arduino与机器人

99ANYc3cd6 机器人 2026-01-29 7

Arduino 在机器人中的角色：机器人的“大脑”

你可以把一个机器人想象成一个生物：

（图片来源网络，侵删）

Arduino：就是机器人的大脑，它负责思考、决策和发出指令。
传感器：就是机器人的眼睛、耳朵、皮肤，它们负责感知外部环境（如光线、距离、颜色、声音等）。
执行器：就是机器人的手、脚、嘴巴，它们负责执行大脑的指令（如转动马达、发光、发声等）。

核心任务： Arduino 的核心任务是读取传感器的数据，根据预设的逻辑进行处理，然后控制执行器做出相应的动作，这个过程被称为控制循环。

机器人系统的核心组件

一个基于 Arduino 的机器人通常由以下几个部分组成：

核心控制器

Arduino 主板：这是整个系统的核心。
- 入门首选：Arduino UNO R3，它有足够的 I/O 口、社区支持广泛、教程丰富。
- 进阶选择：Arduino Mega（更多I/O口，适合复杂机器人）、Arduino Nano（体积小巧，适合空间有限的机器人）。

执行器

让机器人动起来的部件。

直流减速电机：最常见，用于驱动轮子，实现移动，通常需要配合电机驱动板使用，因为 Arduino 的 I/O 口电流太小，无法直接驱动电机。
舵机：可以精确控制旋转角度（如0-180度），常用于机械臂、云台、头部转动等。
步进电机：可以精确控制转动的步数，适用于需要高精度定位的场景（如 3D 打印机、绘图仪）。
其他：LED灯、蜂鸣器、振动马达等。

传感器

让机器人感知世界的部件。

（图片来源网络，侵删）

避障传感器：超声波传感器（最常用，通过发射和接收超声波来测量距离）、红外避障传感器。
巡线传感器：红外对管（通过检测地面黑白线的反射光差异来巡线）。
环境传感器：光线传感器、温湿度传感器。
姿态传感器：陀螺仪/加速度计（用于保持平衡、测量姿态，如自平衡车）。

结构与底盘

机器人的“骨架”。

可以购买现成的机器人底盘套件，通常包含电机、轮子、螺丝和亚克力/金属底盘。
也可以使用 3D 打印自己设计的外壳，或者用乐高、亚克力板等材料DIY。

电源

为所有部件提供能量。

电池盒：最常用的是使用 6节AA电池盒 提供 9V 电压，或者使用 4V 的锂电池组。
注意：电源的功率要足够驱动电机，否则会导致机器人“动力不足”或 Arduino 重启。

Arduino 如何控制机器人：工作流程

一个典型的机器人程序（Sketch）会遵循以下流程：

包含库：如果使用了复杂的模块（如舵机、超声波传感器），需要先包含对应的库文件。
（图片来源网络，侵删）
```
#include <Servo.h> // 包含舵机库
#include <NewPing.h> // 包含超声波传感器库
```
定义引脚：声明 Arduino 的哪个引脚连接到了哪个传感器或执行器。
```
#define ECHO_PIN 2
#define TRIG_PIN 3
#define SERVO_PIN 9
#define MOTOR_SPEED_A 5
```

初始化：在 setup() 函数中，设置引脚模式（输入/输出）、启动串口通信、初始化传感器和执行器。

void setup() {
  Serial.begin(9600); // 启动串口，用于调试
  pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT);
  pinMode(ECHO_PIN, INPUT);
  myServo.attach(SERVO_PIN); // 将舵机连接到9号引脚
}

主循环：在 loop() 函数中，这是机器人持续执行的核心逻辑。

void loop() {
  // 1. 读取传感器数据
  int distance = readUltrasonicDistance();
  // 2. 处理数据并做出决策
  if (distance < 20) { // 如果距离小于20cm
    // 遇到障碍物，执行避障动作
    avoidObstacle();
  } else {
    // 没有障碍物，直行
    moveForward();
  }
  // 可以加一个短延时，防止循环太快
  delay(50);
}

