸并做标记。钻一个 1/8 英寸的孔，通过你做标记的地方。

    第 10 步

11. 第 11 步. 将塑料容器倒置。标记、钻孔并用拉链扎带将剩余的两只刷子固定在塑料容器的前端，使它们形成 90º角并均匀地指向塑料容器开口的方向。换句话说，为你的机器人做两个等长的前腿。

12. 第 12 步. 在塑料容器盖的短边附近钻一个¼英寸的中心孔，位置与伺服电机相对。

    第 11 步

    

    第 12 步

13. 第 13 步. 将 DPDT 开关穿过孔，使轴指向刷子腿，然后用螺母将开关固定。

    第 13 步

14. 第 14 步. 将 DPDT 开关的相对角连接在一起。将红色电池线焊接到其中一个中心 DPDT 开关引脚上，将黑色电池线焊接到另一个引脚上。

第 14 步

将开关旋转，使只有两个引脚朝向你（而不是三个）。将黑色电机线焊接到右侧离你最近的 DPDT 引脚上。将红色电机线焊接到左侧的另一个引脚上。

1. 第 15 步. 拆开 BIC 笔，并从笔管的末端切割约 1½英寸，用作开关杆的延长器。

   第 15 步

2. 第 16 步. 确保开关位于两只刷子之间。将笔盖填充热熔胶，并用钳子迅速将其滑到开关轴上。保持热管在原位直到开始固化。小心不要推得太深，否则可能会将热熔胶推入开关内部，导致其无法正常工作。

3. 第 17 步. 将一些电池放入电池座中，机器人腿部开始运动。

   第 16 步

   

   第 17 步

4. 第 18 步. 快速关闭塑料容器，让机器人自由行动。

   第 18 步

第十一章：Inchworm

如果你能只依赖一件东西，那一定是尺子。现在，别误会，我不是在说一辈子的最高统治者之类的东西。我说的尺子是用来测量的那种。怎么能不依赖一个上面有那么多连续数字的东西呢？这就是为什么在决定 Inchworm 机器人的定子时，我唯一能想到的就是我那可靠的好朋友——尺子。毕竟，“英寸”是它名字的一部分，而且尺子上就标有英寸。此外，铝尺是很棒的机器人部件。它们不仅结构坚固，而且还容易切割、钻孔和弯曲。自己做一个 Inchworm 机器人，亲自体验一下吧。

工具和材料

• 移除控制器后的连续旋转伺服电机

• 曲线锯

• 一个 4 × AA 电池托架

• DPDT 杠杆开关

• 四个 AA 电池

• 红色和黑色电线

• 电工胶带

• 一把 18 英寸的铝尺（或更长）

• 两个小塑料容器，如零食或婴儿食品容器

• 两个 2 英寸的固定脚轮

• BIC 圆珠笔

• 切割刀片

• 梳子

• 十个 4-40 × 1/2 英寸的螺母和螺栓

• 四个小垫圈

• 一个 2 英寸的金属支架

• 四根扎带

• 剥线钳

• 切割钳

• 钳子

• 电钻

• 一只 1/8 英寸的钻头

• 一只¼英寸的钻头

• 一只 3/16 英寸的钻头

• 锤子

• 台钳

• 螺丝刀

• 220 目砂纸

• 马克笔

Inchworm 概述

要制作这个机器人，首先要通过移除控制板（第四章）来改造一个连续旋转伺服电机以实现直接驱动，或者使用附录 A 中列出的齿轮电机替代品。接下来的步骤是将尺子切割、弯曲和钻孔，以创建两个不同的部分。你将把尺子的一部分连接到伺服电机的主体上，另一部分连接到它的舵。完成后，你需要修改梳子并将其固定在尺子上。接着，你会安装 DPDT 开关，并将其以 H 桥配置接线，以便在杠杆被按下时反转电机。然后，你将安装一个支架，让梳子能够支撑在其上，这样当机器人启动后，梳子可以来回移动，从而按下开关。完成开关组件后，你将把脚轮支架固定在塑料容器的盖子上，使其作为机器人的“脚”。然后，将脚轮支架连接到每个尺子部分的末端。最后的任务是将电池托架连接到电路，整理好电线，并插入电池以启动机器人。

制作 Inchworm

1. 步骤 1。用曲线锯把尺子切成两段 9 英寸的部分。

   步骤 1

2. 步骤 2。在其中一段 9 英寸的尺子上，从尺子的末端起 1/2 英寸和 2 1/8 英寸的地方，分别切割三分之四深度。

   步骤 2

3. 步骤 3. 将标尺放入台钳中，使切口底部与台钳顶部平齐。用锤子将两切口之间的部分压平，使其与标尺垂直。这将成为电机的安装支架。

4. 步骤 4. 将伺服电机放入刚切割的槽中，用铅笔标记其安装孔的位置。

   步骤 3

   

