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PVCBOT【CControl】有线控制系列机器人
发表日期:2012-06-04 11:35:56 来源:PVC-Robot 作者: 【 】 浏览:4259次 评论:0
从本文开始,我们PVCBOT将开辟一个新的机器人系列——有线控制机器人,即使用有电缆连接的“控制器”去人为操纵机器人的行为动作,简称“线控机器人”。

 

【入门】31、PVCBOT【CControl】有线控制系列机器人 - PVCBOT - PVC-Robot

 

 


关于PVCBOT的控制方式

  从控制的方式来划分,我们PVCBOT机器人可以分为“无控”、“有控”两种类型,而“有控”细分出来又可以分为“遥控”和“自控”两种,所以总体来说控制方式就可以分为:无控遥控自控等三种类型。

 

  一、无控(No Control)

  无控,即没有控制,机器人的活动状态没有做任何控制,完全是“无意识”的随机进行运动。
  无控机器人可以认为是我们制造的第一阶段PVCBOT机器人,即完成了躯体但是还没有被赋予大脑和灵魂,它们仅能够无意识的随机运动或者以预先设置的特定方式运动。我们前面介绍的多数简单机器人都是如此,无控机器人基本上不涉及机器人的驱动控制,而主要重点在于机器人的结构以及运动方式的实现上

  我们之前介绍了的无控机器人主要包括:
  1、简单的:0号臭虫0号S蓄能臭虫17号斗虫
  2、太阳能的:2号蚊子3号小车4号风车5号陀螺6号比目鱼10号大比目鱼
  3、仿生的:11号猩猩12号吊绳13号双足14号四足15号六足16号爬虫18号尺蠖19号大尺蠖20号螃蟹21号人形22号六足步履23号四足步履24号机器马

 

  二、遥控(Remote Control)

  遥控,即外部远距离的控制,机器人的活动状态是受到位于外部远距离某方的控制,一般是“人工”发出的指令,机器人根据传来的人工“意识”进行运动。一定程度上说遥控就有点像被他人操纵的傀儡一样,没有独立的“自主意识”。
  遥控机器人可以认为是我们制作的第二阶段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,能够严格的执行指令所规定的运动

  遥控主要分为“有线控制”和“无线控制”两种方式:

  1)有线控制(Cable Control):即通过电缆连接进行的远程操纵控制方式,也被称为“有线遥控”,我们这里英文简称“CControl”。
  由于受到电缆长度的限制,“有线控制”一般相对支持控制的距离比较近,而且容易收到障碍物的影响。不过由于电缆方式的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”的控制电路相对比较简单,一般比较适合初学者学习和制作。我们将从当前开始陆续推出一批线控机器人——PVCBOT有线控制系列机器人

  2)无线控制(Wireless Control):即不依赖电路导线连接的远程操纵控制方式,因为控制距离相对远一些,也称“无线遥控”。
  根据通信媒介的不同,常见的无线控制主要又可以分为:无线电(波)遥控(Radio Control)红外遥控(Infrared Control)蓝牙遥控(Bluetooth Control)等等,我们这里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。而不同的“无线控制”方式,由于通信媒介特性的不同它们的控制距离又有不同,其中无线电(波)最远,其次到蓝牙,再到红外。虽然无线方式不受电缆限制所以对环境的适应性更强,但由于无线方式容易受到干扰,所以“无线控制”相对来说没有“有线控制”那么稳定和有保障。
  由于“无线控制”所涉及到的电子电路相对都比较复杂,所以这类机器人我们将在后续进阶内容中再进行介绍。


  三、自控(Automatic Control)

  自控,即自动自主的控制,我们这里英文简称“AControl”,此类机器人一般不需要外界干预,具有一定智能,拥有一定自主意识,可以根据周围的环境情况自动调整自己的运动方式。
  自控机器人可以认为是我们制作的高级阶段的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,可以探知周围的环境情况,并能够自主的判断以及进行自动调整与控制,来完成特定的活动。 

  对于“自动控制”的机器人,其实我们之前已经介绍了几个比较简单的,比如:具有避障功能的1号疯狂小强7号小强二代,具有追光功能的8号知了,具有平衡功能的9号平衡小车,具有巡边功能的25号老鼠等等。

  后续更多高级智能的“自动控制”机器人,也会随着我们教程的推进而不断发布出来。

 

  另外,值得特别说明的是,遥控和自控是可以同时存在的,高级的机器人本身既可以探知外界环境而自主的进行一定的控制,同时也能响应外部人为发出的操纵指令。

 

 

 


关于PVCBOT有线控制系列机器人

什么是PVCBOT线控机器人?

