機器人製作聖經

第1章 歡迎來到機器人的美妙世界！
製作機器人的動機？
在我第一次看經典科幻片《當地球停止轉動》（The Day the Earth Stood Still）」（提醒一下，是原版，不是翻拍版）時，就萌生了製作機器人的念頭。許多人都是看了像《星際大戰》（Star Wars）、《霹靂五號》（Short Circuit），或是《魔鬼終結者》（Terminator），這類科幻片後才開始著迷於機器人的。無論您的動機來自哪裡，有諸多原因促使大家投身製作機器人的行列，以上只是列舉一些而已。

機器人學是現代科技的基石
我最近新買了一支智慧型手機。在我嘗試它的各種功能時，我對它所能做到的各種事情感到驚訝莫名——其中一些技術早在十年前，我們機器人玩家就已經接觸過了！
機器人是許多新點子的試驗平臺。最早開始接觸，像是微控制器、加速度計、數位羅盤、聲控系統、電子迴轉儀、全球衛星定位組件、聲音合成器、固體成像儀、視覺識別、觸覺反饋……等，各種尖端科技的人，就有不少是機器人玩家。更何況這些零件都相當便宜。有些口袋大小之微控制電路板只花不超過兩人份晚餐的錢就能買到，而且它的運算能力和將阿波羅號太空人送上月球的那臺電腦相比，可是絲毫不遜色（您將會在本書的的37章〈使用Arduino開發板〉中對微控制器有更深入的了解）。
無論您是汽車維修師傅、學生，或是全球排名前500強企業的工程師，製作機器人都能夠讓您有充分的機會發掘未來世界的新科技。

機器人學可作為通往職涯之路
仍是學生嗎？正對自己的未來方向舉棋不定嗎？不管相信與否，您可以從機器人製作中找到出路。機器人學牽涉到數十種相互關聯的科學與原理——機械設計與結構、電腦程式設計、心理學、行為學、生態與環境學、生物學、太空學、微型技術、水下研究、電子學等，族繁不及備載。
您無須成為上述領域的專家也能製作出一臺機器人。您可以選擇自己最感興趣的領域下手，把機器人當作開啟深化自己興趣大門的鑰匙吧。

救援用途的機器人學
長久以來，許多科幻小說都將機器人描寫得邪惡不堪——有些是本身便心懷不軌，另一些則是被瘋狂科學家所操控。但別忘了，機器人也可能是改善人類生活，延長人類壽命的好幫手。
◎機器人能夠到達人類無法抵達，或是不願意去的地方。我們可以派一臺機器人探勘崩塌的礦坑、海洋底部，或是火星上漫天沙塵的地表。它們使命必達，而且不需要呼吸，也不需要停下來吃頓麥當勞。
◎一臺拆彈機器人可以拯救無數人的性命。它能夠找出炸彈所在的位置，並且能以更安全的方式完成拆彈工作。
◎機器人也能夠扮演醫生與護士的角色，甚至派往具有高傳染性疾病的地區工作。
◎兒童與機器人的互動過程可以幫助他們發展人際交流的技巧。甚至有些機器人還應用在治療一些有學習障礙或是溝通障礙的孩子們。

最重要的是，機器人好玩！
製作機器人可以純粹只因為好玩嗎？當然！給自己一些新挑戰，並且享受與全世界分享嗜好的樂趣。將您的設計分享到網誌或是各種平臺上吧。參加一場比賽，看看誰才是最快最強悍的機器人。將您的機器人影片放上YouTube，向大眾吹噓一下吧。

堆積木方法
機器人是由許多個別的零件所組成，而這些零件可視作各種模組與子系統。因此，想要學習自製機器人的一個絕佳方式，便是親手組裝各別的元件，再將它們組合成為一臺功能完整的機器人。
既然您的機器人是使用堆積木方法製作而成，若想做局部改造與升級時，就相對簡單多了。如果您的「積木組合套件」設計與製作都很到位，便可以套用到許多不同機器人上。在新設計的機器人上使用從其他機器人拆下的零件是很稀鬆平常的事，這不但省時，也省下不少花費。
本書大部分的積木式設計都是完整並可實際運作的子系統。有些甚至可以獨立於機器人或是主電腦以外自行運作。您可以隨心所欲地連接這些模組。您還可對各零件做實驗、調整或是改良它們。當它們能照著您的要求運作後，即可整合到機器人裡，或是留給未來的專題使用。
以往要在家中自行製作便宜又棒的機器人既耗時又傷荷包，功能薄弱的電子控制核心也限制了機器人的能力。這些情形都是過去式了！因為現在的業餘機器人已經可以做到：
◎更便宜。現在只需靠一般工具，花費不超過75美元就可以做出相當複雜的自主性機器人。不像以前，類似的機器人可能要花上500到600美元，並且需要特殊齒輪才能製作。
◎更簡單。感謝這些現成的感測器、專業電子設備以及事先做好的零件，這種堆積木式的機器人組裝比過去簡單多了。
◎更強大。平價的微控制器可對機器人注入馬力和功能，記憶體容量更大、資訊處理速度更快和更易操作的介面控制功能。只要一臺配有USB連接埠的個人電腦，您便可以立即使用微控制器——只要花幾塊錢購買微控制器，您就能控制整臺機器人。

