船型機器人，又稱水上機器人或智能船，是一種集成了Arduino控制、傳感器技術和機械結構的水上移動平臺。它不僅是一個有趣的科技項目，更是學習機器人學、編程和電子工程的絕佳載體。本文將詳細介紹如何利用Arduino為核心，從設計到制作，打造一艘屬于自己的智能船型機器人。

一、 設計構思與材料準備

在動手之前，明確設計目標至關重要。是追求速度、穩定性，還是具備自動避障、循跡等功能？

1. 核心設計思路：
- 船體：提供浮力和穩定性。可以選擇現成的模型船殼，或用輕質、防水的材料（如泡沫板、3D打印件）自制。

• 動力系統：通常采用兩個直流減速電機分別驅動左右螺旋槳，通過差速實現轉向（類似坦克）。

• 控制核心：Arduino Uno或Nano板是理想選擇，負責處理指令和控制電機。

• 電源：推薦使用7.4V或11.1V的鋰電池組，需搭配相應的電壓穩壓模塊為Arduino和傳感器供電。

• 擴展功能：根據需要，可以集成超聲波傳感器（避障）、紅外傳感器（循跡）、藍牙/Wi-Fi模塊（無線遙控）、GPS模塊（自主導航）等。

2. 主要材料清單：
- Arduino開發板（如Uno）一塊

• 電機驅動模塊（如L298N或TB6612FNG）一個

• 直流減速電機（帶螺旋槳）兩個

• 鋰離子電池組及充電器一套

• 船體材料（泡沫板/塑料船殼）

• 連接線、開關、防水膠（如硅橡膠）、固定扎帶若干

• （可選）超聲波傳感器、藍牙模塊等

二、 圖文制作步驟詳解

步驟1：船體制作與動力安裝

• 如果使用泡沫板，可切割成如圖所示的平底或V型底船體形狀，以減小航行阻力。

• 在船尾對稱位置開孔，將兩個電機軸伸出，并確保螺旋槳完全浸入水中。使用防水膠對電機與船體的接縫處進行嚴格密封。

• 將電池、Arduino板和驅動板固定在船體內部重心位置，以保持平衡。

步驟2：電路連接

• 電機連接：將兩個電機的線分別接入電機驅動模塊的輸出端。

• 驅動模塊與Arduino連接：驅動模塊的輸入引腳（如IN1, IN2, IN3, IN4）連接至Arduino的數字引腳（如5,6,9,10），用于控制電機的正反轉和速度（PWM）。驅動模塊的電源接電池正負極。

• Arduino供電：將電池正極通過一個開關，再連接到驅動模塊的5V輸出端或一個獨立的5V穩壓模塊，為Arduino供電。

• （可選）傳感器連接：例如，將超聲波傳感器的Trig和Echo引腳接到Arduino的指定數字引腳。

步驟3：基礎程序編寫與測試
上傳一個簡單的測試程序，控制船只前進、后退和轉向。
`cpp
// 定義電機控制引腳
int motorLeft1 = 5; // 左電機引腳1
int motorLeft2 = 6; // 左電機引腳2
int motorRight1 = 9; // 右電機引腳1
int motorRight2 = 10;// 右電機引腳2

void setup() {
// 初始化所有電機控制引腳為輸出模式
pinMode(motorLeft1, OUTPUT);
pinMode(motorLeft2, OUTPUT);
pinMode(motorRight1, OUTPUT);
pinMode(motorRight2, OUTPUT);
}

void loop() {
// 示例：前進2秒
moveForward();
delay(2000);
// 右轉1秒
turnRight();
delay(1000);
// 停止1秒
stopMotors();
delay(1000);
}

// 自定義運動函數
void moveForward() {
// 左電機正轉
analogWrite(motorLeft1, 150); // PWM速度值
digitalWrite(motorLeft2, LOW);
// 右電機正轉
analogWrite(motorRight1, 150);
digitalWrite(motorRight2, LOW);
}
void turnRight() {
// 左電機正轉，右電機停轉或反轉，實現右轉
analogWrite(motorLeft1, 150);
digitalWrite(motorLeft2, LOW);
digitalWrite(motorRight1, LOW);
digitalWrite(motorRight2, LOW);
}
void stopMotors() {
// 所有電機引腳置低
digitalWrite(motorLeft1, LOW);
digitalWrite(motorLeft2, LOW);
digitalWrite(motorRight1, LOW);
digitalWrite(motorRight2, LOW);
}
`
在安全的水域（如浴缸、小水池）進行防水測試和基礎運動測試，確保船只按指令行動且無漏水。

步驟4：功能擴展與優化
- 無線遙控：添加藍牙模塊，利用手機APP或電腦發送指令，實現靈活控制。

• 自動避障：集成超聲波傳感器，編寫程序，當檢測到前方障礙物時自動轉向。

• 穩定性提升：可以考慮增加陀螺儀/加速度計模塊，編寫自平衡算法。

• 外觀與防水：對所有電子設備進行更好的防水處理（如使用防水盒、灌膠），并美化船體外觀。

三、 調試與注意事項

• 防水是第一要務：所有電子接口務必做好絕緣和防水，可多次測試確認。

• 重心與平衡：設備安裝要確保船體左右、前后平衡，防止側翻或點頭。

• 電源管理：注意電池電壓，避免過放。長時間不用時斷開電源。

• 代碼調試：先從陸上測試開始，逐步進行水上測試，利用串口監視器輸出傳感器數據輔助調試。

通過以上步驟，一艘由你親手打造的Arduino船型機器人便初具雛形。這個項目融合了機械、電子和編程知識，在實踐過程中你會遇到并解決各種問題，這正是創造的樂趣所在。你還可以為其添加攝像頭、機械臂或太陽能板，探索更廣闊的水下與水上自動化世界。祝你制作順利，航行成功！