   步骤 4

5. 步骤 5. 使用 1/8 英寸钻头钻透标尺上的标记。

6. 步骤 6. 在一个已切割的标尺段上，从边缘向内 ½ 英寸的位置钻一个 ¼ 英寸的孔。对另一个标尺段重复此操作。

   步骤 5

   

   步骤 6

7. 步骤 7. 在伺服电机头的每一端钻一个 1/8 英寸的孔。钻孔后，将伺服电机头从伺服电机上取下。

8. 步骤 8. 将伺服电机头置于没有电机支架的标尺段上，大约从未钻孔的标尺边缘内侧 11/4 英寸的位置。使用此位置作为指南，标记并钻四个 1/8 英寸的孔穿过标尺。

   步骤 7

   

   步骤 8

9. 步骤 9. 在带有电机安装孔的标尺段上，钻一个 1/8 英寸的孔，孔位距离安装孔边缘 5 英寸。

在带伺服电机头安装孔的标尺段上，钻一个 3/16 英寸的孔，孔位距离带伺服电机头安装孔的边缘约 5 英寸，并靠近标尺边缘。

然后，钻第二个较大的 ¼ 英寸孔，孔位距离带伺服电机头安装孔的边缘 4 英寸，并且位于标尺中央。

步骤 9

1. 步骤 10. 使用螺母和螺栓将电机固定在标尺上。

2. 步骤 11. 使用安装螺钉重新安装电机头。

   步骤 10

   

   步骤 11

3. 步骤 12. 使用螺母和螺栓将标尺的另一段连接到伺服电机头上。电机旋转时，标尺应能相互前后移动。

4. 步骤 13. 使用剪切钳从梳子的一侧去除 2 英寸的齿，停止的位置距离边缘约 ½ 英寸。远端剩余的几颗齿将起到防止梳子偏移的作用。

完成去除齿轮后，打磨梳子的这一部分，使其光滑，然后在对面边缘钻一个 1/8 英寸的孔。

步骤 12

步骤 13

1. 步骤 14. 将螺栓穿过梳子的孔，然后放上两到四个垫圈。垫圈的作用是将梳子推向另一段已安装的标尺。

接着，将螺钉穿过带电机的标尺段中的中间孔。使用螺栓将其固定牢固。

步骤 14

1. 步骤 15. 将开关的一个安装螺母放置在开关螺纹底部约 ¼ 英寸的位置。

接着，将 DPDT 开关插入在步骤 9 中钻好的 ¼ 英寸孔内。

最后，用第二个安装螺母将开关固定到位。杠杆应该与标尺的表面大致平齐。

步骤 15

1. 步骤 16. 将 DPDT 开关的对角线两端连接在一起。将一根长的红色电池线焊接到 DPDT 开关的一个中间引脚，另一根长的黑色线焊接到另一个引脚。最终，你将这些线连接到电池盒。

   步骤 16

转动开关，使得只有两个引脚朝向你（而不是三个）。将黑色电机线焊接到距离你最近的 DPDT 引脚上（右侧）。将红色电机线焊接到左侧的另一个引脚。

1. 步骤 17. 将支撑柱安装到标尺的舵机挂钩部分，使其朝向与杠杆开关相同的方向。梳子将放置在支撑柱的上方。

   步骤 17

2. 步骤 18. 现在你已经组装好主体，接下来将制作毛虫的“脚”。拿起你的两个脚轮并取下轮子。对于大多数脚轮，只需要拧松螺母。然而，如果轮子是铆接的，你可能需要钻透铆钉来将它们取下。

   步骤 18

3. 步骤 19. 对于每个塑料容器和脚轮支架组合，将脚轮支架置于塑料容器上方居中位置。使用脚轮支架上的孔作为指南，在容器盖上钻一个 1/8 英寸的孔。

4. 步骤 20. 使用拉紧带将脚轮框架固定到位，形成枢轴点。

   步骤 19

   

   步骤 20

5. 步骤 21. 在其中一个容器的盖子角落钻一个 1/8 英寸的孔。

6. 步骤 22. 将电池盒放入并通过孔将电源线穿过。

   步骤 21

   

   步骤 22

7. 步骤 23. 拿起你的圆珠笔并取下墨水芯，这样你就会得到一个空心管。使用切割刀片（如美工刀），将管子切割成两段，每段长度为 1 英寸。然后将这两段再切成两半，得到四个 ½ 英寸的间隔物。你也可以从五金店购买四个 ½ 英寸的间隔物。

   步骤 23

8. 步骤 24. 重新使用脚轮的安装硬件，将标尺通过切割后的笔间隔物安装到脚轮支架上。如果标尺显得松动或不稳，插入金属垫圈在间隔物和标尺之间，直到不再松动为止。