一个经典入门项目：避障小车

这是一个几乎每个 Arduino 爱好者都会做的项目，它能帮助你理解所有核心组件如何协同工作。

所需组件：

Arduino UNO R3
L298N 电机驱动板
超声波传感器 (HC-SR04)
TT 减速电机 + 轮子
机器人底盘套件
电池盒（6节AA或7.4V锂电池）

连接方式：

超声波传感器:
- VCC -> Arduino 5V
- GND -> Arduino GND
- Trig -> Arduino 数字引脚 3
- Echo -> Arduino 数字引脚 2
L298N 电机驱动板:
- 控制信号:
  - IN1 -> Arduino 数字引脚 4
  - IN2 -> Arduino 数字引脚 5
  - IN3 -> Arduino 数字引脚 6
  - IN4 -> Arduino 数字引脚 7
- 电源:
  - +12V (或 VMS) -> 电池盒正极
  - GND -> 电池盒负极和 Arduino GND (共地非常重要！)
  - +5V -> 可以不接，从外部取电，如果需要给 Arduino 供电，可以接 Arduino 的 5V 和 VIN。
- 电机:
  - OUT1, OUT2 -> 接左轮电机
  - OUT3, OUT4 -> 接右轮电机

示例代码：

// 定义引脚
const int trigPin = 3;
const int echoPin = 2;
// 电机控制引脚
const int motorA1 = 4; // 左电机 IN1
const int motorA2 = 5; // 左电机 IN2
const int motorB1 = 6; // 右电机 IN3
const int motorB2 = 7; // 右电机 IN4
void setup() {
  // 初始化串口通信
  Serial.begin(9600);
  // 设置引脚模式
  pinMode(trigPin, OUTPUT);
  pinMode(echoPin, INPUT);
  pinMode(motorA1, OUTPUT);
  pinMode(motorA2, OUTPUT);
  pinMode(motorB1, OUTPUT);
  pinMode(motorB2, OUTPUT);
}
// 读取超声波距离
long readUltrasonicDistance() {
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(trigPin, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  // pulseIn 函数会等待高电平并返回其持续时间（微秒）
  long duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
  // 声速 = 340m/s = 0.034cm/μs
  // 距离 = (时间 * 声速) / 2 (因为一来一回)
  long distance = duration * 0.034 / 2;
  return distance;
}
// 控制电机函数
void moveForward() {
  digitalWrite(motorA1, HIGH);
  digitalWrite(motorA2, LOW);
  digitalWrite(motorB1, HIGH);
  digitalWrite(motorB2, LOW);
}
void moveBackward() {
  digitalWrite(motorA1, LOW);
  digitalWrite(motorA2, HIGH);
  digitalWrite(motorB1, LOW);
  digitalWrite(motorB2, HIGH);
}
void turnLeft() {
  digitalWrite(motorA1, LOW);
  digitalWrite(motorA2, HIGH);
  digitalWrite(motorB1, HIGH);
  digitalWrite(motorB2, LOW);
}
void turnRight() {
  digitalWrite(motorA1, HIGH);
  digitalWrite(motorA2, LOW);
  digitalWrite(motorB1, LOW);
  digitalWrite(motorB2, HIGH);
}
void stopMotors() {
  digitalWrite(motorA1, LOW);
  digitalWrite(motorA2, LOW);
  digitalWrite(motorB1, LOW);
  digitalWrite(motorB2, LOW);
}
void loop() {
  long distance = readUltrasonicDistance();
  Serial.print("Distance: ");
  Serial.print(distance);
  Serial.println(" cm");
  if (distance < 20 && distance > 0) { // 检测到障碍物且读数有效
    stopMotors();
    delay(500);
    turnRight(); // 遇到障碍物，向右转
    delay(1000); // 转向1秒
  } else {
    moveForward(); // 否则，前进
  }
  delay(50); // 短暂延时，稳定控制
}