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2017年9月.幸福出版 |返回書籍簡介 預約不到的料理教室_高畫質試閱_pdf.pdf Download File Play 

第8章 進階馬達控制 在前一章中,我們進展到能控制馬達的速度,但還沒開始控制它的轉動方向。我們會在本章節探討幾種可以控制馬達方向的方法,包含一些特殊功能IC和專為控制直流馬達方向和轉速的模組。 馬達能夠反轉是個方便的功能。舉例來說,我們會看到用直流馬達以一個方向開門、開窗,再以反方向關起來的線性致動器。同樣的道理,如果我們要做一臺機器人,也會想讓它有可以雙向轉動的輪子。 假設一個馬達有A和B兩個電極(圖8-1)。 當A為正極、B為負極,馬達會往其中一個方向旋轉。如果逆轉電極的極性,馬達則會往反方向轉動。 因此,如果我們要控制馬達的方向,就要有方法來逆轉供應給馬達的電流極性。這個方法就是使用一種名為「H橋」的電路。 H橋 圖8-1是H橋的原理。我們會先從開關開始,然後再進展到使用電晶體和IC。 如果四個開關都是開路狀態,電流就不會流經馬達。但如果S1和S4為閉路,但S2和S3為開路(如圖8-2所示),則電流會從電源正極通過馬達的A端子,經過馬達和S4,到達電源負極,此時馬達會往一個方向轉動。 如果換成S1和S4為開路,而S3和S2為閉路,正極電源會通往馬達的B端子並流經馬達和S2來逆轉馬達的方向。 表8-1整理了各條件下的馬達行為;0代表開關為開路、1代表閉路(有通電),而X代表開關的狀態沒有影響。 我們已經討論過以H橋切換馬達方向的方法,但還有其他開關設定的組合需要知道。 首先,相當明顯地:如果所有開關都是開路,則不會有電力到達馬達,所以它會很快停止。 很重要的一點是:有些開關的組合會直接連接電源的正極和負極,這個情況稱為短路,而且很可能會造成災情,因為會有極大量的電流通過。 另一種情況是沒有短路,但有把馬達的腳位連接在一起的效果,並產生使馬達煞車的有趣效應;如果原本在轉動會快速停止,而如果原本是靜止會抵抗轉動它的力量。因此,如果馬達是用來驅動玩具車的輪子,則使用煞車模式可以阻止在斜坡上的車子往下滑。 ​ 返回上一頁

前言 我在2008年初開始開發LITTLEBITS,當時我已從麻省理工媒體實驗室(MIT MEDIA LAB)畢業,並有電子工程背景。我在黎巴嫩貝魯特長大。老實說我從沒想過要當工程師。家裡除了我以外還有三個姐妹,父母說我喜歡工藝、喜歡自己動手做,而且常常搞破壞。當我在決定大學要念什麼的時候,父母跟老師都說我應該當個工程師,因為我對科學和數學很在行,但我總覺得工程學很枯燥;直到我進入媒體實驗室,才發現工程與創意結合的力量。我開始運用電路製作藝術品,像是穿戴式電子裝置、互動裝置藝術、照明藝術等。一段時間後,我發現我對工具的興趣超過作品本身。我和同學傑夫˙霍夫斯(JEFF HOEFS)曾和SMART DESIGN設計事務所合作,並一起寫了篇論文叫做〈以電路為素材〉(ELECTRONICS AS MATERIAL)。我們一起設計出LITTLEBITS最早的部分雛形,將電路的力量交到每個人手上這個漫長的研究計劃於此開始。 我最主要的兩個靈感來源是樂高積木和物件導向程式設計(OBJECT-ORIENTED PROGRAMMING)。它們也是當代最成功的模組化系統。 模組化電路  我認為要瞭解複雜的概念,就不能忽視模組化系統的力量。模組讓我們拆解過去覺得很困難的概念,進而逐步建構起更複雜的概念。 第一個靈感來源你一定也很熟悉。