在當(dāng)今中國乃至世界，機器人技術(shù)正處于一個蓬勃發(fā)展的階段，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、醫(yī)療衛(wèi)生及生活服務(wù)等許多領(lǐng)域獲得越來越多的應(yīng)用。越來越多的機器人愛好者開始了機器人設(shè)計與制作的探索和實踐，甚至相當(dāng)一部分的學(xué)齡兒童，在4~6歲就已經(jīng)開始接受機器人的啟蒙教育。機器人課程以及與機器人相關(guān)的科技比賽，向來都是最受學(xué)生喜歡的活動內(nèi)容，學(xué)習(xí)、參與的興趣十分濃厚。
本書具有以下特點：
(1) 層次分明，知識點以遞進(jìn)方式逐步引入。本書從機器人的機械結(jié)構(gòu)出發(fā)，介紹機器人的各種構(gòu)造，給人立體的認(rèn)識，然后逐步引入機械結(jié)構(gòu)的制作工具及運動學(xué)分析，給予理論支撐與分析。在此基礎(chǔ)上結(jié)合機械結(jié)構(gòu)裝配動力系統(tǒng)，再進(jìn)一步介紹電路控制、設(shè)計與調(diào)試。知識點的編排遵循從基礎(chǔ)到一般，從簡單到復(fù)雜的原則，既考慮了與理論教學(xué)同步，又考慮了學(xué)生學(xué)習(xí)循序漸進(jìn)的過程。全書章節(jié)之間既相對獨立，又有一定的梯度，層次分明。
(2) 積累經(jīng)驗，突出創(chuàng)新。本書的編寫人員都是具有五年以上大學(xué)生機器人技術(shù)競賽經(jīng)驗的指導(dǎo)教師，編者根據(jù)近年來從事機器人技術(shù)教學(xué)、科研及實踐經(jīng)驗，總結(jié)了大量既往項目的經(jīng)驗，所列知識點系統(tǒng)全面。本書從初學(xué)者角度出發(fā)，以多年經(jīng)驗做總結(jié)，將制作機器人所用的工具與方法進(jìn)行了系統(tǒng)的歸納與提煉，初學(xué)者根據(jù)這本書就能全面掌握機器人制作的基本知識與技能。
(3) 結(jié)合技術(shù)發(fā)展及學(xué)科競賽，突出實踐，可操作性強。本書對機器人制作所需工具、軟件及控制系統(tǒng)使用都有詳細(xì)介紹，如當(dāng)下被工程師廣泛使用的Solidworks、Altium Designer設(shè)計軟件以及Arduino控制系統(tǒng)，都有詳細(xì)的使用介紹，使初學(xué)者可以快速入門。書中還配備了大量圖片，以充分提升讀者興趣，并結(jié)合實踐教學(xué)的特點，以小型機器人為例，進(jìn)行綜合性實驗設(shè)計編排，具有較強的實際意義，可作為參加各類機器人大賽、創(chuàng)新大賽等科技創(chuàng)新活動的參考資料。
本書由北京科技大學(xué)高等工程師學(xué)院工程訓(xùn)練中心電子實習(xí)基地周珂、白艷茹擔(dān)任主編，呂振、劉濤擔(dān)任副主編，張攀、史勝西、張沙沙參編。成書過程得到了北京科技大學(xué)教材建設(shè)的經(jīng)費資助，為全書的編寫及實驗項目設(shè)計驗證提供了保障。
由于編者水平有限，書中難免存在不當(dāng)和謬誤之處，敬請有關(guān)專家和讀者指正。
編者2019年3月
周珂，北京科技大學(xué)工程訓(xùn)練中心副主任，中國人工智能學(xué)會機器博弈專業(yè)委員會常務(wù)委員。編著國家級工程示范中心十二五規(guī)劃教材《電子技術(shù)實習(xí)教程》，從事電子技術(shù)、工程實踐教學(xué)，并長期指導(dǎo)機電結(jié)合、信息技術(shù)類學(xué)生科技競賽活動，帶領(lǐng)學(xué)生在全國大學(xué)生機器人大賽、全國大學(xué)生計算機博弈大賽、全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽等賽事中獲得國家級獎項數(shù)十項，具有豐富的科技創(chuàng)新及實踐教學(xué)經(jīng)驗。
