【AI加油站】机器人设计系列七：从零件到成品：《爱上机器人 —— 机器人制作晋级攻略》带你玩转机器人世界！（附下载）

核心总结

一、书籍基础信息与定位

《爱上机器人 —— 机器人制作晋级攻略》是《爱上机器人 —— 机器人制作入门攻略》的进阶版，由美国的 David Cook 著、宫广骅译，2013 年 4 月由人民邮电出版社出版，ISBN 为 978-7-115-31003-3，定价 79.00 元，主要面向有一定机器人制作专业知识基础的读者，分类建议为科学普及 / 科技制作。本书旨在帮助读者将机器人制作水平提升到更高阶段，比如制作自动躲避障碍的机器人、无需遥控的对战机器人等，还从马斯洛需求层次理论角度，指导读者在人工智能浪潮下更好地生存，读者可扫码加入星球社区与人工智能产业链联盟获取更多资源。

二、书籍核心内容框架

（一）机器人制作基础与理念

1. 模块式制作理念
   ：本书核心采用模块式制作方法，将机器人拆解为电源供电、电动机驱动、传感器、声音、控制中枢等独立模块。读者可按需制作感兴趣的模块，对不感兴趣或需专业能力的模块可直接购买；后续升级机器人时，仅需更换对应模块，无需更换整个机器人，还能将成效好的模块复制应用到其他机器人，缩短从想法到成果的时间，且能先让功能性基本架构工作，再在此基础上完善。
2. 目标机器人案例
   ：书中以 “迂回式机器人（嘟嘟机器人）” 为主要案例，从无目的建模到技术完善，追踪其发展阶段，展示模块式制作的应用。读者可依据书中步骤，用模块拼装出最简单型号的嘟嘟机器人（含电压校正器、红外线物体 / 墙壁传感器和电动机驱动，靠逻辑芯片控制，无需编程），后续还能通过添加电路板、微控制器等升级，使其具备房间探索、沿路线行进、相扑等功能。
3. 读者与前提条件
   ：预期读者为专业知识水平较高的青少年，鼓励全家参与制作，且需成人监督部分任务。读者需具备电子学（如了解电子部件购买渠道、安全规定、计量单位前缀，会用万用表测试相关参数，熟悉常用工具和基本电子元件，能阅读简单原理图和布线图，掌握焊接技术等）和软件开发基础知识，最好有机器人制造经验，比如制作过《爱上机器人 —— 机器人制作入门攻略》中的三明治式芯片机器人。

（二）机械结构制作

1. 电动机连接器制作

• 类型对比
  ：介绍了望远镜管子式连接器和稳固圆棒式连接器。望远镜管子式连接器适合无钻床或技术不足的爱好者，易购买，但存在内径可能与电动机连接杆不匹配、材料选择有限、厚管壁加工费时、固定螺丝螺纹可靠性差等缺陷；稳固圆棒式连接器孔洞尺寸灵活、材料选择多、厚度和耐用度易满足需求且加工较快，但需在圆棒上精确钻孔，需钻床或车床。
• 制作流程
  ：制作稳固圆棒式连接器，先确定圆棒长度（结合电动机连接杆和 LEGO 十字轴插入长度）、直径（大于电动机连接杆和 LEGO 十字轴直径中较大者）并选择材料（如铝、黄铜、ABS、PVC 等，避免钢、铁及难黏接塑料），然后切割圆棒、打磨端面；接着制作连接器配件（用金属块切割、钻孔、攻丝，用于钻孔时固定圆棒），最后在圆棒上钻孔（先钻较窄引导孔，再换钻头钻宽孔）、安装固定螺丝（确定位置、钻孔、攻丝、选择合适螺丝）并添加 LEGO 十字轴（切凹槽、清洁、涂环氧胶水黏接）。

（三）电子电路相关

1. 电路图阅读与标准
   ：书中电路图实际为布线图，标注有独特的部件标记（如 B 代表电池、C 代表电容等），数字分配按功能相关组编号，部件标签含数值或重要特征（如电阻标阻值和颜色编码、电容标容量和工作电压等）。电源标注采用经典方法，+9VDC 标记未经校正的电池正极电压（供电动机），+5VDC 标记校正后的电源正极电压（供芯片），所有 + 5VDC 电源和接地点均彼此相连。
2. 无焊接面包板使用
   ：推荐 3M840 结点无焊接面包板，搭建电路时，电源通过电池或交流电源适配器供电，面包板上有电源分布总线（最上面两行和最下面两行，左侧中部与右侧相连），为电路提供方便的电源和接地连接。还介绍了为面包板上电的方法、交流电源适配器选择（如市售可调电压适配器、专业可变直流电源，提醒注意安全，避免交流电源实验）及添加电源开关、指示灯等方便设施的技巧（如打磨发光二极管透镜使其状态更易区分）。
3. 电压校正器电源制作

