編者注：本名目編譯自Makezine，來自3DRobotics計劃主管JasonShort。Makezine將本名目的難度定位為：VeryDifficult，夠自傲您也去應戰一下吧！
想要進步本人的機器人建造程度嗎？那您可來對處所了。明天咱們的主角ArduRoller就是一臺可以自動均衡的倒立擺機器人，另外它借擁有室內外自立導航的才能。這臺非傳統車輛可以快捷自立經由過程一系列阻礙、轉角、坎坷路面，水桶跟斜坡等對它來講皆小菜一碟。另外，它也是我正在一年一度的SparkFun無人駕駛車輛比賽中的參賽作品。
起首，我取舍了來自3DRobotics的APM2.5多形式自動控制系統，由于它集成了簡直一切機器人所需的傳感器。另外，它機關簡略，開源，并且相關軟件收費，ArduPilot體系也較為成熟。關于剛上腳智能機器人的人來講，那相對是個好平臺。
那款自動均衡機器人采取慣性丈量安裝作為焦點，該安裝包羅三軸速度陀螺，加速度計跟磁力計，合計九個傳感器，總采樣速度可以到達千次∕秒，另外它借采取了標的目的余弦矩陣算法，其搭載的數學濾波器則可更好天應用每一個傳感器的機能。該機器人借搭載了更高等其它代碼，如許便可快捷計較出機器人的及時形態，以更好的保持平衡。
怎樣能使機器人保持平衡？
倒立擺均衡機器人的內涵特色決意了它實在是沒有不變的，不外下重心的劣勢卻給它締造了一個很大的慣性矩，從而放緩了它傾斜的速率。正在操縱中咱們便可以應用這一特性，不休挪動輪子去對消這部分傾斜所發生的力，以連結機器人的均衡。
機器人內置軟件中的一個簡略的PID回路擔任節制它的均衡：
比例項會探測到機器人傾斜的角度偏差，隨后便會換算出來回傳給機電，機電便可以節制輪子去對消這部分力，從而保持平衡。
積分項跟下面的原理近似，不外它征集的是一切角度偏差的總和，從而辦理重心問題。
比擬前兩項，微分項加倍要害，少了它咱們便無法控制機器人的減減速。
讓它動起來
隨后，這個簡略的機器人便可以起頭動起來了。不外均衡出能連結多久，它便由于不休加速而跌倒了。若是正在進程中機器人試圖調劑姿態，那么它便沒法繼承前行了。
以是咱們只好采取垂直滾動的方式去連結行進。起首，要讓輪子的扭轉連結一個公道的速率，如許才氣發生充足對消機器人傾斜的力。然后，正在機器人角度快捷變更時再供給一個賠償力，以連結它的不變。這一算法來自于對人類的窺察研討，由于人正在受外力推擠時會盡力保持平衡。舉例來說，足球運動員正在碰撞時便會收腿并傾斜身體去保持平衡。
以上兩點是機器人均衡算法的要害，只有如許機器人才氣奔忙的更逆，奔忙的更近。
自立導航
想要實現自立導航，咱們要正確計較出機器人所在方位跟其目的地。GPS很有用，但其精度只有幾米，而機器人須要的是正確到厘米的定位準確度。
輪式編碼器則可將精度進步到毫米級，同時也對GPS起到了很好的幫助。來自Pololu公司的機電則搭載了可選的霍爾效應傳感器，讓它可以如許事情：小型磁鐵扭轉著擦過傳感器，如許便可以計較出車輪的速率。機器人搭載的ArduinoProMini也很壯大，它可以讀取來自編碼器的每秒數千次的脈沖，然后將這些數據經由過程I2C接口傳遞給自動駕駛體系。只有曉得了輪子的半徑，機器人便可計較出行走的速率跟里程。另外，機器人曉得本人的前進方向，如許它便可以正在二維空間里正確的給本人定位。GPS正在全部進程中反而飾演了幫助的腳色，它只有保障機器人能正確的履行那一系列舉措就行。
若是正在行駛中被卡住，機器人也能感到到，它會倒轉輪子行駛并略微右轉再次停止測驗考試。
機器人的別的控制軟件，包羅門路導航系統，根本皆是ArduCopter上的改進版，如許咱們便站正在了后人的肩膀上，省下了大批的精神跟工夫。
分揀機器人找哪家公司別墨跡了，快本人裝一個吧，3-5個小時便能搞定，總破費約莫正在400到500美圓。上面我會列出具體的拆卸步調。
第一步：籌備好一切整機
Pololu有刷直流電機曾經裝上了編碼器，另外，一個34:1的齒輪減速安裝有助于進步機電的扭矩。
加裝了編碼器的輪胎可以完美適配4毫米的機電軸，粗豪的輪胎借可以晉升機器人的越野才能，并正在前進中接收過剩震撼。
第二步：用3d打印機制造機身
您可以正在這里找到用于3D打印的技巧文檔，正在打印進程中我利用了MakerBotReplicator2X3D打印機。
快遞分揀機器人成品藥品分揀機器人視覺第三步：裝置機電
將機電裝進方才打印出的機身中，雖然它機身挺貼合，但我仍是減了面熱熔膠。
第四步：毗鄰各電子元器件
將APM控制系統與機電端罩、邏輯電平轉換器跟ArduinoMini按電路圖依次連接起來。
將GPS模塊跟無線電遙測設備連接起來，以便機器人停止自立操縱。
手動操控機器人與您的R/C接收機相連。至于PPM接收機，用APM自帶的跳線連接起來便好。
用熱熔膠將元器件粘正在一塊塑料板上，如許更簡單塞進機器人。此外，自動控制系統可別裝錯了標的目的。
最初，將元器件與機電連起來，并將電路板放進基座中。
第五步：總裝
將機身中部裝在基座上，然后將機身上部按緊，電池便放在機身上部，然后將電源裝在機器人正面。
給機器人裝輪子。
這個玻璃罩實在便是從亞馬遜上購的的圣誕樹吊飾，各類LED元器件收的光會點亮全部機艙。
最初，給機器人正面裝上無線電遙測設備，經由過程它您可以給機器人擬定使命或間接對其停止支配。
第六步：給機器人寫入順序
下載ArduRoller的源代碼，并利用名為ArduPilot-Arduino的對象將其灌入APM2.5。
下載輪式編碼器的源代碼，然后用ArduinoIDE將其灌入ProMini。
想要讓機器人自立履行使命，您須要下載PC版的MissionPlanner，或許下載安卓版的DroidPlanner2。
第七步：功敗垂成
裝好機器人之后便可以恣意頑耍了，您可以用R/C遙控器去操控它，或許間接讓它靠GPS自立履行使命。正在MissionPlanner軟件上，您只需幾個點擊舉措便可以利用谷歌輿圖并追蹤機器人的地位、速率跟前進標的目的等，另外您借可以運轉本人的Pyrhon劇本，下載并剖析使命日記等。
我也用了安卓真個DroidPlanner，體驗不錯！
給機器人裝個視頻發射器跟GoPro，如許您便能看到機器人的第一視角了，挺風趣的。此外，您借可以給它搭載聲納體系，如許它便能成為遁藏阻礙的行家里手了。
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