  PVCBOT有线控制系列机器人,简称:PVCBOT线控机器人,指通过响应电缆连接的“操纵控制器”传来的指令进行运动的PVCBOT机器人。
  PVCBOT线控机器人一般由“机器人本体”和“有线操纵控制器”两个部分组成,其中的“机器人本体”主要包括:机械结构、动力系统、能源系统等等;而“有线操纵控制器”其实就是机器人的控制系统,也就是说机器人的控制系统是位于机器人主体结构之外的,靠电缆连接操控人员与机器人
  PVCBOT线控机器人是基于模块化的通用设计原则,即:使用几款相对统一的标准“有线操纵控制器”,然后应用到不同的机器人结构上,从而形成一系列线控机器人项目。


PVCBOT线控机器人有什么意义?
  之所以推出PVCBOT线控机器人项目,主要是基于整体教程的进阶设计的考虑,这些项目使用的“有线控制器”相对简单,但涉及到被操控的机器人的驱动及控制原理却各有千秋,PVCBOT线控机器人除了介绍有线控制器的基本电路原理之外,其重点更多是放在机器人运动的基本驱动/制动原理上
  也就是说,我们希望使用电路相对简单的有线控制器,让大家暂时无需太多精力放在电子电路方面,而是把注意力集中在机器人整体的运动控制原理上,而这些控制原理其实也是我们后面智能机器人的基本控制原理,了解这些其实也就为是后续高级机器人项目打基础。最简单我们可以这样理解,假如我们把一个线控机器人的控制器换成稍微复杂一些的无线控制器,那么它就会变成无线控制机器人,而假如我们把它的控制器换成更复杂一些的自控智能控制器,那么它就会变成智能机器人

 

 


关于PVCBOT“有线操纵控制器”

  线控机器人的操纵控制器也就是带电缆连接的控制器,即:有线操纵控制器,简称:有线控制器。

  要了解“有线控制器”,我们先来了解一下有关“控制”的概念:

  1、通道能够操纵控制的执行机构的数量,用“通道”来衡量,几个通道代表几个执行机构。控制一个执行机构叫单通道;控制多个执行机构的统称多通道两个执行机构叫双通道,N个执行机构就叫N通道……比如:只要控制的机器人小车前进或停止,即控制小车的一台发动机,那么就只要单通道;而要控制机器人小车前、后、左、右,那么就需要四通道,假如再控制一个速度那么就是需要五通道。

  2、:同时能够发送的指令数量,用“路”来衡量,几路代表同时能够发送几个指令。假如一次只能发送一个指令,多个指令都是顺序发送的则叫单路;同时能够发多个指令的统称多路,同时发送两个指令的叫双路,同时发送N个指令的就叫N路……

  根据指令或者被操控机构的特性,控制可分为:开关型控制、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,比如电机的转、停。
  2、连续型控制:对被控机构的状态进行连续性的调整,比如电机的转速。

  从简考虑,在“PVCBOT线控机器人”阶段我们主要应用的是开关型控制


 

  对于“PVCBOT线控机器人”来说,“有线控制器”是基础。根据不同的配置(通道和路),我们将会选择几个有代表性的电子电路,设计制作成几款通用的“有线操纵控制器”以作为我们“PVCBOT线控机器人”的标准设备。

 

 

一、单路有线操纵控制器

  1.1、PVCBOT-CCtrl-12A 单路双通有线控制器(标准版)
   1.1.1、基本原理
   1.1.2、准备工作
   1.1.3、制作过程
   1.1.4、效果展示

  1.2、PVCBOT-CCtrl-12B 单路双通有线控制器(扩展版)
   1.2.1、基本原理
   1.2.2、准备工作
   1.2.3、制作过程
   1.2.4、效果展示

