还记得上周小编给你们介绍的小π机器人吗?这周小编将主要介绍小π机器人的制作流程,而且将详细介绍 3D 打印和硬件电路的制作流程,帮助你打造属于自己的小π。
 
一、制作流程
1、确定小π机器人功能
要想打造属于自己的小π机器人,首先要想好自己的小π机器人要实现什么功能。小π机器人的特色就是功能模块化,用户可以根据使用者自己的喜好更换,比如安装超声波探头可以进行手势识别,安装触须可以触摸互动,安装喇叭可以播放音乐,安装 RGB 三色灯可以实现脸部变色,安装温度传感器可以播报温度等。
 
2、3D 打印外壳
小π机器人的外壳使用 3D 打印技术,所以可以自己定制自己喜欢的外形。小π机器人外壳分为 2 个脚、2 条腿、1 个臀部支撑底座、1 个脸和一个后盖。下面就是是已经制作出来的几款小π机器人:
 
3、电路板制作
根据自己定制的小π机器人功能设计制作相应的电路板,不过小编的团队已经开发出一款通用的电路板,上面预留了各种接口,基本可以满足大家的需求。
 
4、程序编写
小π机器人的程序包含单片机程序、手机 APP 程序和电脑上位机程序。根据自己定制的小π机器人编写相应的单片机程序,后期小编会对单片机的程序做一个详细的介绍。手机 APP 程序和电脑上位机程序小编的团队已经开发好了,大家直接拿来用就好了。
 
5、组装与调试
 
 
二、3D 打印
3D 打印的设计过程是先通过计算机建模软件建模,小编团队建模时使用的是 inventor 软件。再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面,即切片,从而指导打印机逐层打印。
 
设计软件和打印机之间协作的标准文件格式是 STL 文件格式。一个 STL 文件使用三角面来近似模拟物体的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY 是一种通过扫描产生的三维文件的扫描器,其生成的 VRML 或者 WRL 文件经常被用作全彩打印的输入文件。
 
 
打印机通过读取文件中的横截面信息,然后将这些截面逐层地打印出来,再将各层截面粘合起来从而制造出一个实体。这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品。
 
打印机打出的截面的厚度(即 Z 方向)以及平面方向即 X-Y 方向的分辨率是以 dpi(像素每英寸)或者微米来计算的。一般的厚度为 100 微米,即 0.1 毫米,也有部分打印机精度更高。而平面方向则可以打印出跟激光打印机相近的分辨率。打印出来的“墨水滴”的直径通常为 50 到 100 个微米。这样的精度完全可以满足小π机器人的需求。
 
小π机器人的脸一个是狗头、一个是 QQ 企鹅的图案,制作过程中先可以选择自己喜欢的图片,然后对图片进行轮廓提取、拉伸、切片处理,最后进行 3D 打印。这样,一张自己喜欢的脸就做好了。
 
 
除腿等关键部件,小π机器人的外壳都采用空心结构,内部使用柱状填充结构,既可以保持稳定,也可以减轻重量、节约成本。
 

 

用传统方法制造出一个模型通常需要数小时到数天,而用 3D 打印技术,一个小π机器人的模型几个小时就打印好了。使用不同的 3D 打印机、模型的尺寸不同,打印时间会略有不同。
 
三、硬件电路制作
硬件电路主要包括 15 个部分,下面将一一介绍每一个模块。
 
1、电源管理模块
 
 
电源管理模块作用是对锂电池充电或者放电进行选择。
 
2、舵机控制模块
 
 
舵机控制模块作用是提供舵机接口,可以让舵机控制线直接接到底板上。
 
3、接口模块
 
 
接口模块包含一个常见 HC-SR04 超声波探测模块接口和三个触须接口。
 
4、主控芯片电源滤波模块
 
 
主控芯片使用的是两块 mega2560,要对 mega2560 的电源做一个滤波,减小电源纹波对系统的影响。
 
5、时钟电路模块
 
 
时钟电路模块为 mega2560 提供一个稳定的时钟。

 

6、TF 卡模块
 
 
TF 卡模块会存储一些小π机器人的动作和一些音频文件,mega2560 通过 spi 模式或者 sdio 模式进行相应的读写。
 
7、蓝牙音频模块
 
 
蓝牙音频模块负责和手机或电脑蓝牙进行连接,实现蓝牙音频播放的功能。
 
8、3.3V 稳压电路模块
 
 
由于锂电池电压为 3.7V 左右,mega2560 是 3.3V 供电,所以需要降压,降压使用的是常见的 LM1117。
 
9、蜂鸣器模块
 
 
蜂鸣器模块可以实现报警、对音质要求不高的音乐播放的功能。

 

10、状态指示灯模块
 
 
状态指示灯可以通过编程指示不同的状态,实现对程序的监控。
 
11、共阳极七彩 LED 模块
 
 
共阳极七彩 LED 模块可以通过编程实现 1600 多万种颜色,可以变脸的那个小π机器人就是使用的这个模块。
 
12、程序下载模块与主机通信模块
 
 
通过串口可以向两块 mega2560 下载程序,也可以通过串口输出一些调试信息,两块 mega2560 之间的通信也是通过串口实现的。
 
13、复位电路模块
 
 
可以通过轻触开关实现对 mega2560 的复位。
 
14、Bootloader 模块
 
 
可以通过 Bootloader 模块烧写 mega2560 的固件。

 

15、主控模块
 
 
 
主控模块由两块 mega2560 构成。这是因为单片机是单线程的,控制模块要同时控制舵机的角度并实现音频处理、七彩 LED 控制、超声波检测等附加的功能,所以需要两块 mega2560。
 
PCB 采用双层布线,红色的是顶层布图,蓝色的是底层布图,底板的 PCB 版图如下: