從PIC開始！RC伺服機機器人製作入門

作者序

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