2019年03月15日 | 机器人课程系列：RobotShop第6课-控制你的机器人

第6课–控制你的机器人

我们为“机器人”选择的定义: 要求设备获取有关其环境的资料，做出决定，然后采取相应的措施。这也包含半自动的机器人这个选项（一部份由人控制和一部份由机器人自行控制）。一个很好的例子是复杂的水下机器人; 使用者控制机器人的基本运动，控制板上的处理器会自行测量并对水流作出反应，以确保机器人保持在相同位置而不漂移。机器人上的摄影机会将所拍摄到的影像传送回给用户，而板载传感器可以追踪水温，压力的变化。如果机器人失去与地面的通讯，自主控制程序将会介入并让机器人回到水面。因此, 如果你想要能够发送/接收来自机器人的讯号，你要决定机器人自主控制需要到那个层级，你希望它是有线，无线或是自主控制。

有线控制

直接有线控制

最简单控制车辆的方式是使用电线将手持控制器直接连接到车辆。控制器上的开关，旋钮，控制杆，游戏杆和按钮可以让用户直接控制车辆，而无需使用复杂的电子装置。在这种情况下，马达和电源可以直接与开关连接来控制其向前/向后旋转。这一类的车辆通常不具有智能，并且被认为更像是“遥控机器”而不是“机器人”。

优点

·机器人没有操作时间限制，因为它可以直接连接到电源

·没有断讯的疑虑

·最精简的的电子零件和最少的复杂性

·机器人重量轻或具有增加荷重的能力

·机器人如果出现问题可以实时处理（对于水下机器人尤其重要）

缺点

·电线可能被卡住或阻塞（并可能被切断）

·距离受电线长度的限制

·拖动长电线会增加摩擦力，并可能减慢甚至阻止机器人移动

计算机联机控制

下一步是将微控制器安装到车辆中，但继续使用线控。将微控制器连接到计算机的I / O接口（例如USB接口）允许您使用键盘（或键盘），操纵杆或其他外围设备来控制它的动作。将微控制器家加入开发项目后你需要写程序来让机器人对输入产生相对应的反应。代替使用膝上型或桌面计算机，简易小笔电是非常合适的选择，因为它们的价格低，尺寸小且重量轻。

优点

·和直接有线控制有相同的优点

·更复杂的行为可以用程控或整合到一个按钮或指令。

·更多控制器可以选择（鼠标，键盘，游戏杆等）

·增加了板载的智能意味着它可以当成与传感器的接口并自行做出某些决定

缺点

·成本高于单纯线控的机器人，因为增加了电子零件零件ˋ

·与直接有线控制的缺点相同

以太网

计算机控制其中一个应用是使用以太网接口。连接到路由器的机器人（因此可以通过网络控制）也可以用于控制移动机器人（虽然不是很实用）。设置可以使用网络通讯的机器人相当复杂，因此WiFi更常被拿来使用（无线互联网）。有线和无线组合也是一种选择，收发器（发送和接收）直接插线链接到网络，然后数据将以无线方式发送到机器人。

优点

·机器人可以通过网络从世界上任何地方对它做控制

·机器人不限于操作时间，因为它可以通过以太网卡来供电（PoE）。

·使用网络协议（IP）可以简化和改进通讯方案。

·与直接有线计算机控制有相同的优点

缺点

·因为需要编写程序因此更为复杂

·电线可能被卡住或阻塞（并可能被切断）

·距离受到导线长度的限制

·拖动长导线会增加摩擦力，并可能减慢甚至阻止机器人移动

无线控制

红外线

红外发射器和接收器取代了将机器人连接到使用者之间的电线。这通常是初学者的里程碑。红外控制需要有“视线”才能发挥作用; 接收机必须能够“始终”看到发射机以便接收数据。红外遥控器（例如电视的通用遥控器）用于向连接到微控制器的红外接收器发送命令，微控制器将依信号控制机器人的动作。

优点

·低成本

·简单的电视遥控器即可用作控制器

缺点

·发射器和接收器之间不能有障碍物

·距离有限

无线射频(RF）

市售遥控器（R / C）使用在发射器和接收器里的小型微控制器来发送，接收和解读经由射频（RF）所发送出的资料。接收器盒内有接收器和小伺服马达控制器的PCB（印刷电路板）。RF通讯需要与接收器匹配/配对的发射器，或收发器（其可以发送和接收数据）。RF在接受器与发射器之间不需要保持畅通，也可以提供大的距离（传输距离）。标准的射频设备可以允许在几公里之间的设备之间的数据传输，更专业的RF装置的传输范围甚至没有限制。