第1章緒論
1.1機器人的發(fā)展
1.1.1古代機器人
1.1.2現(xiàn)代機器人
1.2機器人發(fā)展熱點方向
1.2.1工業(yè)機器人
1.2.2仿生機器人
1.2.3軍用機器人
1.2.4服務(wù)機器人
思考題與習(xí)題
第2章制作機器人常用工具及安全事項
2.1機械制作工具
2.1.1常用五金用具、工具及量具
2.1.2小型臺鉆的使用
2.2電子制作工具及測量儀器
2.2.1電子制作工具
2.2.2常用測量儀器
2.3操作安全
2.3.1工具使用注意事項
2.3.2眼睛與耳朵的防護(hù)
2.4電池安全
2.5焊接安全
2.6用電安全
2.6.1交流電用電安全
2.6.2防靜電損害
2.7急救知識
思考題與習(xí)題
第3章小型機器人的設(shè)計和運動學(xué)分析
3.1自主移動機器人的機械結(jié)構(gòu)
3.1.1腿式機器人
3.1.2輪式機器人
3.1.3履帶式機器人
3.1.4其他機器人結(jié)構(gòu)
3.2差動機器人運動學(xué)分析與軌跡控制的實現(xiàn)
3.2.1機器人建模與運動學(xué)分析
3.2.2運動軌跡控制的實現(xiàn)
3.3差動驅(qū)動機器人動力學(xué)分析
3.3.1左右輪驅(qū)動力矩模型
3.3.2機器人制動的力學(xué)模型
思考題與習(xí)題
第4章機械設(shè)計輔助軟件
4.1SolidWorks簡介
4.2零件造型設(shè)計
4.2.1創(chuàng)建新零件文件
4.2.2創(chuàng)建草圖
4.2.3創(chuàng)建零件特征
4.3部件造型設(shè)計
4.3.1創(chuàng)建裝配體項目
4.3.2添加裝配元件
4.3.3移動或者旋轉(zhuǎn)元件
4.3.4元件的配合
4.3.5裝配體配合實例
4.4繪制工程圖
4.4.1進(jìn)入工程圖環(huán)境
4.4.2創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)三視圖
4.4.3尺寸標(biāo)注
4.4.4編輯尺寸
4.4.5添加文本注釋
思考題與習(xí)題
第5章小型機器人機械結(jié)構(gòu)的制作及裝配
5.1小型機器人常用制作材料
5.1.1木質(zhì)材料
5.1.2塑料材料
5.1.3金屬材料
5.1.4輕型復(fù)合材料(碳纖維)
5.2常用機械零件
5.2.1連接零件
5.2.2軸承
5.2.3聯(lián)軸器
5.3小型機器人制作常用基本操作
5.3.1劃線
5.3.2鋸削
5.3.3銼削
5.3.4孔加工
5.3.5攻、套螺紋
5.3.6鉚接
5.4小型機器人制作常用裝配技術(shù)
5.4.1裝配的基礎(chǔ)知識
5.4.2裝配過程
5.4.3典型件的裝配
5.4.4小型機器人裝配實例
思考題與習(xí)題
第6章動力系統(tǒng)設(shè)計及制作
6.1電池的選擇
6.1.1適用于機器人的電池種類
6.1.2電池參數(shù)的選擇
6.1.3電池組的制作
6.1.4常見問題及解決方案
6.2電動機的選擇
6.2.1直流電動機
6.2.2交流電動機
6.2.3步進(jìn)電機
6.3直流電動機的控制原理
6.4步進(jìn)電機的控制原理
6.5舵機的控制及使用
思考題與習(xí)題
第7章電路設(shè)計及制作
7.1常用電子元器件的選用與檢測