  1.3、PVCBOT-CCtrl-12M 单路双通有线控制器(微能版)

   1.3.1、基本原理
   1.3.2、准备工作
   1.3.3、制作过程
   1.3.4、效果展示

二、双路有线操纵控制器

  2.1、PVCBOT-CCtrl-24A 双路四通有线控制器(标准版)
   2.1.1、基本原理
   2.1.2、准备工作
   2.1.3、制作过程
   2.1.4、效果展示  

  2.2、PVCBOT-CCtrl-24B 双路四通有线控制器(扩展版)
   2.2.1、基本原理
   2.2.2、准备工作
   2.2.3、制作过程
   2.2.4、效果展示

  2.3、PVCBOT-CCtrl-24M 双路四通有线控制器(微能版)
   2.3.1、基本原理
   2.3.2、准备工作
   2.3.3、制作过程
   2.3.4、效果展示


 



PVCBOT-CCtrl-12A 单路双通有线控制器(标准版)

 

1.1.1、基本原理

  这里先介绍“单路双道有线控制器”,既然是单路那么同时就只能发送一个指令,而这里的双通道有点特殊,其实是控制同一个执行机构相反互斥的两种状态。本质上来说,当前的单路双通控制器,其实就是通过一根双线的电缆输出一组电源,可以控制电源电缆的两根导线之间正负极性的切换。我们可以直接用这切换极性的电源去控制机器人的状态。
  

  下面是一个简单的机器人小车的控制原理:
  1、机器人的动力是一个直流电机提供的,众所周知,直流电机的两个电极连接直流电源,通过改变两个电极所连接电源的正负极,可以改变电机的旋转方向(顺时针或逆时针),即可控制小车的前进或者后退。
  2、电源为两节7号电池,每节电池作为一个独立的供电单元,通过选择开关选择电机某一时刻由哪一个电池为其供电。如果前进时是一节电池供电,后退时则是另外一节电池以相反电流的方式供电。

【入门】31、PVCBOT【CControl】有线控制系列机器人 - PVCBOT - PVC-Robot


  依据以上控制原理,我们来设计当前的单路双通有线控制器:
  1、对于操纵开关,把普通的两状态的选择开关改为一个拥有三个状态的复位开关:
  (1)普通选择开关只有两个状态,则以上电路的电机不是正转就是反转,无法实现停止;换了三状态的复位开关之后就可以控制电机的正转、反转、停止三个状态。
  (2)普通选择开关两个状态是不会自动复位的,控制杆拨到左边就是固定在左边位置,要转到右边的话要重新往右拨,不是很符合动态控制习惯;而换成复位开关之后,无论控制杆拨到左边还是右边,放手后会自动恢复到中间位置,比较适合动态控制。
  2、再增加一个电源开关,虽然默认状态下作为控制杆的复位开关会自动停在中间位置不输出任何电流(相当于关的状态),但是为了完善控制还是可以考虑加上一个总开关(防止误操纵触发)。当然,假如是对稳定性要求不高要省略掉这个电源开关也是可以的。 

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  以下是“单路双通有线控制器”连接了控制目标(机器人本体的电机)的整体电路原理图。
  1、接通电源开关;
  2、操作开关默认在中间位置,机器人本体上的电机不转动,即机器人处于静止状态;
  3、左右(或上下)拨动操纵开关,控制机器人本体上的电机实现正转或反转,即机器人处于前进或后退状态。

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  为方便初学者,这里再提供电路焊接示意图。

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1.1.2、准备工作

  当前控制器的器材,主要包括:PVC线槽、电池/电池盒、拨动开关、复位开关、PH插头/插座、螺丝、导线等。

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  本项目采用宽度为4CM左右的PVC线槽,主要是作为控制器外壳能够安装下电池盒等,另外还有2节7号干电池。 

 

名称

 规格

数量 

用途 

1

电池盒

 7号电池盒 

1

 电源

2

拨动开关

 小拨动开关

1

 电源开关

3

复位开关

 小型复位开关

1

 操纵开关

4

电路板

 电路实验板/万用板/洞洞板

1

 

