金昱芃

近年来，我国超市、仓库、会展中心、医院等大型场所的规模和数量不断增加，夜间仅仅依赖人力巡逻、监控已不能满足这些场所的安保需求。采用巡逻机器人进行定时、定点巡逻或不间断流动巡逻不仅节省人力，还能到达监控探头不能拍到的死角，及时将检查的环境情况采集成视频，便于事后查看。

一、制作材料

直流电机、舵机、橡胶轮、万向轮、控制器、摄像头、导线、指示灯、控制器、摄像头、智能手机等。

二、制作过程

1.巡逻机器人采用轮式结构，它的“腿”由3个轮子组成，其中2个橡胶轮由直流电机带动，另一个采用万向轮。为了让它的“手”能上下摆动，分别设置为由一个舵机带动。“头部”利用两个舵机实现左右转动、抬头、低头等动作。所有电机都由一个单片机控制器控制。为了让机器人外表更美观，我用抽纸盒作为它的身体，用一个智能手机代替摄像头，安装在头部，又给它装上“小手”。巡逻机器人成品如图1所示。

2.选一块输出电压为7.4V的锂电池为机器人供电，要保证控制器的正常工作，需提供+5V的工作电压。采用LM2576开关型降压稳压电路，使电压经过转换电路稳定输出5V电压，满足控制板和舵机的正常工作电压。

3.为实现带动两个轮子的直流电机的正转、反转及调速，采用L298N电机驱动模块。电路板如图2所示。

4.舵机驱动模块中舵机共有电源线（红色）、地线（黑色）与信号线（橘黄色）三条接线。控制信号为标准PWM（脉宽调制信号）信号，通过给舵机送去宽度为0.5ms至2.5ms的脉冲，可使舵机转动的角度在范围0°至180°之间改变。另外，舵机内部主要由电位计、舵盘、减速齿轮组和控制电路共同组成，确保其转动角度准确。

5.程序编写主要包含机器人控制器程序编写和手机App的开发两部分。

（1）机器人控制器程序编写采用Arduino语言，控制需要6路PWM脉冲宽度输出，输出信号对电机和舵机运动分别进行控制。4个数字输出通过输出“1”或“0”信号，完成对电机的正转、反转与停止控制。串行输入和串行输出端口实现蓝牙数据的接收发送。

（2）手机App的开发选择中文版App Inventor，采取堆叠积木的方法构建。App Inventor已经提供了不同类型的模块，如用户界面、界面布局、传感器甚至机器人组件等，只需选择使用即可。App可支持三种控制模式，分别是点触屏幕、语音识别和重力感应。在语音识别模式中，可利用智能手机本身的语音识别功能命令机器人运动。重力感应模式下，借助手机内部的方向传感器即可控制机器人的前进、后退、左转和右转。

三、基本功能测试

用蓝牙将智能手机和机器人连接之后，就可用手机App控制机器人完成行走等基本动作。 图4分别是机器人右转、后退和左转的动作。

在机器人头部装上另一个智能手机，可利用手机高清摄像头将机器人周围的情况拍摄下来，只要在局域网Wi-Fi环境中，就可将图像传入接入互联网的任何一台电脑，实时了解机器人的运行状态，并保存图像。（指导老师：杨运峰）