7.1.1電阻器及電位器的選用及檢測
7.1.2電容器的選用及檢測
7.1.3電感器的選用及檢測
7.1.4二極管的選用及檢測
7.1.5三極管的選用及檢測
7.1.6集成電路的選用及檢測
7.1.7開關(guān)、繼電器的選用及檢測
7.1.8其他常見元器件
7.2電路設(shè)計
7.2.1電路板的種類及選型
7.2.2Altium Designer軟件介紹
7.2.3元器件封裝庫
7.2.4電路原理圖設(shè)計
7.2.5印制電路板設(shè)計
7.3印制電路板制作
7.3.1印制電路板熱轉(zhuǎn)印制作工藝
7.3.2印制電路板感光板制作工藝
7.4電路焊接技術(shù)
7.4.1電子元器件的安裝工藝
7.4.2分立元器件的手工焊接工藝
7.4.3貼片元器件的手工焊接工藝
思考題與習(xí)題
第8章電路調(diào)試及故障檢修
8.1電子電路基本調(diào)試技術(shù)
8.1.1調(diào)試的一般原則
8.1.2調(diào)試準(zhǔn)備
8.1.3調(diào)試步驟
8.1.4調(diào)試注意事項
8.2常見電磁干擾
8.2.1電磁干擾基本知識
8.2.2電磁干擾的觀測
8.3干擾抑制技術(shù)
8.3.1抑制技術(shù)基礎(chǔ)知識
8.3.2干擾抑制技術(shù)的應(yīng)用
8.4電子電路的故障檢修
8.4.1故障檢修的流程及方法
8.4.2基本元器件拆卸方法
8.4.3貼片元器件拆卸方法
思考題與習(xí)題
第9章小型智能機器人控制器設(shè)計
9.1Arduino介紹
9.2控制器開發(fā)板簡介
9.3控制器片上資源介紹
9.4下載開發(fā)環(huán)境Arduino IDE
9.5安裝開發(fā)環(huán)境Arduino IDE
9.6安裝驅(qū)動程序
9.7程序燒錄
9.8Arduino IDE用戶界面
9.9Arduino編程語言
9.9.1Arduino編程基礎(chǔ)
9.9.2數(shù)字I/O口的操作函數(shù)
9.9.3模擬I/O口的操作函數(shù)
9.9.4高級I/O口的操作函數(shù)Pulseln(pin，state，timeout)
9.9.5時間函數(shù)
9.9.6中斷函數(shù)
9.9.7串口通信函數(shù)
9.9.8Arduino的庫函數(shù)
9.10在線信息
思考題與習(xí)題
第10章小型機器人的傳感器設(shè)計
10.1傳感器基礎(chǔ)
10.1.1傳感器的定義
10.1.2傳感器的組成
10.1.3傳感器的分類
10.1.4傳感器的工作原理
10.1.5傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域
10.2紅外循跡傳感器的應(yīng)用
10.2.1紅外循跡傳感器
10.2.2小型機器人的紅外循跡傳感器應(yīng)用實例
10.3紅外遙控傳感器的應(yīng)用
10.3.1紅外遙控系統(tǒng)原理
10.3.2小型機器人的紅外遙控傳感器應(yīng)用實例
10.4超聲波測距傳感器的應(yīng)用
10.4.1超聲波測距傳感器原理
10.4.2HCSR04型超聲波測距模塊
10.4.3小型機器人超聲波測距傳感器應(yīng)用實例
10.5藍(lán)牙模塊的應(yīng)用
10.5.1藍(lán)牙技術(shù)簡介
10.5.2BTHC05藍(lán)牙模塊
10.5.3BTHC05藍(lán)牙模塊AT指令集
10.5.4小型機器人BTHC05藍(lán)牙模塊應(yīng)用實例
思考題與習(xí)題
參考文獻(xiàn)
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