1947年,樂高將全世界最重要的建築材料──水泥磚──變成發揮想像力的工具,人人都可以使用。有了樂高,你不用是建築專家,就能直覺地學習,一塊一塊蓋出愈來愈複雜的結構。幾年內,樂高成了家家戶戶都有的玩具。根據估計,總共有超過4千億片的樂高積木被生產出來,全球平均每人有70片。不是工程師也可以砌墻壁、蓋房子、起大樓和造橋。樂高把當代的建築素材變成創意的基石。突然之間我們進一步瞭解了身邊的世界;市中心街上的建築物,過去看起來巨大又複雜,現在似乎不再那麼高不可攀了:你可以想像它們是如何被一磚一磚地蓋起來。 第二個靈感來源是物件導向程式設計。軟體曾經是線性的、深奧的學問,只有專家才知道怎麼寫。後來物件導向程式設計出現了,引進模組的概念,人們可以重複使用過去寫過或其他人寫好的程式碼,一磚一磚地結合成更複雜的程式碼。現在只要有電腦,任何人都可以花兩週的時間學會怎麼寫出全世界最成功的遊戲。 但是硬體沒有那麼簡單。硬體產業是高度依賴資本的產業,製作原型很花時間、很需要專業,因此這個產業很大一部分仍只掌握在工程師手中。那該如何才能讓每個人都能擁有電路的力量呢?我們的做法是電路模組化。 我的第一個LITTLEBITS原型是在厚紙板上用HOME DEPOT買來的銅箔膠帶組合成一個裝置。這是實際觸摸、感受模組最好的方式。想像一下,一個從來沒有碰過電路的人會如何與這些模組互動、會受到何種啟發? LITTLEBITS的每個細節都是精心設計的成果,沒有什麼是理所當然的。我們花了超過三年半的時間,做了成百上千個實驗和決策,才讓LITTLEBITS成為今天的模樣。當然首要任務是讓電路設計真正模組化:每顆電子積木必須能和系統中任何一顆其他積木作用,模組庫必須可無限擴充。另一個重大挑戰是幫每個模組找出正確的抽象層次。LITTLEBITS不是元件層次的模組,而是方塊圖層次的模組。方塊圖層次要多高才能被理解,同時具備足夠的功能,是其中的關鍵。 返回上一頁

前言 機器人已經愈來愈融入我們的日常生活中。前往玩具店,可以看到店內擺滿各種玩賞用的機器人玩具。甚至還有擺放一些,只要摸摸它的頭,就會開始說話,並露出可愛表情和動作的療癒型機器人。在製造工廠中,還有許多用來節省人力的工業機器人活躍於生產線上。最近,在自然災害現場與輻射區域等人們無法接近的惡劣環境中大顯身手的機器人也備受矚目,機器人正處於快速發展的階段。 筆者大約是從機器人對戰的競技大賽逐漸興起的那個時候,開始對機器人感興趣。目前,具有悠久歷史的機器人大賽中,還包括全日本相撲機器人大賽,因為這項比賽開始之後,讓高工學生有機會製作機器人並參加比賽,筆者就這樣一頭栽進機器人的世界中。因為經年累月的鑽研與出賽經驗,使筆者有機會在高中大賽中獲得全國冠軍,成為筆者的一項驕傲。 本書製作的機器人,並不是比賽那種愛好迷需要花很多工夫才能學會製作的機器人。為了推薦給對機器人有興趣,喜歡製作東西,或是想要學習電工基礎知識,特別是對數位技術和感測技術感興趣的人,筆者才著手撰寫這本書。 只要稍微準備一下電工的所需工具,在網路或實體商店購買本書介紹的相關零組件,按部就班地根據書上的說明製作,就能組裝出一臺能夠做出預料動作的機器人。 在需要用到電路和電子控制的「電工製作」中,最讓初學者感到麻煩的地方在於無法看到電力和電力訊號,因此,在接線時如果發生問題,就會不知道該如何解決。關於這一點,本書會舉出發生問題時的具體範例,仔細指出問題所在,並詳加解說,讓讀者可以自己解決問題。 如果讀者以前曾經挑戰過製作電力控制的機器人,但卻半途而廢沒有成功,那麼,還請透過本書再次挑戰製作機器人看看,一起體驗製作機器人的樂趣吧,筆者非常有自信可以在此向大家推薦本書。 