   步骤 24

9. 步骤 25. 将开关上的红线焊接到电池盒上的红线。将开关上的黑线焊接到电池盒上的黑线。

10. 第 26 步。用收缩管覆盖暴露的连接部分，以防止电线与金属框架发生短路。

    第 25 步

    

    第 26 步

11. 第 27 步。用扎带将所有松散的电线绑在一起，以防止缠绕。

    第 27 步

12. 第 28 步。插入一些电池，并迅速关闭塑料容器的盖子，使机器人开始运作。

第十二章：Walker

我制作 Walker Bot 的目标是打造一个可以在 10 分钟内完成的四足步行机器人。最终，这个机器人花费了 3 小时才完成。也就是说，我的目标并不是自己在 10 分钟内完成，而是制作一个可以在 10 分钟内完成的机器人。我很有信心，现在我知道自己在做什么，如果需要制作第二个，我完全有能力在 10 分钟内完成。至少，你很难制作比这个更简单的步行机器人，因此我认为这个项目是一个辉煌的成功。

工具和材料

• 两个去掉控制器的连续旋转伺服电机

• 四节 AA 电池

• 一个 4 × AA 电池架

• DPDT 杠杆开关

• 一个“经典”电话听筒（可以在线搜索“复古电话听筒”）

• 两张 CD（这些不能来自任何人的音乐收藏）

• 两个 1/4-20 × 6 英寸螺栓

• 两根 1/4-20 × 5 英寸螺栓

• 四个 1/4-20 螺母

• 四个 1/4 英寸橡胶螺栓套

• 两个 4-40 × 1 英寸螺母和螺栓

• 一卷油漆胶带

• 一些扎带

• 切割模板（见附录 B）

• 电钻

• 三个钻头：1/4、1/8 和 3/16 英寸

• 剪刀

• 剪线钳

• 电线剥皮工具

Walker 概述

要制作 Walker Bot，你将使用与之前的机器人相同的改装伺服电机（第四章）或齿轮电机替代品（附录 A）。一旦你完成电机的改装，下一步就是拆开电话听筒，并将伺服电机放置在原本麦克风和扬声器的位置。从这里开始，你将把 DPDT 开关用扎带固定在听筒的一端。接下来，将电池架安装到电话听筒的手柄上，并将开关按 H 桥配置接线以完成电路。然后，按附录 B 的切割模板进行追踪和裁剪，或直接打印出模板，并将其粘贴到 CD（或 DVD）上。你将使用这些模板作为指导，钻孔和切割适当的孔和形状在 CD 上。完成这些后，你将把 CD 用扎带固定在电机上，并将螺栓插入 CD 中作为腿部。最后，插入电池并将 Walker Bot 放下，让它可以四处行走。

构建 Walker

1. 第 1 步。使用 1/8 英寸钻头扩大电机喇叭两端倒数第二个孔的直径。

   第 1 步

2. 第 2 步。拆下电话听筒的外壳，然后拔出扬声器、麦克风和插孔。它们应该能顺利取出。

   第 2 步

3. 第 3 步。在电话听筒的每一端钻四个 3/16 英寸的孔，如图所示。实际上，你应该钻孔，以便在每个开口的背面形成一个方形区域。

4. 第 4 步。从电话听筒上插孔的另一侧开始，将电机的电线穿过电话机的机身，穿出拆除插孔后留下的孔洞。将第一个电机插入插孔相对的听筒开口，使喇叭面朝内。

   第 3 步

   

   步骤 4

5. 步骤 5. 将第二个电机的电线穿过由插孔创建的孔，并将电机插入话筒的一端。确保该电机的喇叭也朝向内部。使用你之前钻的孔，用扎带将它们固定好。

6. 步骤 6. 用扎带将 DPDT 开关固定在圆形吹嘴开口上，正好位于通过去除插孔而留下的孔上方。应有一个小的突缘，开关可以放置在其上。确保开关的杠杆朝上（指向电机上的齿轮）。

7. 步骤 7. 使用电池包上的安装孔作为导向，在话筒的中心钻两个 1/8 英寸的孔，以便与 AA 电池托架的安装孔对齐。

8. 步骤 8. 使用一对 1 英寸的螺母和螺栓将电池托架固定到话筒上。

   步骤 5

   

   步骤 6

   

   步骤 7

   

   步骤 8

9. 步骤 9. 将电池托架的红色和黑色电线分别焊接到 DPDT 开关的中心端子上。

   步骤 9

将两根短电线焊接成一个 X 形，连接到开关的外部端子之间。基本上，后左端子应连接到前右端子，前左端子应连接到后右端子。这将使得开关切换时电源反向接入。

将电机一的红色电线与电机二的黑色电线焊接在一起，再将电机一的黑色电线与电机二的红色电线焊接在一起（指定哪个电机并不重要）。

最后，将红色和黑色的电线对接到外部端子上的任意一组。比如，将一对焊接到后左端子，另一对焊接到后右端子。

1. 步骤 10. 准备将安装到机器人的 CD（或 DVD），描摹切割模板并剪出两个大圆圈。

   步骤 10

2. 步骤 11. 将模板居中并用胶带固定在每张 CD 上。

3. 步骤 12. 对于两个大的外圈，钻 ¼ 英寸的孔。对于四个较小的内圈，钻 1/8 英寸的孔。

   步骤 11

   

