智能机器人DIY部件怎么选?

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核心部件

这是机器人的“大脑”和“心脏”,决定了机器人的基本能力和智能水平。

智能机器人DIY部件怎么选?-第1张图片-广州国自机器人
(图片来源网络,侵删)

主控制器 / 微控制器

这是整个机器人最核心的部分,负责运行代码、处理传感器数据、控制电机等。

  • Arduino系列 (适合初学者)

    • Arduino UNO R3: 经典入门款,社区庞大,教程和库资源极其丰富,适合学习基础电子和编程。
    • Arduino Mega R3: 拥有更多的I/O引脚和内存,适合需要连接大量传感器或执行器的复杂项目。
    • Arduino Nano: 体积小巧,功能与UNO类似,适合对空间有要求的紧凑型机器人。
  • Raspberry Pi系列 (适合进阶和智能应用)

    • Raspberry Pi Pico: 微控制器,类似Arduino,但性能更强,支持MicroPython,性价比高。
    • Raspberry Pi 4B/5: 一台微型电脑,可以运行完整的操作系统(如Linux),非常适合需要计算机视觉(用摄像头识别物体)、语音助手(连接麦克风和扬声器)或连接WiFi/蓝牙进行远程控制的复杂智能机器人,它通常需要和Arduino配合使用,Pi负责“思考”,Arduino负责“行动”。

执行器

让机器人动起来的部件。

智能机器人DIY部件怎么选?-第2张图片-广州国自机器人
(图片来源网络,侵删)
  • 直流减速电机: 最常见的轮式机器人驱动方式,自带减速箱,可以提供较大的扭矩。
    • TT马达: 非常便宜,常见于玩具车,适合初学者制作简单的两轮或四轮小车。
    • 带编码器的直流减速电机: 在电机上集成了旋转传感器(编码器),可以实现速度闭环控制精确的里程计,让机器人走得更直。
  • 舵机: 可以精确控制转动角度的电机,常用于制作机械臂、云台、机器人头部等。
    • SG90/SG92: 小型、便宜的舵机,适合小型项目。
    • MG996R: 扭矩更大的舵机,可以举起较重的部件。
  • 步进电机: 可以精确控制转动的“步数”,适用于需要精确定位的场合,如3D打印机、CNC机床。
  • 伺服舵机: 一种更高级的舵机,可以通过位置、速度、扭矩等多种模式进行控制,性能更强。

传感器

让机器人感知世界的“五官”。

  • 避障传感器

    • 超声波传感器 (HC-SR04): 通过发射和接收超声波来测量前方障碍物的距离,最常用的避障方案。
    • 红外避障传感器: 通过发射和接收红外线来检测障碍物,近距离有效,价格便宜。
    • 激光雷达: 精度更高,可以构建2D地图,但价格昂贵,主要用于SLAM(同步定位与地图构建)等高级应用。
  • 循迹传感器

    • TCRT5000 红外对管: 通过检测地面黑白线的反射率差异来实现循迹,是循迹小车的标配。
  • 环境传感器

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    • 温湿度传感器 (DHT11/DHT22): 测量环境温度和湿度。
    • 光照传感器: 检测环境光线强度。
    • 陀螺仪/加速度计 (MPU6050): 测量机器人的姿态、角速度和加速度,用于平衡车或姿态控制。
  • 视觉传感器

    • USB摄像头 (如Raspberry Pi Camera): 连接到Raspberry Pi,用于图像采集和处理,是实现视觉导航、人脸识别等高级功能的基础。

结构与机械部件

这是机器人的“骨骼”和“外壳”,决定了机器人的形态和稳定性。

  • 底盘/车架: 可以是亚克力板、铝合金型材或3D打印件,亚克力便宜,铝合金坚固,3D打印件则可以实现任意复杂的定制形状。
  • 结构件: 各种螺丝、螺母、轴承、连杆、轮子、万向轮等,万向轮是轮式机器人必不可少的,用于转向。
  • 结构件连接件: 杜邦线、面包板(用于原型验证)、各种尺寸的螺丝、尼龙扎带、热熔胶等。

电源系统

为机器人提供动力,是稳定运行的关键。

  • 电池: 常用的是锂聚合物电池18650锂电池组,它们具有高能量密度、重量轻的优点。
    • 注意: 必须配套充电器使用,注意电压(如7.4V, 11.1V)和电流规格。
  • 电池盒: 用于固定电池,并提供输出的接线端子。
  • 电源管理模块:
    • 降压模块: 将电池的高电压(如11.1V)降低到主控制器和传感器需要的5V或3.3V。
    • 稳压模块: 提供稳定的电压输出,防止电压波动影响电子元件。

开发与调试工具

  • 电脑: 用于编写和上传代码。
  • 数据线: USB线,用于连接电脑和主控制器。
  • 焊接工具: 焊台、焊锡、松香,用于牢固地连接导线和元件。
  • 万用表: 测量电压、电流、电阻,是排查电路问题的利器。

入门与进阶方案推荐

入门级 - 两轮循迹避障小车

  • 目标: 学习基础的传感器应用、电机控制和简单逻辑。
  • 核心部件:
    • 主控: Arduino UNO R3
    • 电机: TT电机 x2 (带编码器更佳)
    • 电机驱动: L298N模块 (用于控制电机的正反转和速度)
    • 传感器: TCRT5000循迹模块 x1, HC-SR04超声波模块 x1
    • 结构: 亚克力小车底盘套件
    • 电源: 7.4V 2S锂电池组 + 降压模块
  • 技能点: 数字/模拟引脚读取、PWM调速、if-else逻辑判断。

进阶级 - Raspberry Pi视觉小车

  • 目标: 学习图像处理、机器学习和更复杂的自主导航。
  • 核心部件:
    • 主控: Raspberry Pi 4B + Arduino UNO (分工合作)
    • 电机: 带编码器的直流减速电机 x2
    • 电机驱动: TB6612FNG模块 (比L298N效率更高)
    • 传感器: Raspberry Pi Camera, HC-SR04 x2, MPU6050
    • 结构: 3D打印或铝合金定制底盘
    • 电源: 12V锂电池组 + 降压模块 (为Pi提供5V)
  • 技能点: Python编程、OpenCV图像处理、TensorFlow Lite模型部署、PID控制算法、SLAM(可选)。

创意级 - 六足/机械臂机器人

  • 目标: 学习复杂的运动学、逆向运动学和多自由度控制。
  • 核心部件:
    • 主控: Arduino Mega 或 Raspberry Pi
    • 执行器: 高扭矩舵机 (如MG996R, XM系列)
    • 结构: 3D打印的腿/关节部件
    • 传感器: IMU (用于保持身体平衡)
    • 电源: 12V电源盒,为舵机供电
  • 技能点: 运动学算法、步态规划、逆运动学求解、C++/Python高级编程。

购买建议

  • 新手: 强烈建议从套件开始购买!套件包含了所有必需的部件、底盘和详细的教程,可以让你快速成功,建立信心。
  • 进阶者: 当你了解各个部件后,可以尝试根据自己的需求,在淘宝、AliExpress、SparkFun、Adafruit等平台单独购买高质量的部件,进行定制化设计。

祝你DIY顺利,享受创造智能机器人的乐趣!

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