5

电缆

 2P排线,100CM

1

 控制电缆

6

插头

 PH2.02P,间距2mm

1

 电缆接口

7

M2*6螺丝/螺母

 直径2mm,长6mm,平头

2

 固定电池盒

8

M2*10螺丝/螺母

 直径2mm,长10mm

2

 固定电路板

9

M3垫片

 直径3mm

6

 垫电路板

 

 

 

 

 

 

  以下列出本项目的其他主要器件:

 

选项

名称

 规格

数量 

备注 

1

必选

PVC线槽

宽度4CM

长度15CM

1个单位

 

2

必选

干电池/充电电池

7

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1.3、制作过程

  下面介绍有线控制器的具体制作过程。

(1)操纵开关

  首先是安装操纵开关。

  如图所示,把3*6的洞洞板,横向最边上两侧的两个小孔用锥子撑大到直径2mm,作为安装孔,让M2的螺丝可以穿过。
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  把复位开关如图所示插到洞洞板上。
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  把复位开关的所有5个引脚都焊接到洞洞板上。
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  取宽度为4CM的PVC线槽凹槽部分,剪出长约8CM的一段,作为外壳的底部。
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  对着焊接了复位开关的洞洞板上的两个安装孔在外壳底部打两个直径2mm的固定孔,要求使得复位开关正好处于外壳底部的中间位置。
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  用M2*10的螺杆从外壳底面一侧穿出两个固定孔,再各套上两片M3的垫片。
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  然后再把焊接了复位开关的洞洞板装上,最后拧上M2的螺母固定好。
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(2)电池盒

  把电池盒装到如图所示的位置。
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  对着电池盒上的固定孔,在外壳底部对应位置各大一个直径2mm的小孔。
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  在电池盒中线抽头焊上一个导线,即在电池盒没有导线输出的一端用导线焊到电极上。
  注意:焊接时动作要快,否则温度上升过高,会让电极周围的电池盒外壳塑料熔掉从而导致电极脱落。
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  把电池盒借助M2*6的螺丝/螺母固定到外壳上。
  注意:为了保证外壳底面是平整的,可以让平头的M2*6螺杆从外壳底面穿出,而由于螺丝是穿过电池盒中部(也就是电池盒两个电池的中间空隙),而且螺丝本身不是太长,可以不用担心会顶住电池。
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  从外壳底面看复位开关电路板的固定螺丝和电池盒的固定螺丝。
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(3)电源开关

  在外壳底面的顶部侧壁,开一个宽度和拨动开关一样的卡槽,可以尝试一下拨动开关能够刚好卡在槽中。
  同时,把拨动开关前端部分用尖嘴钳往上折起。  
  注意:为方便加工可以先把复位开关电路板暂时拆除掉。
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  在卡槽四周以及内侧面上涂上502胶水,然后趁胶水未干迅速把拨动开关装入卡槽中,其中让拨动开关的引脚平面按压到卡槽内侧平面上,即把拨动开关的引脚粘贴在外壳上。
  另外,由于拨动开关是沿着卡槽两端拨动的,受到卡槽的卡位拨动开关不容易脱落。
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(4)电缆

  在外壳底部大约中心位置打一个直径2mm的小孔,作为电缆孔。(下图另外两个小孔是固定复位开关电路板的固定孔)

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  把电缆一侧长出大约4CM左右的地方打好一个结,然后如图所示把导线穿过电缆孔。
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(5)电路

  下面焊接控制电路。
  可以参照电路原理图或者焊接示意图把电路的焊接好。

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  作为操纵杆的复位开关是焊接在固定用的洞洞板上的,注意复位开关默认总共是5根引脚,其中两侧相邻的两根是互相联通的(即1与2、4与5),我们可以直接取最外侧的两根和最中间的一根引脚(即1、3、5).
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  完成电路的焊接,则可以把焊接了复位开关的洞洞板再用螺丝/螺母固定到外壳底面上。
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(6)外壳