本書將在各章,依序製作6臺機器人。每臺機器人都會精心製作成可以利用現有的感測器來進行控制,並且驅動機器人做出各具特色的動作。 本書共有7章,第1章製作各章都通用的電源電路,在本章中,將仔細解說在組裝電源電路時必須用到的麵包板的結構,讓每位讀者都能有自信地配接電路線。第2章製作利用觸碰感測器來控制來回移動的公車型機器人。第3章製作可視光感測器的小狗機器人,讓小狗機器人可以追著光跑動。第4章製作紅外線距離感測器的機器人,只要手一接近機器人就會逃走。第5章製作觸碰感測器的尺蠖蟲機器人。第6章製作內建麥克風的步行機器人,聽到聲音後就會前進。第7章製作內建紅外線感測器的循跡自走車。 就像這樣,6種機器人的感測器各不相同,也會做出各具特色的動作。在製作機器人時,因為每個人的興趣和喜好各不相同,想要製作什麼樣的機器人也是因人而異。因此,為了讓每位讀者不管想從哪種機器人開始製作都沒問題,本書會重複介紹各章通用的零件和齒輪箱組的組裝說明,還請諒解。此外,第2章的電子電路比其他章的還要複雜,建議可以留到最後再來挑戰。 最後,在彙整本書內容時,有請到網購公司協助提供零件用於機器人製作,希望網購公司今後還能繼續提供零件。另外,在各章中都有刊登零件清單,如果遇到找不到那種零件的情況,請使用其他的代替品來解決。 此外,在出版本書之際,株式會社OHMSHA的各位先進也提供許多寶貴意見,讓本書得以變得淺顯易懂。另外,也獲得美編設計師、插畫家、工作人員等各方的鼎力協助,在此深表感謝。 2015年9月 熊谷 文宏 ​ 返回上一頁

實驗一:黏呼呼的電阻 我認為電子學本來就應該包含一些有趣的元素,所以我們首先從一個簡單又有趣的實驗開始吧! 本實驗會用到膠水和厚紙板。我知道通常電子相關的書籍不太會用到這些材料,但是我使用它們有兩個目的;第一,這樣能提醒我們電並不只侷限於電線和電路板上;第二,本實驗有助於深入暸解一個重要且基本的元件──雙極性電晶體。此外,本實驗也會帶你們開始暸解離子、電阻和電阻率。 如果你有讀過《MAKE: ELECTRONICS 圖解電子實驗專題製作》一書,應該對電晶體已經有了基本認識。所以在稍做一些重點概述後,我就會直接往更進階的部分邁進。 ‧ 別忘了本書最後面列出了每一個實驗會用到的元件,請見附錄B。 以白膠為基底的放大器 圖1-1展示了本實驗的平面圖。本實驗不會用到麵包板,而是用厚紙板做為電路的基座。首先,我們要把電容的針腳插入厚紙板。 2N2222 電晶體有兩種版本;其中一種上方用小小的金屬帽封裝,另一種則是用一小塊黑色塑膠。如果你使用的是金屬的那種,那麼以圖的方向為準的話,金屬帽旁邊突起的小標籤應該要在左邊。如果使用的是塑膠版本(2N2222或PN2222),那麼塑膠封殼上平坦的那一面應該要在右邊。但如果你用的是比較特別的P2N2222版本(通常在你搜尋上述兩種零件編號時也會出現),平坦的那面則應該要在左邊。請用放大鏡仔細確認所使用的零件型號,如果不清楚的話請見第21頁的「符號」欄。請依指示連接元件:LED的長接腳在右邊,短接腳則在左邊;連接到LED長接腳的電阻值應為220Ω;別讓連接電晶體接腳的鱷魚夾互相接觸到;再來,用白膠在紙板上擠出一條鋸齒狀的線,長度大約12”、寬度則不大於1/8”,最好能像圖1-2一樣讓擠出的白膠從上到下慢慢變細,最後確認這條擠出的白膠中間沒有間斷。 為什麼要用白膠呢?因為大多數人家裡都有,而它剛好又有我想要的電氣特性──白膠不是一個好的絕緣體,但也不是個好的導體。 ​ 返回上一頁