【學(xué)霸帶節(jié)奏】教你DIY跳舞機器人之“硬件搭配”（連載中）

還記得上周小編給你們介紹的小π機器人嗎？這周小編將主要介紹小π機器人的制作流程，而且將詳細介紹3D打印和硬件電路的制作流程，幫助你打造屬于自己的小π。

一、制作流程

1、確定小π機器人功能

要想打造屬于自己的小π機器人，首先要想好自己的小π機器人要實現(xiàn)什么功能。小π機器人的特色就是功能模塊化，用戶可以根據(jù)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，安裝觸須可以觸摸互動，安裝喇叭可以播放音樂，安裝RGB三色燈可以實現(xiàn)臉部變色，安裝溫度傳感器可以播報溫度等。

2、3D打印外殼

小π機器人的外殼使用3D打印技術(shù)，所以可以自己定制自己喜歡的外形。小π機器人外殼分為2個腳、2條腿、1個臀部支撐底座、1個臉和一個后蓋。下面就是是已經(jīng)制作出來的幾款小π機器人：

3、電路板制作

根據(jù)自己定制的小π機器人功能設(shè)計制作相應(yīng)的電路板，不過小編的團隊已經(jīng)開發(fā)出一款通用的電路板，上面預(yù)留了各種接口，基本可以滿足大家的需求。

4、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(jù)自己定制的小π機器人編寫相應(yīng)的單片機程序，后期小編會對單片機的程序做一個詳細的介紹。手機APP程序和電腦上位機程序小編的團隊已經(jīng)開發(fā)好了，大家直接拿來用就好了。

5、組裝與調(diào)試

二、3D打印

3D打印的設(shè)計過程是先通過計算機建模軟件建模，小編團隊建模時使用的是inventor軟件。再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，即切片，從而指導(dǎo)打印機逐層打印。

設(shè)計軟件和打印機之間協(xié)作的標(biāo)準(zhǔn)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分辨率越高。PLY是一種通過掃描產(chǎn)生的三維文件的掃描器，其生成的VRML或者WRL文件經(jīng)常被用作全彩打印的輸入文件。

打印機通過讀取文件中的橫截面信息，然后將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面粘合起來從而制造出一個實體。這種技術(shù)的特點在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。

打印機打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以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，也有部分打印機精度更高。而平面方向則可以打印出跟激光打印機相近的分辨率。打印出來的“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，制作過程中先可以選擇自己喜歡的圖片，然后對圖片進行輪廓提取、拉伸、切片處理，最后進行3D打印。這樣，一張自己喜歡的臉就做好了。

除腿等關(guān)鍵部件，小π機器人的外殼都采用空心結(jié)構(gòu)，內(nèi)部使用柱狀填充結(jié)構(gòu)，既可以保持穩(wěn)定，也可以減輕重量、節(jié)約成本。

用傳統(tǒng)方法制造出一個模型通常需要數(shù)小時到數(shù)天，而用3D打印技術(shù)，一個小π機器人的模型幾個小時就打印好了。使用不同的3D打印機、模型的尺寸不同，打印時間會略有不同。

三、硬件電路制作

硬件電路主要包括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接口，可以讓舵機控制線直接接到底板上。

3、接口模塊

接口模塊包含一個常見HC-SR04超聲波探測模塊接口和三個觸須接口。

4、主控芯片電源濾波模塊

主控芯片使用的是兩塊mega2560，要對mega2560的電源做一個濾波，減小電源紋波對系統(tǒng)的影響。

5、時鐘電路模塊

時鐘電路模塊為mega2560提供一個穩(wěn)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(yīng)的讀寫。

7、藍牙音頻模塊

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

8、3.3V穩(wěn)壓電路模塊

由于鋰電池電壓為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(xiàn)報警、對音質(zhì)要求不高的音樂播放的功能。

   10、狀態(tài)指示燈模塊

狀態(tài)指示燈可以通過編程指示不同的狀態(tài)，實現(xiàn)對程序的監(jiān)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(xiàn)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(diào)試信息，兩塊mega2560之間的通信也是通過串口實現(xiàn)的。

13、復(fù)位電路模塊

可以通過輕觸開關(guān)實現(xiàn)對mega2560的復(fù)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(gòu)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并實現(xiàn)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采用雙層布線，紅色的是頂層布圖，藍色的是底層布圖，底板的PCB版圖如下：