   步骤 12

4. 步骤 13. 找到带有外部缺口的 CD，并小心地用剪刀将其剪下。

   步骤 13

5. 步骤 14. 使用扎带将 CD 固定到电机上，使得每张 CD 上的两个外部孔与话筒垂直，并且带有外部缺口的 CD 与 DPDT 切换开关的杠杆对齐。

   步骤 14

6. 步骤 15. 将较短的 5 英寸螺栓通过带缺口的 CD。将较长的 6 英寸螺栓从另一张 CD 上方穿过。用螺母固定所有螺栓。

7. 步骤 16. 用橡胶螺栓保护套覆盖所有螺栓，以增加它们的摩擦力。

   步骤 15

   

   步骤 16

8. 步骤 17. 插入电池，然后让机器人开始运行。

   步骤 17

第十三章：帆

当 Sail Bot 遇到逆风时，它会转向避开它。与之前的机器人不同，Sail Bot 只有在风激活其杠杆时才会暂时改变方向，而不是像那些带有 DPDT 开关的机器人，只有按下自己的杠杆时才会改变方向。换句话说，当风吹过时，机器人会转向以避开风；否则，Sail Bot 会继续做它的事。尽管看起来很简单，但考虑到电路在某种意义上仅仅是开关的集合，这种行为实际上是相当复杂的。

工具和材料

• 两个去除控制器的连续旋转伺服电机

• 一个 4 × 9½ × 2 英寸的塑料用具架

• 一个 4 × AA 电池架

• 四个 AA 电池

• 一个 6V DPDT 继电器

• 继电器插座

• 两个 3 英寸的脚轮

• 1½英寸旋转脚轮

• 一张 8 × 8 英寸的瓦楞塑料板

• 电钻

• 1/8 英寸钻头

• 3/4 英寸的铲形钻头

• 线切割器

• 剥线钳

• 绞线电缆卷

• 螺丝刀

• 马克笔

• 钳子

• 尺子

• 各种扎带

帆概述

要构建 Sail Bot，首先需要通过拆除其控制板（见第四章）来修改两个连续旋转伺服器进行直接驱动，或者使用附录 A 中概述的两个齿轮马达替代品。接下来，将伺服器安装到用具架的内部。从那里，您将把旋转脚轮安装到底部的用具架上。然后，您将电路连接到继电器插座（或直接连接到继电器），并将其安装到用具架中。接着，您将构建帆机制，并将其牢固地连接到继电器上。最后，将车轮安装到伺服器上并插入电池，使机器人开始移动。

构建帆

1. 第 1 步。通过松开固定在 3 英寸脚轮框架上的螺母和螺栓，取下车轮。

   第 1 步

2. 第 2 步。使用 1/8 英寸的钻头将伺服角轮上的倒数第二个孔扩孔。

3. 第 3 步。松开安装螺丝，将伺服角轮从伺服器中移除。将螺丝放到一边备用。

   第 2 步

   

   第 3 步

4. 第 4 步。将一个伺服角轮居中放置在每个车轮上，并使用一个细螺丝刀在每个车轮的框架上压出标记，以用作钻孔导向。

5. 第 5 步。利用刚才做的凹痕作为导向，钻穿车轮的 1/8 英寸孔。

   第 4 步

   

   第 5 步

6. 第 6 步。将伺服角轮用扎带固定在车轮上，并修剪掉剩余的尾部。

   第 6 步

7. 第 7 步。通过将 DPDT 继电器用力按下，简单地将其插入插座中。

   第 7 步

8. 第 8 步。在用具架的外部，将一个伺服电机放置在长边的一个底角上，伺服轴朝内。标记出伺服器的每个安装孔和伺服轴的位置。然后在用具架的另一侧对称标记。

9. 第 9 步。使用 1/8 英寸的钻头钻出伺服电机安装孔的外部标记，然后使用 3/4 英寸的扁钻钻出伺服电机轴的中心标记。

   第 8 步

   

   第 9 步

10. 第 10 步。将伺服电机放置在器具架的内部，用扎带将其牢固固定，然后修剪多余的扎带尾部。

11. 第 11 步。将 1½英寸的脚轮放置在器具架的底部，位于与伺服电机相对的一端。在每个脚轮的安装孔上做标记。

    第 10 步

    

