1.1 PVCBOT的控制技术概要

1.1.1 PVCBOT的控制定义

对PVCBOT机器人进行控制，是指利用控制器对机器人的运动状态进行控制，或操纵机器人在不同的运动状态之间进行切换。

（1）这里所说的控制器，可以是位于机器人外部的远程控制器（有线或无线遥控），即遥控控制器；也可以是位于机器人内部的自动（智能）控制器，即自控控制器。

（2）机器人的运动状态包括机器人的活动状态（运动、静止）、运动方向（前、后、左、右）以及运动方式（轮行、爬行）。

提示：关于遥控和自控的概念，在本书下一章会详细介绍。接下来我们针对行进类的PVCBOT机器人讨论机器人的控制原理，诸如机械臂之类的特殊机器人暂不讨论。

PVCBOT机器人控制原理的决定因素：

（1）动力布局：动力布局指机器人是单发动机、双发动机还是多发动机的，这些发动机又分别安装在什么位置。

（2）操控方式：操控方式指机器人是如何改变运动状态的，比如机器人是如何转向的，是通过转向轮还是利用差速控制。

（3）控制器类型：不管是采用远程控制器的机器人，还是采用自动控制器的机器人，它们的基本控制原理都是一样的，控制的效果也是类似的，唯一的区别就是发出指令的位置，也就是指令的来源不同。

（4）驱动形式：对于不同驱动形式（振动、轮式、履带、关节）的机器人，它们的控制原理都是类似的。一般来说在动力布局和操控方式确定之后，不管是振动驱动的机器人，还是轮式以及履带驱动的机器人，又或是关节驱动的机器人，都可以采用类似的控制方案。

提示：以上的结论只适用于在二维平面（陆地或水面）运动的机器人，而更复杂的在三维空间运动的机器人（飞行或潜水机器人）暂不讨论。

1.1.2 PVCBOT的控制方式

从控制方式划分，PVCBOT机器人可以分为无控机器人、有控机器人两种，而有控机器人又可以细分为遥控机器人和自控机器人两种，所以总体来说，PVCBOT机器人的控制方式就可以分为无控、遥控、自控这3种。

1. 无控

无控（Non-Control），即机器人的活动状态不受任何控制，完全是“无意识”地随机进行运动。

无控机器人是我们制造的第一阶段的PVCBOT机器人，即完成了“躯体”但是还没有被赋予“大脑”，它们仅能无意识地随机运动或以预先设置的特定方式运动。

我们曾介绍过的多数简易机器人都是如此，无控机器人基本不涉及指令控制，设计重点在机器人的结构及运动方式上。

此前的两册书介绍的项目大多属于无控机器人，比如“0号A型——暴走臭虫”“0号L型——晒太阳的甲虫”“0号S5型——法拉蜘蛛”等。

本书也将介绍两个无控机器人项目，即“0号D型——机器蚂蚁”（上页图左）和“0号E型——机器飞虫”（上页图右）。

2. 遥控

遥控（Remote Control），可以理解为在机器人外部进行远距离控制。一般是人工发出指令，机器人根据接收到的指令进行运动。遥控机器人就有点像被他人操纵的傀儡一样，没有独立的自主意识。

遥控机器人是我们第二阶段制作的PVCBOT机器人，它们除了拥有躯体之外，还被赋予了听从人工指令的能力，按照指令进行运动。

遥控通常指无线遥控，即无线远程控制，但严格来说，有线远程控制也属于遥控的范畴。

（1）有线控制（Cable Control）

有线控制，又称线控，指通过电缆、导线传输控制指令的远程操纵控制方式，也称为“有线遥控”，在PVCBOT系列中英文简称为“CControl”。

由于受到电缆长度的限制，有线控制一般支持的距离比较短，而且容易受到障碍物的影响。不过由于电缆连接具有较强的抗干扰能力，所以有线控制往往用在对稳定性要求比较高的场合。

