机器人技术基础与应用实践——基于模块化的机器人创意设计与实现 王留芳 曲凌 郝朝会 佘鹏飞
定 价：79 元
- 作者：王留芳 曲凌 郝朝会 佘鹏飞
- 出版时间：2024/2/1
- ISBN：9787111740490
- 出 版 社：机械工业出版社
- 中图法分类：TP24
- 页码：
- 纸张：胶版纸
- 版次：
- 开本：16开
本书介绍了模块化机器人的设计基础与进阶实践方法。全书包括绪论、初识机器人组件、编程基础、机器人控制系统的构建基础、机器人的机构设计基础、简单机构设计与实践、初识复杂系统、机器人产品的原型设计与实践、仿生机器人设计与实践、机器人的通信技术及自主创意设计实例。每个章节设计了系列应用实例，帮助读者及时理解知识点、学习设计思路。特别是第6章遵循目标分层递进的教学理念，设计了一系列接近工程实际的小项目，借以引导初学者从简单项目入手，通过基础、进阶、挑战等过程，由浅入深，逐级递进，实现设计目标。本书秉承以学生为中心、以能力培养为目标的教学宗旨，将知识学习和能力培养贯穿于教学实践全过程，使学生在实践过程中深刻体会“做中学，学中做，边学边做”的实践观以及知识“非用不活，非活无用”的学习理念。本书可作为高等院校本科生工程实践类课程的教材，也可作为教学参考用书，同时，还适合作为本科生及机器人爱好者的自学指导书。本书是新形态教材，读者可通过扫描书中二维码观看相关知识点授课视频。同时，本书配有电子教案、教学大纲等电子资源，需要的读者可登录www.cmpedu.com免费注册、审核通过后下载使用，或联系编辑索取（微信13146070618，电话010-88379739）。
本书遵循教指委相关指导文件和高等院校学生学习规律编写而成。践行四新理念，融入思政元素，注重理论与实践相结合。
机器人技术是一门涉及机械、电子、自动控制、计算机、传感器技术及人工智能（AI）等多学科知识的综合性应用技术，近年来得到了越来越多的关注。特别是随着AI、开源创客技术的快速发展，机器人设计和应用技术也在教育领域得以长足发展。作者经过多年教学实践和研究发现，很多学生虽然对机器人表现出浓厚的学习兴趣，但是在实际动手设计制作时，却又茫然无措，不知如何入手。相关教材不是理论深奥就是设计思路过于精简，对初学者而言，要从零开始学会机器人的结构设计、零部件加工、总装，实非易事。即使对于有基础的学生，要在有限课时内迅速理解机器人的动作机理，掌握各种机构的设计思路，制作出结构合理、性能优良、功能完善的机器人仍是难度极大的，这也是很多初学者在机器人学习之初畏难却步的主要原因。为了降低学习门槛，引导学生快速上手，本书引入功能强大、设计灵活、易于实现模块化结构设计的探索者组件，选择Arduino开源创客硬件为技术支撑进行控制系统设计，结合作者多年的实践教学经验和教学研究成果，通过任务细化分解、目标逐层递进的实践模式，从感兴趣或熟悉的工程任务入手，由浅入深，引导学生逐步学习掌握创意机器人设计的基本方法、步骤和编程控制思路。本书共分10章。第1～4章主要学习机器人设计的基础知识。其中，第1章主要介绍机器人构建支撑组件、Arduino IDE；第2章介绍用于机器人控制系统设计的C/C++编程语言的基本知识、功能库函数的应用等，为初学者奠定编程基础；第3章主要介绍Arduino开源创客实践平台，以及构建机器人控制系统的基础知识；第4章介绍机器人的机构设计基础。第5、6章主要介绍机器人的设计思路与控制方法。第5章学习简单机构的基本构成、设计搭建步骤、编程控制思路；第6章主要学习如何利用简单机构来构建多功能或复杂机构的机器人系统，通过贴近工程实际的应用实例，由浅入深地学习目标分层递进的设计方法，掌握机器人的设计技巧和设计思路。第7章以工业生产中的机器人产品原型机为模型，通过解构分析机器人的功能结构，学习产品机器人的设计思路和编程控制方法。第8章介绍仿生机器人的设计搭建与控制，以串联关节型、并联关节型、仿人机器人为例研究仿生机器人的特点，学习仿生机器人的设计、搭建与控制。第9章介绍机器人创意设计中的通信技术，包括串口通信（UART)、I2C总线通信、SPI总线通信、WiFi、蓝牙、无线数传等常用的通信方式，有助于实现和丰富机器人创意设计的功能拓展，解决多机通信及远程控制问题。第10章简要概述自主创意设计思路，并给出部分学生作品实例。考虑到20以下版本的Arduino 库函数的开源性更好，有助于初学者学习库函数编写，本书的Arduino IDE选择基于Windows 7、Windows 10以上的18版本。书上例程均可在18及以上版本的Arduino IDE中运行。需要本书示例参考程序的读者，可打开http://wwwcmpeducom网址或扫描书上二维码下载。感谢上海交通大学和北京机器时代有限公司的领导、黄蓓蕾等老师以及李新等工程师给予的支持和帮助，使本书得以顺利出版。由于水平有限，书中难免有疏漏之处，恳请广大读者批评指正。