    第 11 步

12. 第 12 步。使用 1/8 英寸的钻头钻出每个标记。

13. 第 13 步。用扎带将 1½英寸的脚轮固定在器具架的底部。

    第 12 步

    

    第 13 步

14. 第 14 步。将一根 6 英寸的黑色电线焊接到开关的公共连接端，将一根 6 英寸的红色电线焊接到常开（NO）连接端。

    第 14 步

15. 第 15 步。接下来，使用以下电路图进行接线。你可以在附录 A 的第 160 页了解更多关于电路的工作原理。

    第 15 步

16. 第 16 步。短暂插入电池测试电路。

如果你的电机旋转方向与预期相反，可以反向连接电机电线与继电器。

第 16 步

1. 第 17 步。将 DPDT 继电器插座放置在器具架的底部，靠近伺服电机。

在 DPDT 继电器插座的每一侧做两个标记，总共做四个标记，用于将插座用扎带固定到位。

第 17 步

1. 第 18 步。使用 1/8 英寸的钻头钻出四个标记，用于安装 DPDT 继电器。

2. 第 19 步。使用扎带和安装孔将继电器插座固定到位。

   第 18 步

   

   第 19 步

3. 第 20 步。波纹纸将用作帆。将快动开关的杠杆插入波纹纸中的一个中心开口，直到它牢固到位。

   第 20 步

4. 第 21 步。用扎带将开关固定在继电器的侧面，使帆面朝向机器人的前方（带小脚轮的一侧）。

   第 21 步

如果帆太重导致开关被压缩，你可以选择将帆裁小一些，或者稍微将开关向前倾斜。

1. 第 22 步。使用伺服电机的安装螺丝将 3 英寸的轮子安装到伺服电机上。

   第 22 步

2. 第 23 步。将电池插入电池架，然后观察机器人启航。

   第 23 步

当风吹动帆时，一个轮子应该朝相反方向旋转，从而使机器人转向远离风的方向。一旦机器人转向远离风，机器人将恢复向前行驶。

第十四章：翻转机器人

翻转机器人是一个典型的状态机，它遵循特定的例程，并具有不同的操作模式。例如，如果激活第一组开关，机器人处于第一模式并向前移动。如果激活另一组开关，机器人进入第二模式并向后移动。本质上，这个机器人向前行驶直到碰到障碍，然后反向并朝另一个方向行驶，直到碰到另一个障碍。如果你将机器人放入门框，它会不断来回移动（或者直到电池耗尽）。

如果你想做一个更动态的版本，可以将圆形轮子换成不同形状的轮子（比如椭圆形）。这样，翻转机器人将不再持续直线往返移动。

这个机器人的美妙之处在于它可以改变自己的状态，并保持在新的状态，直到收到新的输入。

工具和材料

• 两个去除控制器的连续旋转伺服电机

• 一个 4 × AA 电池盒

• 四节 AA 电池

• 两个 3 英寸的万向轮

• 两个 3 英寸的圆形反射器

• 一个 6V 3PDT 继电器

• 一个 3PDT 继电器插座

• 一个 8 × 5 × 1 英寸的托盘（或类似尺寸）

• 四个快动杠杆开关

• 两个 1/4-20 的水平支架

• 一根 3/8 英寸直径的热缩管

• 四根 8 英寸的拉链扎带

• 各种拉链扎带

• 锯子

• 电钻

• 一只 1/8 英寸的钻头

• 一只 1/4 英寸的钻头

• 剥线钳

• 对角剪钳

• 螺丝刀

• 尺寸尺

• 标记笔

翻转机器人概览

要制作这个机器人，首先需要修改两个连续旋转的伺服电机，使其直接驱动，方法是去除其控制板（第四章）或按照附录 A 使用两个齿轮电机作为替代。你将钻孔伺服舵盘并将其安装到转向轮上。接下来，你将标记并修改托盘以将其连接到伺服电机上。然后，你将接线每对开关，将它们连接到反射器，并将反射器安装到托盘上。接下来，你将用一个 3PDT 继电器接好整个电路。这类似于一个 DPDT 继电器（或开关），但它内建了一个额外的 SPDT 引脚。你可以在附录 A 的 161 页了解更多关于这个继电器的信息。接好电路后，你将固定继电器并重新安装轮子。完成机器人后，你将为开关添加拉链扎带天线，机器人就可以启动了。

构建翻转机器人

1. 步骤 1. 拆下中心螺栓，将轮子与转向架分开。

2. 步骤 2. 使用 1/8 英寸钻头扩宽每个伺服舵盘末端的倒数第二个孔。对另一个伺服舵盘重复此操作。

   步骤 1

   

   步骤 2

3. 步骤 3. 拆下安装螺丝，移除伺服电机上的伺服舵盘。

4. 步骤 4. 将伺服舵盘中心对准每个轮子，并使用细螺丝刀在每个轮子的框架上按出标记，作为钻孔导向。

   步骤 3

   