有线控制的电路相对简单，比较适合初学者学习和制作。本书中我们将介绍两个DIY工具及部件项目：“TPE——干电池外接转换器”和“CC11——单路单通线控器”，把普通的PVCBOT无控机器人升级为线控机器人。另外，本书还将专门介绍一个独立的线控机器人项目——“40号B型——线控双轮行者”（见下图）。

（2）无线控制（Wireless Control）

无线控制，即不依赖电缆导线连接的远程操纵控制方式，也称为“无线遥控”，我们通常所说的遥控就是指无线控制。

由于通信传播媒介的不同，常见的无线控制又可以分为传统无线电（波）遥控（Radio Control）、红外遥控（Infrared Control）、蓝牙遥控（Bluetooth Control）等，在PVCBOT系列中对应的英文简称分别为RControl、IControl、BControl。

相对于有线控制，无线控制的控制距离更远一些。由于传播媒介的差异，不同的无线控制方式的控制距离有所不同，其中传统无线电（波）的控制距离最远，其次是蓝牙遥控（也属无线电的一种），最短的是红外遥控。由于无线方式不受电缆限制，所以对环境的适应能力更强；但由于无线方式容易受到干扰，所以无线控制相对有线控制来说没有那么稳定。

无线控制所涉及的电子电路相对比较复杂，这类机器人我们将在后续进阶内容中再介绍。

3. 自控

自控（Automatic Control），即自动、自主的控制，在PVCBOT系列中英文简称“AControl”，此类机器人一般不需要外界干预，拥有一定的自主意识，可以根据周围的环境情况自动调整运动状态。

自控机器人，又称为自律型机器人，是我们制作的高级PVCBOT机器人，它们拥有机械躯体的同时还拥有智能的电子大脑，并且可以探知周围的环境，自主进行调整与控制，以完成特定的活动。

对于自动控制的机器人，在此前的第2册书中我们已经介绍了两个比较简单的项目，即：具有悬崖巡边功能的“34号——守卫者”和具有避障功能的“1号——疯狂的小强”；而在本书中，我们将会介绍一个能够沿着光照方向运动的简易循光机器人“40号C型——光轮行者”（上页图左）以及能够自主保持平衡的自平衡双轮车“9号D型——忐忑者”（上页图右）。随着我们教程的推进，后续会发布更多高级的自动控制机器人。

另外值得一提的是，遥控和自控是可以同时存在的，高级机器人既可以自主进行一定的控制，也可以响应外部人为发出的操纵指令。

由于无控的含义就是没有控制，因此接下来我们讨论控制原理的时候，主要针对“遥控”和“自控”两种类型。

1.1.3 PVCBOT的控制概念

1. 路

“路”表示能够同时发送的指令数量，几路代表同时能够发送几个指令。

一次只能发送一个指令，多个指令是按顺序进行发送的叫单路；能够同时发送多个指令的统称为多路，其中能够同时发送两个指令的叫双路，能够同时发送几个指令就叫几路。

根据指令或者被操控机构的特性，控制可分为两种类型：开关型控制和连续型控制。

①开关型控制：对被控机构的状态进行单一通断切换的控制，比如控制电机的转、停。

②连续型控制：对被控机构的状态进行连续调整，比如控制电机的转速。

相对而言，连续型控制比开关型控制更为复杂，成本也更高，本书中的线控机器人主要采用开关型控制。

2. 通道

互相独立的指令数量，用“通道”来衡量，几个通道代表总共能够发送几种指令，每种指令对应执行一个动作。

只能发送一种指令，叫单通道；能够发送多种指令则统称多通道，两种指令叫双通道，几种指令就叫几通道。

例如，只控制机器小车前进或停止，那么就只需要单通道；要控制机器小车前、后、左、右移动，就需要四通道，再控制移动速度就需要五通道。

特别说明，控制机器小车所需要的通道数，与小车的动力布局、操控方式等因素有关，具体见本书后续章节中关于PVCBOT控制原理的相关内容。