• 基础认知
  ：电压校正器用于将电池变化的未校正电压稳定为固定电压，线性电压校正器需输入电压高于输出电压，多余电能以热量形式消耗，适合快速小型简单电路、低成本大体积产品、低电流电路等场景。
• 电路搭建与改进
  ：介绍经典 5V7805 线性电压校正器电路，还可通过用 LM2940、MCP1702、LP2954 等低回动电压校正器替代 7805，用低电阻 p 沟道功率场效应管替代 1N5817 型二极管等方式改进，降低最小输入电压需求。同时需考虑防止电池反接、短路、热过载，消耗静态电流，隔离功率和噪声等因素，为机器人选择合适的线性电压校正器需结合电池类型和机器人电流需求。

• 电容优化
  ：提高输入电容和输出电容数值（并联大容量电容器），可防止电压略微下降、提供电动机启动电流脉冲，但会导致电源关闭延迟，可使用双刀双掷开关加快关闭速度；还可添加不同数值和类型的电容（“神奇的电容”）减弱噪声，在电路板布满旁路 / 解耦合电容（每个芯片至少一个 0.1uF 电容），为芯片提供本地电源并减小噪声。
• 保护措施
  ：添加保险丝、手动复位电路断路器或固态自动复位的高分子聚合物正温度系数电阻设备防止短路和电流过载；在校正后的电路中添加齐纳二极管防止电压过载，齐纳二极管与电流过载保护设备配合可更好地保护电路。

（四）电动机驱动

1. 双极型晶体管驱动

• 单一晶体管驱动
  ：NPN 双极型单一晶体管电动机驱动器电路中，晶体管相当于开关，基极无电流时关闭，有电流时开启，需限流电阻保护基极，回扫二极管保护晶体管免受电动机反向电压损害；PNP 双极型单一晶体管电动机驱动器电路与 NPN 型类似，但开启条件相反（基极接地时开启）。
• H 桥驱动
  ：将 NPN 型和 PNP 型电动机驱动器电路组合可形成半桥，复制半桥电路可形成经典双极型 H 桥，能实现电动机顺时针旋转、逆时针旋转、自由旋转、制动四种模式。还介绍了与 H 桥上方 PNP 型晶体管接合的方法，如不校正逻辑芯片、校正 H 桥、通过 NPN 型晶体管接合、使用接合芯片（如 4427 型芯片）等，避免短路并实现对电动机的控制。

• 单一晶体管驱动
  ：n 沟道功率场效应管单晶体管电动机驱动电路由电压控制开关，无需限流电阻，但需注意栅极不能悬空，可通过上拉电阻或下拉电阻提供默认输入数值；p 沟道功率场效应管单一晶体管电动机驱动器电路与 n 沟道类似，开启和关闭条件相反。
• H 桥驱动
  ：功率场效应管 H 桥与双极型 H 桥相似，由 p 沟道（上方）和 n 沟道（下方）功率场效应管组成，能实现电动机四种基本模式，场效应管内部有体二极管，可处理反向电动机电流，也可额外添加肖特基二极管提升性能。还介绍了接合到功率场效应管 H 桥的方法（如使用 4427 型驱动芯片），以及解决击穿问题、控制电动机转速的电路改良方式，选择功率场效应管需考虑价格、封装、漏极至源极击穿电压、栅极开启电压、输入栅极电容、最大电流、导通电阻等因素。

三、其他重要内容

1. 安全规定
   ：机器人制造涉及电气电源、电动工具等使用，存在安全风险，必须仔细阅读并遵守生产商指导和实验室 / 机械车间规定，成人需监督儿童操作，工具和部件不用时要锁好，阅读并保留产品标签和材料安全数据手册，操作时需佩戴安全护目镜、靴子、长裤、除尘面罩等，避免使用有害物质，使用合适电源和保护设备，保持工作区域良好状态和自身警惕。