课程第8课，共10课：树莓派Pico智能车——第8课：舵机与物体跟随

本教程是的一部分: SunFounder Raspberry Pi Pico Pico 4WD 智能汽车套件

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课程第8课，共10课：树莓派Pico智能车——第8课：舵机与物体跟随

本课来自Robojax的Raspberry Pi Pico智能小车课程，探讨了舵机的功能，以及如何利用它来制作一个物体跟随或“跟手”机器人。该项目超越了简单的电机控制，演示了如何将舵机驱动的超声波传感器与智能Python逻辑相结合，打造出一辆能够主动寻找并跟随其范围内物体的小车。这是机器人技术中的一个基本概念，使您能够构建交互式项目，例如跟随人的机器人、玩接球游戏的智能宠物，或追踪移动物体的自主安防摄像头。本课还涵盖了一个更简单的第二个项目：一辆能够自动接近、推动并后退离开特定距离区域内物体的小车。

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硬件与组件

本项目基于SunFounder Raspberry Pi Pico 4WD小车套件。本课使用的关键组件有：

Raspberry Pi Pico开发板
带电机的4WD智能小车底盘
舵机（为耐用起见，最好使用金属齿轮舵机）
超声波距离传感器（HC-SR04）
电机驱动板（小车套件的一部分）
RGB LED（用于视觉反馈）
电源（小车电池组）

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舵机是本课功能的核心。与持续旋转的标准直流电机不同，舵机设计为旋转到并保持特定的角度位置，通常在0到180度之间。这使得它非常适合精确瞄准超声波传感器。舵机的质量通常由其齿轮材料（塑料与金属）及其扭矩决定，这决定了其强度和耐用性。

工作原理

下图解释了代码的工作原理。

pi_pico_4WD_follow-hand_flow_chart

接线指南

本课的接线很简单，因为它建立在预组装的小车套件之上。关键连接是舵机，它必须连接到Pico上的特定GPIO引脚。

在视频中，讲师将舵机连接到Raspberry Pi Pico上的18号引脚。超声波传感器安装在舵机臂顶部，使其能够左右旋转以扫描区域。电机、RGB LED和电源的其余接线假定已从课程之前的课程中预先连接好。

如需详细的视觉指南，请参阅下面的接线图。

Sunfounder_Pico4DW-08-Follow-hand-ultrasonic_direction

代码解释

本课的Python代码围绕自定义的pico_4wd库构建，该库简化了复杂的硬件交互。用户可配置的部分位于脚本顶部，控制小车的行为。

以下是可以调整以自定义机器人“跟手”行为的关键变量：

car.RADAR_REFERENCE = 25：这是传感器能够“看到”的最大距离（以厘米为单位）。超出此距离的任何物体都会被忽略。您可以增大此值以使小车更敏感，或减小此值以要求更近的物体。
car.RADAR_MAX_ANGLE = 45 和 car.RADAR_MIN_ANGLE = -45：这些定义了舵机将扫描的最左（45）和最右（-45）角度。这在小车前方创建了90度的视野。
car.RADAR_STEP_ANGLE = 10：这是舵机在扫描点之间移动的增量（以度为单位）。较小的步长（例如5）提供更精细的分辨率，但完成完整扫描需要更长时间。较大的步长（例如15）扫描更快，但精度较低。
MOTOR_FORWARD_POWER = 40：这设置了小车向检测到的物体前进时使用的电机功率（0-100）。调整此值以改变小车的追逐速度。
MOTOR_TURNING_POWER = 40：这设置了小车转向面对物体时使用的电机功率。较高的值将使小车更积极地转向。

main()函数的主要逻辑是一个连续循环。它首先调用car.radar_scan()，该函数返回一个由'1'和'0'组成的字符串，表示在每个扫描角度是否检测到物体（'1'表示物体在参考距离内）。然后代码分析此字符串，找到最大的连续'1'组，这表示检测到物体的中心。根据该中心在扫描场中的位置，小车被命令左转、右转或前进，以与物体对齐并跟随它。

现场项目演示

该视频清晰地展示了项目的实际运行效果。讲师首先运行一个测试脚本，演示舵机如何移动到精确的角度，如90度、0度和-90度。这对于理解舵机的转动范围以及正确安装超声波传感器至关重要。

安装传感器后，展示了“跟随手”功能。当讲师将手在车前移动时，安装在舵机上的传感器左右扫描。小车的逻辑处理传感器数据，并转动车轮朝检测到的手的方向转向，从而有效地在地面上跟随手移动。演示突出了小车如何在物体移动时追踪它，并相应地调整方向。还展示了第二个项目，其中小车被编程为：如果检测到物体在10到20厘米之间，则接近并推动物体；如果物体太近（小于10厘米），则后退。

关键要点

本课是使用舵机制造交互式机器人行为的绝佳入门。通过将舵机与距离传感器结合，你可以构建一个具有“视觉感知”的机器人，能够主动追踪并响应其环境。调整扫描角度、步长和电机功率等参数的能力，使你能对机器人的行为进行精细控制，这是任何机器人项目的关键技能。

章节

[00:00] 舵机与物体跟随简介
[01:48] 课程套件功能与特性
[03:08] 理解舵机工作原理
[06:08] 使用Python代码测试舵机
[09:59] 解释“跟随手”功能
[10:49] 演示“跟随手”功能
[15:37] 项目：物体推动与后退
[18:40] 物体推动项目演示
[19:25] 总结与后续步骤

图像

pico-4wd_main

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pi_pico_4WD_follow-hand

pi_pico_4WD_follow-hand

pi_pico_4WD_follow-hand_flow_chart

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Sunfounder_Pico4DW-08-Follow-hand-ultrasonic_direction

Sunfounder_Pico4DW-08-Follow-hand-ultrasonic_direction

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如果代码不可见，请查看该页面的英文版。对此造成的不便我们深表歉意。

905-Lesson 8/10 Pi Pico 4WD card Python code: follow hand

语言: C++

# Lesson 8/10 Pi Car Pico 4WD: Follow hand
# Download and resource page https://robojax.com/RJT630

import pico_4wd as car

car.RADAR_REFERENCE = 25
car.RADAR_MAX_ANGLE = 45
car.RADAR_MIN_ANGLE = -45
car.RADAR_STEP_ANGLE = 10
MOTOR_FORWARD_POWER = 40
MOTOR_TURNING_POWER = 40

def main():
    while True:
        radar_data = car.radar_scan()
        if isinstance(radar_data, int):
            continue
        radar_data = [str(i) for i in radar_data]
        radar_data = "".join(radar_data)
        paths = radar_data.split("1")
        length_list = []
        for path in paths:
            length_list.append(len(path))
        if max(length_list) == 0:
            car.move("stop") 
        else:
            i = length_list.index(max(length_list))
            pos = radar_data.index(paths[i])
            pos += (len(paths[i]) - 1) / 2
            delta = len(radar_data) / 3
            if pos < delta:
                car.move("right", MOTOR_TURNING_POWER)
            elif pos > 2 * delta:
                car.move("left", MOTOR_TURNING_POWER)
            else:
                #if radar_data[int(len(radar_data)/2-1)] == "0":
                #    car.move("stop")
                #else:
                car.move("forward", MOTOR_FORWARD_POWER)

try:
    main()
finally:
    car.move("stop")
    car.set_light_off()

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资源与参考

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