  接下来完善外壳。

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  裁一段长约9.5CM左右的PVC线槽顶盖部分,然后直接套入作为外壳底部的PVC线槽凹槽部分的卡槽上。
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  沿着PVC线槽卡槽把顶盖一直往里推,直到顶盖抵住高出的复位开关为止。
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  对着复位开关的位置,在顶盖做好标识,并且在顶盖上用剪刀开出正好可以容纳复位开关的凹槽。
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  把顶盖四边以及四角如图所示剪成斜角。
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  然后再把外壳顶盖装到外壳底部槽上。
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  为了让外壳更牢固和更具密封性,我们再给外壳底部前后两端加上封板。
  可以剪两段4.5CM X 1.5CM左右的PVC方条。
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  对着外壳底部前后两端的缺口,把两根方条裁切到正好可以放入卡到外壳底部前后两端。
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  再用4段长1CM X 0.5CM的PVC方片,并折成直角,作为外壳前后两块封板的支撑架。
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  把支撑架涂上502胶水,然后粘贴在外壳前后两片封板和外壳底部之间,即把外壳前后封板固定起来。
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  再重新把外壳顶盖装上。
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  完成外壳制作的单路双通有线控制器。
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(7)接头

  下面制作电缆连线的接头。
  这里我们选用PH2.0的插接件作为可拔插的接口,“PH”是如下图所示的一种连接器件,其包括:插头、插座、端子三个部分,“2.0”代表引脚之间的间距为2mm。

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  把电缆前端的胶皮拨掉,用烙铁上好锡;准备好PH2.0-2P(2P代表2个连线端口)的插头以及端子(下图中的端子是封装在金属条上还没有拆下)。  

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  把端子从金属条上拆下。
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  用烙铁直接给端子凹槽中央上锡,然后把电缆导线焊接到凹槽中,注意凹槽中央两侧有各有一段突起的弯折片,在焊接好导线后用尖嘴钳把两侧的弯折片按下凹槽内侧,让其夹住导线的焊接点。
  注意:端子两侧也有突起弯折片的一侧是端子的尾部,而呈管状通道的一侧则是端子的头部,导线是从端子的尾部穿入到中部。
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  再用尖嘴钳把端子后部两侧的突起也向内按下,夹住电缆的导线胶皮部分,这样相当于同时也让导线外皮也受力避免拉扯导致的导线断路。
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  把连接好电缆导线的端子如图所示插入到PH的塑料插头中,如下图所示放置端子的插入方向。
  注意:尽量用尖嘴钳把端子中部和尾部两侧突起的弯折围着导线夹好,让端子整体呈圆管状,以便端子可以顺利插入到PH插头中。
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  最后端子头部顶上有一个小突起可以卡住插头前端槽口上的卡片,让端子不至于会脱落。
  注意:假如需要把端子退出插头,则需要先把插头顶部槽口里的卡片顶开,松开端子头部顶端的小突起,然后才能把端子从插头上卸下来。
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  完成电缆导线的接头。
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(8)调试

  把外壳顶盖推开,装入两节7号电池,准备开始调试。
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  由于PH插头的金属端子是内嵌在插头内部的,不方便引出测量调试,所以给PH插头套上PH插座,这样就可以把电缆导线引出进行测试了。
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  这里我们将借助万用表来测量电缆的电流输出是否正常。
  把万用表调到直流电压档(如DCV-20V),把万用表的表针接在PH插座的两根引脚上。

  打开拨动开关接通电源,默认操纵杆处于中间位置,万用表的读数为0V。
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  用手朝一个方向拨动操纵开关,可以看到指针有读数。  
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  再用手朝另外一个方向拨动操纵开关,这个时候可以看到指针也有读数,不过电流方向和上次的相反,即:有一次是正读数(没有负号),另一次是负读数(前面显示负号)。
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  假如调试的情况不如上面所描述的那样,则请核对电路原理图或者电路焊接示意图,检查电路焊接是否正确。 
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1.1.4、效果展示

  完成的单路双通有线控制器。

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PVCBOT-CCtrl-12B 单路双通有线控制器(扩展版)

 

1.2.1、基本原理

  ……

1.2.2、准备工作

  ……

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1.2.3、制作过程

  ……

(1)操纵开关

  ……

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(2)电池盒

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(3)电源开关

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(4)电缆

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(5)电路

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(6)外壳

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(7)接头

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(8)操纵杆

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(9)总装

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1.2.4、效果展示

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