   步骤 4

5. 步骤 5. 使用刚才做的凹痕作为指南，垂直钻孔穿过车轮，孔径为 1/8 英寸。

6. 步骤 6. 用扎带将伺服电机的舵机连接到车轮上，并修剪掉多余的部分。

   步骤 5

   

   步骤 6

7. 步骤 7. 在托盘的每个长边上做一个中心标记。

   步骤 7

8. 步骤 8. 将伺服电机轴与中心标记对齐，然后在托盘的每个长边上画出两个切割标记，勾画出伺服电机的主体。

   步骤 8

9. 步骤 9. 以步骤 8 中画的线为指南，使用锯子在托盘的每个长边上切割出一个足够大的孔，以便插入电动机。电动机应放置在托盘底部。

   步骤 9

10. 步骤 10. 在托盘的边缘上做标记，表示伺服电机的安装孔。如果只有最底部的孔与托盘边缘对齐，没关系。

    步骤 10

11. 步骤 11. 使用 1/8 英寸的钻头在托盘的标记位置钻孔。

12. 步骤 12. 用扎带将电动机固定在托盘的边缘上。

    步骤 11

    

    步骤 12

13. 步骤 13. 将两个开关堆叠在每个圆形反射器的边缘上。在每个反射器的开关两侧做标记，用作扎带的钻孔引导。

14. 步骤 14. 在每个反射器的中心大致标记一个位置。

    步骤 13

    

    步骤 14

15. 步骤 15. 使用 1/8 英寸的钻头钻通所有反射器上的标记孔。

16. 步骤 16. 从每个反射器上剥离粘合剂背面，并将开关沿着 1/8 英寸孔之间的边缘粘贴。

    步骤 15

    

    步骤 16

17. 步骤 17. 将另一个开关堆叠在粘合反射器上的开关上，并用扎带固定它。用剩下的反射器和杠杆开关重复此过程。

    步骤 17

18. 步骤 18. 一对开关应该将它们的常闭（NC）连接串联接线。这意味着你需要将公共引脚连接在一起，将一根长红线连接到一个开关的常闭引脚，并将一根长黑线连接到另一个开关的常闭引脚。

另一对开关应该将它们的常开（NO）连接并联接线。这意味着你需要将公共引脚连接在一起，然后将常开引脚连接在一起。最后，将一根长红线连接到常开引脚，将一根长黑线连接到公共引脚。

步骤 18

1. 步骤 19. 将其中一个反射器粘贴到托盘底部，使开关紧贴托盘的短边之一。

2. 第 20 步。将剩余的粘性反射器安装在托盘的另一短边上。

   第 19 步

   

   第 20 步

3. 第 21 步。用¼英寸的钻头在反射器和托盘的中心钻孔。

   第 21 步

4. 第 22 步。将调平支架直接安装在反射器下方，并用安装螺母将其固定。

   第 22 步

5. 第 23 步。将继电器插座放在托盘顶部，并在两个边缘上做两个标记，指示其安装孔的位置。

6. 第 24 步。用 1/8 英寸的钻头钻孔在四个标记上。

   第 23 步

   

   第 24 步

7. 第 25 步。按照下面的接线图使用继电器插座构建电路。慢慢来，确保继电器插座端子上的所有正确连接都已完成。你可以在附录 A 的第 161 页了解更多关于这个电路的工作原理。完成电路构建后，电机、开关和电池座应该都连接到继电器插座上，如图所示。

第 25 步

1. 第 26 步。将 3PDT 继电器插入继电器插座中。

2. 第 27 步。使用伺服器角的安装螺丝将轮子安装到伺服器轴上。

   第 26 步

   

   第 27 步

3. 第 28 步。将继电器插座牢固地用扎带固定在托盘的底部。与此同时，你也可以选择使用扎带整理电线。

4. 第 29 步。将收缩管完全滑入 8 英寸的扎带中。然后将收缩管和扎带组件滑入每个快动开关的杠杆上，形成天线。一旦它们被定位，使用热风枪收缩管道。

   第 28 步

   

   第 29 步

5. 第 30 步。将电池插入电池座，并让机器人启动。

   第 30 步

当机器人与物体碰撞时，开关应该被压缩，机器人应该倒退。如果它的行为与预期不符，请检查你的接线是否与图纸一致。有关此电路的更详细说明，请参阅附录 A。

第十五章：A

参考资料

本书中的一些技术和概念较为高级，因此部分读者可能需要其他选择或更多背景信息。在接下来的几页中，你将找到一些针对难度较大的技巧的替代方法、继电器电路的深入讲解、为任何机器人添加电源开关的说明、电器购物清单以及参考资料列表。如需更多信息，请访问www.randysarafan.com/。