您所需要的技術
想要製作機器人，您並不需要先成為電子學專家或是機械設計專家。看看下列哪種敘述最符合您的現狀呢？
◎我是個百分百的菜鳥。如果您對於機器人製作還一竅不通，可以先上RBB線上支援網站從「我的第一臺機器人」系列課程（詳細資訊請參閱附錄A）學習起。這些課程會帶領您循序漸進地學習如何製作RBB機器人，這是一種價格平實的自律型機器人（它可以獨立行動）。您也會學習到電子學與機器人學的基礎知識。
◎我有一些電子學或是機械學背景。請直接翻開本書的「製作指南」和其後的「如何進行」開始研讀吧！本書已經規劃排序好各個步驟，您可以一邊閱讀一邊複習您所學過的各種技術與知識。
◎我已經有一些改造經驗。若已經精通於電子學與機械學，您便已經踏上出類拔萃的機器人玩家的康莊大道了。您可以跳閱各個章節，其中會有不少章節段落間相互連結的提示，幫助您掌握重點。

第1章 歡迎來到機器人的美妙世界！
製作機器人的動機？
在我第一次看經典科幻片《當地球停止轉動》（The Day the Earth Stood Still）」（提醒一下，是原版，不是翻拍版）時，就萌生了製作機器人的念頭。許多人都是看了像《星際大戰》（Star Wars）、《霹靂五號》（Short Circuit），或是《魔鬼終結者》（Terminator），這類科幻片後才開始著迷於機器人的。無論您的動機來自哪裡，有諸多原因促使大家投身製作機器人的行列，以上只是列舉一些而已。

機器人學是現代科技的基石
我最近新買了一支智慧型手機。在我嘗試它的各種功能時，...

第1卷──機器人製作的藝術與科學
第1章 歡迎來到機器人的美妙世界！
第2章 機器人的構造
第3章 取得零件

第2卷──組裝機器人
第4章 安全第一（永遠第一）
第5章 組裝機器人主體──基礎篇
第6章 機械組裝技巧
第7章 木材加工
第8章 製作移動式木頭平臺
第9章 塑膠加工
第10章 製作移動式塑膠平臺
第11章 金屬加工
第12章 製作移動式金屬平臺
第13章 組裝的技術
第14章 快速成型法
第15章 使用電腦輔助設計製作機器人設計圖
第16章 使用玩具零件製作高科技機器人
第17章 用手邊的零件來製作機器人

第3卷──動力、馬達與運動
第18章 電池大補帖
第19章 機器人的電力系統
第20章 讓機器人動起來
第21章 如何正確選擇馬達
第22章 使用直流馬達
第23章 使用伺服機
第24章 安裝馬達與輪子
第25章 形狀記憶合金與機器人動作

第4卷──手做機器人專題
第26章 製作輪型、履帶機器人
第27章 組裝足式機器人
第28章 以機器手臂進行實驗
第29章 以機械夾具進行實驗

第5卷──機器人電子學
第30章 製作機器人電路：基礎篇
第31章 機器人常見的電子元件
第32章 使用免焊麵包板
第33章 製作電路板

第6卷──電腦及電子控制
第34章 機器人「大腦」概述
第35章 認識微控制器
第36章 程式設計觀念：基礎篇

第7卷──作為大腦的微控制器
第37章 使用Arduino開發板
第38章 使用PICAXE微控制器
第39章 使用BASIC Stamp
第40章 將硬體與微控制器或電腦連接
第41章 遙控系統

第8卷──感測器、導航與回授
第42章 加上觸覺
第43章 感測接近程度與距離
第44章 機器人的眼睛
第45章 機器人導航
第46章 製造與聆聽聲音
第47章 互動新創意
第48章 危險！威爾羅賓遜

附錄AARBB線上資源網站
附錄B 網際網路上的零件供應商
附錄C 機械規格對照
附錄D 電子規格參考

第1卷──機器人製作的藝術與科學
第1章 歡迎來到機器人的美妙世界！
第2章 機器人的構造
第3章 取得零件

第2卷──組裝機器人
第4章 安全第一（永遠第一）
第5章 組裝機器人主體──基礎篇
第6章 機械組裝技巧
第7章 木材加工
第8章 製作移動式木頭平臺
第9章 塑膠加工
第10章 製作移動式塑膠平臺
第11章 金屬加工
第12章 製作移動式金屬平臺
第13章 組裝的技術
第14章 快速成型法
第15章 使用電腦輔助設計製作機器人設計圖
第16章 使用玩具零件製作高科技機器人
第17章 用手邊的零件來製作機器人

第3卷...