從PIC開始!RC伺服機機器人製作入門

在本書中所使用的PIC24FJ64GA002，是美國Microchip Technology公司所生產的16位元微電腦PIC24F產品群之一，是一款低價型的2.54mm距DIP（Dual In-line Package）28針腳微電腦。因此在製作電路時，用它來手工配線可以說非常簡單，很適合16位元微電腦的初學者使用，是一款兼具實用性、高速、高性能的微電腦。

與頗具代表性的8位元微電腦PIC16F84A比較起來，其性能、演算速度、記憶體容量等，都高出不少等級。此外，它還內建了PIC16F84A所沒有的A/D轉換器及振盪器。這樣就可以直接用A/D轉換器，而不必使用外部陶瓷振盪器（CERALOCK）了。而且它的5個脈衝輸出腳位還可以做為PWM模式使用。而PWM模式則可以用在RC伺服機的控制上。

從網路搜尋引擎上可以下載並安裝Microchip Technology公司製作的整合性開發環境MPLAB IDE及MPLAB C編譯器（免費版本）。本書中所用的正是這個C 編譯器，所以沒有必要另外購買高價的C編譯器，在學習嵌入式系統（Embedded Systems）開發語言主流的C語言上，是非常合適的。

本書中將教大家製作7個RC伺服機機器人。這些機器人各自使用了1個、2個、3個以及6個不等的RC伺服機。因為RC伺服機的數量少，所以製作費用也會較便宜，且容易製作。另外，驅動RC伺服機的直流電源則全部都是用交換式AC變壓器轉換成5V直流電源，所以不必擔心電池電量不足。如果有必要的話，也可以將其改造成電池搭載型機器人。

7個機器人分別為四輪車、小狗機器人、恐龍機器人、大蜥蜴機器人、蚇蠖蟲機器人、空罐運送機器人、二足步行機器人等；不管那一個的動作方式都是既特殊又好玩的。其中有3個機器人可以在影片分享網站YouTube上找到相關影片。影片的名稱分別為「movie蚇蠖蟲（ムービー尺取り虫）」、「movie大蜥蜴機器人（ムービーオオトカゲロボット）」、「movie小狗機器人（ムービー子犬ロボット）」。

本書的內容則是用PIC24FJ64GA002來製作及控制RC伺服機機器人。做為RC伺服機機器人製作入門書籍，為了能幫助想從基礎開始學起的讀者，在撰文上，我特別注意以下幾點︰

1.說明整合性開發環境MPLAB IDE及MPLAB C編譯器（免費版本）的下載及安裝方法。

2.詳細說明編譯器PICkit2及PICkit3的寫入電路及寫入步驟。

3.在製作電路方面，同時為讀者準備了電路圖、零件配置圖及反面配線圖。雖然這次是手工配線製作電路，但這樣的準備對焊接新手而言也很容易理解。

4.活用了過去的經驗，這次我的目標是最不麻煩的簡約型電路。全部的電路製作都使用小型的萬用電路板ICB-88（72×47mm）。因此上面所搭載的零件數目也較少。

5.作動機器人的致動器為RC伺服機，也會用部分附有變速箱的DC馬達。而用來裝置這些零組件的是厚1.2mm的鋁板或是TAMIYA出的萬用電路板。鋁板的裁切和加工規格，以及機器人的組裝方法會以圖解說明。鋁板的裁切、彎曲、開孔以及工具的使用方法等，則另以插圖頁面介紹。

6.說明用來控制各機器人的RC伺服機、紅外線遙控器、DC馬達驅動IC、測距模組、超音波感測器、運算放大器、連桿機構等。

7.關於用C語言設計程式的描述，我將說明文放在其右方。如果用右方空間沒辦法完全說明完畢時，就在「解說」文中予以補充。

8.將用於製作機器人的零件名稱、型號、規格、個數及製作費概算等製成一覽表供讀者參考。另外，在本書中所介紹的電路圖、配線圖、方塊圖等，為了方便理解，是以舊式JIS（日本工業規格）表示的，請各位注意。

近年來，我們常常會聽見嵌入式系統（Embedded Systems）這個詞。所謂嵌入式系統，指的是在電子電路中裝載有「微電腦」，並以該微電腦所作動的程式，控制「嵌入機器」，實行某些特定機能的系統。以最低限度機能建構出系統，以達到輕薄短小的目的。

本書的RC伺服機機器人裝載有PIC24FJ64GA002嵌入式微電腦，以其所作動的程式，來控制RC伺服機機器人，可說是一種小型的嵌入式系統。

我目前於橫濱系統工學院專門學校擔任微電腦機器人科的兼任講師。這個學科的目的是培育嵌入式系統工程師或是機器人控制工程師。學生會參加各種機器人競賽，每年都會出現冠軍或是名列前茅者。2011年曾得到日本第20屆全國專門學校機器人競技大會STEEL FIGHT的團體賽冠軍。會開始著手寫這本書，是想把它當作挑戰機器人競賽的前期教育，也就是製造機器人的教科書。

在2010年8月橫濱系統工學院專門學校的夏季電腦研習會中，我以神奈川縣內的高中老師為對象，製作蚇蠖蟲機器人。在2天的研習會期間，10位學員都做出了蚇蠖蟲機器人，體驗到了製造的樂趣。

本書中涉及的內容相當廣泛，有製造機器人及控制實驗，從C語言的程式設計基礎到比較高度的技巧都有講述。另外也藉由基礎且實用的電路設計及製作，詳細說明電子電路及各個部分的構造及動作原理。本書不管是在軟體還是硬體方面，都以簡明易懂的方式來撰寫。

希望本書能夠成為機械、電氣、資訊方面的高中生、理工專科學生、職業學校學生、大學生及電子作業愛好者的機器人製作入門書籍。

2012 年 4月

作者筆

在本書中所使用的PIC24FJ64GA002，是美國Microchip Technology公司所生產的16位元微電腦PIC24F產品群之一，是一款低價型的2.54mm距DIP（Dual In-line Package）28針腳微電腦。因此在製作電路時，用它來手工配線可以說非常簡單，很適合16位元微電腦的初學者使用，是一款兼具實用性、高速、高性能的微電腦。

與頗具代表性的8位元微電腦PIC16F84A比較起來，其性能、演算速度、記憶體容量等，都高出不少等級。此外，它還內建了PIC16F84A所沒有的A/D轉換器及振盪器。這樣就可以直接用A/D轉換器，而不必使用外部陶瓷振盪器（CERALOCK）了。而且...

第1章 PIC24FJ64GA002與開發軟體
第2章 MPLAB IDE及MPLAB C編譯器的使用方法
第3章 程式寫入
第4章 RC伺服機的控制電路
第5章 紅外線遙控四輪車
第6章 紅外線遙控小狗機器人
第7章 恐龍機器人
第8章 大蜥蜴機器人
第9章 蚇蠖蟲機器人
第10章 有線遙控器空罐運送機器人
第11章 紅外線遙控器二足步行機器人
參考文獻

第1章 PIC24FJ64GA002與開發軟體
第2章 MPLAB IDE及MPLAB C編譯器的使用方法
第3章 程式寫入
第4章 RC伺服機的控制電路
第5章 紅外線遙控四輪車
第6章 紅外線遙控小狗機器人
第7章 恐龍機器人
第8章 大蜥蜴機器人
第9章 蚇蠖蟲機器人
第10章 有線遙控器空罐運送機器人
第11章 紅外線遙控器二足步行機器人
參考文獻