焊接的替代方法

如果焊接不是你的首选，你可以使用其他方法来建立电气连接和电路。以下是一些技术的简要概述。

鳄鱼夹

鳄鱼夹跳线电缆（见第二章第 19 页）本质上是两端带有鳄鱼夹的电线。只要电气接触能够适应夹口，它们提供了一种快速且简便的连接方法。鳄鱼夹非常适合暂时连接电线、开关和电机端子。请记住，虽然这些连接方便用于原型制作，但它们不是最耐用的连接方式。

压接连接器

压接连接器提供了另一种不需要焊接的简便连接电线的方法。通过将连接器压接或夹紧在每根电线的末端，你可以将两根电线连接起来。有时压接连接器可以直接滑入，有时你需要额外的硬件，例如螺母和螺栓，以将其固定在一起。压接连接器的缺点是它们体积较大，电气连接部分暴露，需要进行绝缘处理。

要将连接器压接到电线上，请先剥去约 1/2 英寸的绝缘层，并将电线滑入连接器的管道内。然后，压缩管道以紧握电线。将连接器放置在坚固的平面上，用锤子敲打连接器的管道，直到它变平。

或者，许多剥线钳的内把手上都有压接工具。如果你的剥线钳具备这个功能，请对准压接工具中的凹槽，确保其与电线的尺寸匹配，然后用力压下。

杠杆、弹簧和螺丝

另一种快速且简便的连接电线方法是使用机械杠杆、弹簧连接器或螺丝端子。它们的工作原理相似。首先，抬起杠杆，按下弹簧按钮，或松开螺丝以打开连接器。接着，插入电线，然后按下杠杆、释放弹簧或拧紧螺丝以固定电线并建立电气连接。这种方法是连接电线最快且最简单的方式之一；然而，这些连接器体积较大，且在施加足够的力时，可能会导致电线松脱。

桶形和插座连接器

最后但同样重要的是，你可以使用带螺丝端子的桶形和插座连接器来进行电源连接。如果你想将电池连接到一个或多个并联电机，只需将一个连接器连接到电池组，另一个连接到电机，通过将电线插入连接器的螺丝端子。最后，将桶形插头插入桶形插座，连接就完成了。

伺服电机的替代方案

无控制器伺服电机是本书中构建机器人最好的解决方案，但其他一些方法也能提供类似的效果。

所有这些替代方法基本上由三个元素组成：齿轮电机、电机安装支架和某种连接到电机轴的轮子或盘子。

这个列表并不全面，因此可以自由尝试并寻找其他解决方案。如果遵循这个公式，你不会出错。

继电器电路

使用继电器时，我建议选择继电器座。继电器座具有螺丝端子，使得连接和断开电线变得容易，尽管你始终可以将电线直接连接到继电器引脚。

要插入电线，只需松开螺丝，将电线的未绝缘部分放在螺丝（或螺丝板）下，然后紧固螺丝。

你还可以轻松地将多条电线连接到单个端子。

DPDT 继电器电路

DPDT 继电器的工作原理与 DPDT 开关相同。在前面的示例中，端子被接成 H 桥配置（见第三章第 30 页）。杠杆开关控制电磁线圈的电源连接。如果线圈有电，电机反向驱动；如果线圈没有电，电机正向驱动。

3PDT 继电器电路

你还可以像接 DPDT 继电器一样，将 3PDT 继电器接成 H 桥配置，但 3PDT 继电器在末端会留下一个未使用的 SPDT 继电器端子连接。你可以在继电器激活时使用这组剩余端子来控制其他设备。

你可以制作一个电路，根据按下哪个开关来改变电机的方向（并保持改变）。你只需要这组额外的端子和一个额外的 SPDT 杠杆开关。第十四章中的 Flip Flop Bot 就使用了这个电路。

该电路由两个开关组成，每个开关通过不同的电路路径为线圈供电。一条路径通过第一个开关，该开关接线为常开（NO）。为此，将一根线连接到它的 NO 接点和公共 C 接点以及继电器线圈。第二条路径通过继电器端子（未用于 H 桥）传递电流。为此，将一个开关接线为常闭（NC），并将一根线连接到它的 NC 接点以及公共 C 接点和继电器线圈。

当按下第一个开关时，电路完成。电流可以通过线圈流动，并使其获得电能。这切换了继电器，利用 H 桥接线反转电动机的方向。它还完成了第二个开关电路，为线圈供电。

当 NO 开关被释放时，电源不再通过它流向线圈。然而，电源仍然通过另一个常闭开关流向线圈。只要这个开关保持闭合，线圈将持续供电，电动机将继续逆向旋转。如果你想让电动机再次向前旋转，唯一的办法就是按下 NC 开关，切断电路的电连接。

当按下 NC 开关时，开关会断开，并切断到继电器线圈的电路连接，从而切换继电器端子，使电动机再次向前旋转。这还会切断继电器内部到常闭开关的电源连接，防止其为线圈供电。从这里开始，过程可以重新开始。