XBee和Zigbee模块也使用射频通信，但允许用户改变许多需用到的通讯参数。这些模块具有特定的架构，并且仅由特定公司生产。它们的主要优点是它们提供了非常稳定且容易设定的链接和涵盖了所有通讯协议的细节。

许多机器人制造商选择制造具有RF能力的半自动机器人，因为它允许机器人尽可能的具有自主性，向用户提供反馈，并且在需要时仍给予用户对其某些功能可以进行控制。

优点

·可远距离控制

·安装很简单

·全方位（阻碍但不完全被墙壁和障碍物阻挡）

缺点

·极低的数据速率（仅限简单命令）

·需注意传输频率–它们可以被共享

蓝牙

蓝牙是RF的一种形式，并遵循用于发送和接收数据的特定协议。正常的蓝牙范围通常限制在10米左右，虽然它的优点是允许用户通过蓝牙功能的设备，如手机，PDA和笔记本计算机控制他们的机器人（虽然可能需要自行编写程序来建立一个接口）。就如同RF一样，蓝牙提供双向通信。

优点

·可从任何支持蓝牙的装置（通常需要额外的程序），如智能手机，笔记本计算机，桌面计算机等

·更高的数据速率可能

·全方位的（发射器/接收器间不需要保持畅通, 甚至可穿透部分墙壁）

缺点

·设备需要“配对”

·距离通常约为10m（无障碍物）

WiFi

WiFi也是机器人的一个选项; 能够通过网络无线地控制机器人给无线控制带来一些明显的优点（也包含一些缺点）。为了设置WiFi机器人，您需要连接到网络的无线路由器和机器人本身的WiFi装置。对于机器人，还可以使用可用TCP / IP及有无线路由器的装置。

优点

·从世界上任何地方都可以控制，只要它在无线路由器的范围内

·高数据传输速度

缺点

·需要添加程序

·最大范围通常由无线路由器还来决定

GPRS /蜂窝网络

另一种本来是用在人与人之间沟通的无线通信技术，手机，现在也被应用于控制机器人。由于蜂窝频率有被规范，在机器人上使用蜂窝是通讯模块通常需要增加对编程的耐心, 并且需对蜂窝网络系统和规则有所理解。

优点

·机器人可以在任何有蜂巢信号的地方进行控制

·可以直接与卫星链接

缺点

·安装和配置可能很复杂–不适合初学者

·每个网络都有自己的要求/限制

·蜂巢业务不是免费的; 通常，您传输/接收的数据越多，您需要支付的金额越多。

·系统还没有很好地设置为机器人使用

自主控制

下一步是把你机器人里头微控制器的潜能全部使释放出来，并写入程序指令让它会对于来自其传感器的输入做出反应。自主控制可以是各种形式：预先编写程序但没有来自环境的反馈，有限的传感器反馈和最终复杂的传感器反馈。真正的“自主控制”涉及各种传感器和程序，以允许机器人自身确定在任何给定情况下需采取的最佳动作。

目前在自主机器人上所实施的最复杂的控制方法是视觉和听觉命令。对于视觉控制，机器人寻找人或对象以获得其命令。让机器人光由看到一张画有左转箭头的纸就能做出左转的动作, 它的困难程度会远比想象的要难得多。诸如“左转”的听觉命令也需要相当多的程序编写。使用复杂的程序来命令机器人做出像是“从冰箱拿一杯水给我”或“把我放在门口的的鞋拿过来”以经不再是幻想，但需要一个非常高水平的程序和投入很多时间。

优点

·这是“真正的”机器人

·任务可以简单到由传感器读数来闪烁灯光，到将航天飞机着陆在遥远的行星上。

缺点

·它的极限就是程序开发者的极限如果它做了你不想要它做的事情，唯一的选择是回头检查你的程序，修改它，并重新更改上传到机器人。

实际示例

对于我们的项目，目标是制作一个能够根据来自传感器的外部输入做出决策的自主移动车。如果机器人“行为异常”，它会毫不考虑地将它关机。然而，如果具有半自主（无线）控制的选项并允许我们可以摇控车辆也是很有吸引力的选项。我们不考虑有线控制。

在上一课所选择微控制器采用扩充板是基于Ardino 的脚位所开发的板子。坊间有许多不同用途的扩充板，可以用来使用以太网络，Xbee，或蓝牙通讯。甚至有扩充板，允许GPRS（如蜂巢）通讯。因此，入门的机器人可以不需要有扩充的模块，但要确保他们具有无线通信的能力。