教你DIY跳舞機器人之「硬體搭建」

還記得上周小編給大家介紹的小π機器人嗎？這周小編將主要介紹小π機器人的製作流程，並將詳細介紹3D列印和硬體電路的製作流程，幫助你打造屬於自己的小π。

製作流程

確定小π功能

要想打造屬於自己的小π機器人，首先要想好自己的小π機器人要實現什麼功能。小π機器人的特色就是功能模塊化，用戶可以根據使用者自己的喜好更換。

比如安裝超聲波探頭可以進行手勢識別，安裝觸鬚可以觸摸互動，安裝喇叭可以播放音樂，安裝RGB三色燈可以實現臉部變色，安裝溫度感測器可以播報溫度等。

3D列印外殼

小π機器人的外殼使用3D列印技術，所以可以自己定製自己喜歡的外形。小π機器人外殼分為2個腳、2條腿、1個臀部支撐底座、1個臉和一個後蓋。

電路板製作

根據自己定製的小π機器人功能設計製作相應的電路板。製作的電路板可以預留各種介面，以滿足今後加入更多功能的需求。

程序編寫

小π機器人的程序包含單片機程序、手機APP程序和電腦上位機程序。根據自己定製的小π機器人編寫相應的單片機程序，後期小編會對單片機的程序做一個詳細的介紹。

3D列印

3D列印的設計過程是先通過計算機建模軟體建模，建模時使用的是inventor軟體。再將建成的三維模型「分區」成逐層的截面，即切片，從而指導印表機逐層列印。

設計軟體和印表機之間協作的標準文件格式是STL文件格式。一個STL文件使用三角面來近似模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面解析度越高。PLY是一種通過掃描產生的三維文件的掃描器，其生成的VRML或者WRL文件經常被用作全彩列印的輸入文件。

印表機通過讀取文件中的橫截面信息，然後將這些截面逐層地列印出來，再將各層截面粘合起來從而製造出一個實體。這種技術的特點在於其幾乎可以造出任何形狀的物品。

印表機打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向（即X-Y方向）的解析度是以dpi（像素每英寸）或者微米來計算的。一般的厚度為100微米，即0.1毫米，也有部分印表機精度更高。而平面方向則可以列印出跟激光印表機相近的解析度。列印出來的「墨水滴」的直徑通常為50到100個微米。這樣的精度完全可以滿足小π機器人的需求。

小π機器人的臉一個是狗頭、一個是QQ企鵝的圖案，製作過程中先可以選擇自己喜歡的圖片，然後對圖片進行輪廓提取、拉伸、切片處理，最後進行3D列印。這樣，一張自己喜歡的臉就做好了。

除腿等關鍵部件，小π機器人的外殼都採用空心結構，內部使用柱狀填充結構，既可以保持穩定，也可以減輕重量、節約成本。

用傳統方法製造出一個模型通常需要數小時到數天，而用3D列印技術，一個小π機器人的模型幾個小時就列印好了。使用不同的3D印表機、模型的尺寸不同，列印時間會略有不同。

硬體電路製作

硬體電路主要包括15個部分，下面將一一介紹每一個模塊。

（1）電源管理模塊：電源管理模塊作用是對鋰電池充電或者放電進行選擇。

（2）舵機控制模塊：舵機控制模塊作用是提供舵機介面，可以讓舵機控制線直接接到底板上。

（3）介面模塊：介面模塊包含一個常見HC-SR04超聲波探測模塊介面和三個觸鬚介面。

（4）主控晶元電源濾波模塊：主控晶元使用的是兩塊mega2560，要對mega2560的電源做一個濾波，減小電源紋波對系統的影響。

（5）時鐘電路模塊：時鐘電路模塊為mega2560提供一個穩定的時鐘。

（6）TF卡模塊：TF卡模塊會存儲一些小π機器人的動作和一些音頻文件，mega2560通過spi模式或者sdio模式進行相應的讀寫。

（7）藍牙音頻模塊：藍牙音頻模塊負責和手機或電腦藍牙進行連接，實現藍牙音頻播放的功能。

（8）3.3V穩壓電路模塊：由於鋰電池電壓為3.7V左右，mega2560是3.3V供電，所以需要降壓，降壓使用的是常見的LM1117。

（9）蜂鳴器模塊：蜂鳴器模塊可以實現報警、對音質要求不高的音樂播放的功能。

（10）狀態指示燈模塊：狀態指示燈可以通過編程指示不同的狀態，實現對程序的監控。

（11）共陽極七彩LED模塊：共陽極七彩LED模塊可以通過編程實現1600多萬種顏色，可以變臉的那個小π機器人就是使用的這個模塊。

（12）程序下載模塊與主機通信模塊：通過串口可以向兩塊mega2560下載程序，也可以通過串口輸出一些調試信息，兩塊mega2560之間的通信也是通過串口實現的。

（13）複位電路模塊：可以通過輕觸開關實現對mega2560的複位。

（14）Bootloader模塊：可以通過Bootloader模塊燒寫mega2560的固件。

（15）主控模塊：主控模塊由兩塊mega2560構成。這是因為單片機是單線程的，控制模塊要同時控制舵機的角度並實現音頻處理、七彩LED控制、超聲波檢測等附加的功能，所以需要兩塊mega2560。

PCB採用雙層布線，紅色的是頂層布圖，藍色的是底層布圖，底板的PCB版圖如下：

下期預告：

想知道賦予小π生命的神秘咒語是什麼？想知道小π是如何動作的？下周我們將會給出軟體部分的分析和解讀。敬請期待......

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