添加电源开关

本书中的机器人没有电源开关。然而，给任何机器人添加电源开关都很简单。只需准备一个 SPST 翘板开关，并按照以下简单步骤操作：

1. 步骤 1. 将连接到电池组的红色电源线剪成两段。

2. 步骤 2. 将每根电线的末端焊接到 SPST 开关的端子上。

3. 步骤 3. 在机器人的外壳上钻一个 ¼ 英寸的孔，选择一个有足够空间安装开关的位置。

4. 步骤 4. 将开关插入外壳中的孔，并用安装硬件固定到位。

享受您的新电源开关吧！

步骤 1

步骤 3

步骤 2

步骤 4

基本电子元件购物清单

以下表格列出了完成本书中任何项目所需的最低配件清单，按章节分类，包括不同的电子元件供应商和零件编号。

数量	零件	Amazon	Digikey	Mouser	章节	备注
2	连续伺服	B01HSX1IDE	900-00008-ND	619-900-00008	5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14	用于所有项目
1	4 × AA 电池组	B07F43VWRQ	36-2478-ND	534-2478	5, 6, 8, 11, 12, 13, 14
1	3 × AA 电池组	B008HJ02F4	36-2480-ND	546-BH3AAW	7, 9, 10
1	DPDT 开关	B07QGBW6XZ	EG2398-ND	612-100-F1111	10, 11, 12
1	SPST 开关	B07QGDDTWJ	360-2827-ND	633-M201101	附录 A	所有项目的可选电源开关
2	磁簧开关 SPDT	B0010F0086	—	507-AMS-505-392W	9
1	倾斜开关	B07S9KQYNV	CKN10375-ND	611-RB-231X2	8
4	杠杆开关	B07YQPSK3B	480-5932-ND	785-V15T16-EZ100A03	13, 14
1	22 AWG 红色绞线电缆	B07JNRJW37	422010RD005-ND	602-422010-100-03	5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14	用于所有项目
1	22 AWG 黑色绞线电缆	B07JNRJW37	422010BK005-ND	602-422010-100-02	5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14	用于所有项目
1	3PDT 继电器 – 6 V 线圈	B084KYCXQ8	KUP-14D15-6	655-KUP-14D15-6	14
1	3PDT 继电器插座	B07J66JGZ3	PB165-ND	655-27E121	14
1	DPDT 继电器 – 6 V 线圈	B07SYHCPQX	PB2272-ND	655-KUP-11A15-6	13
1	DPDT 继电器插座	B07SYHCPQX	PB166-ND	655-27E893	13

额外资源

1. instructables.com 在这个网站上，你可以找到成千上万的用户提交的机器人和电子项目。它还提供了学习其他技能的资源，如制造和 3D 打印。

2. 儿童电子学 由 Øyvind Nydal Dahl 编写，是一本深入了解电子元件和电路的好书，书中包含了一系列有趣的动手项目。

3. Arduino 入门 由 Massimo Banzi 和 Michael Shiloh 编写，这是由 Arduino 发明人和另一位创客传奇人物带来的关于 Arduino 微控制器系统基础的速成课程。

4. Arduino 项目手册 由 Mark Geddes 编写，另一本 Arduino 快速入门书籍，包含 25 个动手项目，教授一系列 Arduino 技能（如数组）。

5. 物理计算 由 Dan O’Sullivan 和 Tom Igoe 编写，这是一本介绍与电子学相关的高级入门书籍。它更像一本教材，而不是活动书籍，但它是学习构建更复杂电路的一个很好的起点。

6. 让物体动起来 由 Dustyn Roberts 编写，像 物理计算 一样，这本书更像是一本教材，而不是活动书籍，但它足够易懂，能让你快速入门机电一体化。

7. Make: 杂志，这是一个处于创客运动前沿的杂志。除了许多其他有趣的主题外，它通常会有关于机器人方面的精彩文章。

8. HackSpace 杂志 这是另一个非常好的资源，帮助你保持对 DIY 机器人和电子学的最新了解。

9. hackerspaces.org 在这个网站上，你可以找到本地的黑客空间，并结识其他对机器人感兴趣的人。

10. makerfaire.com Maker Faires 是本地和地区性的年度活动，创客们聚集在一起，分享他们的项目。

第十六章：B

切割和钻孔模板

在本附录中，我包含了制作 Barreller、Daze 和 Walker 所需的模板。使用这些模板的最简单方法是将一张普通的白色打印纸放在页面上，用铅笔描摹轮廓。描摹完模板后，你可以将其剪下并粘贴到你要切割或钻孔的部件上。要下载和打印这些模板的版本，你可以访问www.randysarafan.com/或nostarch.com/homemaderobots/。

Barreller

Daze

Walker