王留芳，女，1969年6月，毕业于东南大学电气系电机电器专业，硕士，现任职于上海交通大学学生创新中心高级工程师。先后从事理论教学、实践教学与实践教学方法研究近30年。开设及主讲了10余门课程，授课学生数万人，发表科研和教学论文近20篇。荣获上海交通大学优秀教师三等奖、上海交通大学实验室先进工作者。指导多名学生获第一届、第二届探索者杯创新大赛一等奖并获得第二届优秀指导教师奖。近10年多来，坚持以学生为中心，以学生能力输出为目标的教学模式和教学方法探索与研究，先后获得产学研项目、学校教学改革、教学研究以及教学发展基金项目10多项，研究成果《中国大学教学》《实验室研究与探索》等发表了题“混合式工程实践教学模式研究”“面向多元化学生的工程实践教学方法研究”“多层次多模式电子电工实践教学改革与探索”等教学论文。
前言绪论01什么是机器人02机器人的发展历史03如何设计制作机器人第1章初识机器人组件11机器人零件的特点12基本零件及其连接121基本零件122辅助零件123构件的基本连接13设计与装配131常规设计与装配132自主设计与装配14控制装置及其功能简介141Arduino/Basra主控板142Bigfish扩展板143电路连接方法15配置编程环境151下载152安装153设置IDE选项参数16设计之体验：Blink17进阶实践18本章小结第2章编程基础21常量、变量与表达式211常量212变量213表达式22常用运算符221算术运算符222关系运算符和关系表达式223逻辑运算符和逻辑表达式224位操作运算符和使用注意事项225运算符的优先级和结合性23流程控制的基本结构231顺序结构232选择结构233循环结构24函数及其调用规则241函数的定义242函数的调用25复合数据类型251数组252字符数组26编译预处理261宏定义262文件包含263条件编译27库函数271常用的库函数及其调用272自定义库函数的编写及调用273关于库函数的几点说明28进阶实践29本章小结第3章机器人控制系统的构建基础31控制系统的基本构成 32I/O端口及其应用321数字I/O端口及其应用322模拟输入端口及其应用323模拟输出端口及其应用33中断331中断的概念332定时器中断及其应用333外部中断函数及其应用34键盘模块及其应用35常用显示模块及其应用351LED数码管及其应用3528×8 LED点阵及其应用353OLED有机发光二极管及其应用36常用执行机构及其应用361舵机及其控制362直流电机及其控制37进阶实践371主题实践（一）——按键功能模式切换的设计与实践372主题实践（二）——室内光线温度自动测控系统设计38本章小结第4章机器人的机构设计基础41机构的基本组成及分析42常用的平面机构421平面四杆机构及其应用实例422齿轮机构及其应用实例423凸轮机构及其应用实例43个性化的机构设计基础431基于形态学矩阵法的方案设计432计算机辅助设计433常用的设计制造工艺44进阶实践441主题实践（一）——设计一个LOGO442主题实践（二）——调光台灯的设计与制作45本章小结第5章简单机构的设计与实践51几种简单机构的设计与实践511机械手爪的设计与实践512自动感应门的设计与实践52多驱动简单机构的设计与实践521小车底盘的设计与实践522二自由度云台的设计与实践53进阶实践531主题实践（一）——自动伸缩门的设计与控制532主题实践（二）——智能台灯的设计与控制54本章小结第6章初识复杂系统61功能拓展——防夹感应门的设计与实践611设计要求612设计思路613动手实践62机构拓展——三自由度机械臂的设计与实践621设计要求622机构设计与搭建 623运动算法与控制实现63综合拓展——智能搬运小车的设计与实践631设计要求632设计思路64进阶实践641主题实践（一）——排爆机器人的设计与实践642主题实践（二）——猜拳机器人的设计与实践643主题实践（三）——三自由度机械臂的拓展设计与实践65本章小结第7章机器人产品的原型设计与实践71概述72预备知识721步进电机及其驱动控制722SH-ST扩展板723AccelStepper步进电机库函数简介73Delta机械臂的设计与实践731设计要求732Delta机械臂的结构设计733Delta机械臂的运动算法及控制实现74直角坐标型机械臂的设计与实践741设计要求742双轴直角坐标型机械臂的结构设计743双轴直角坐标型绘图机械臂的运动算法744双轴直角坐标型绘图机械臂的控制实现 75进阶实践751主题实践（一）——三轴绘图机械臂的设计与实践752主题实践（二）——桁架机械手的设计与实践76本章小结第8章仿生机器人的设计与实践81知识拓展与储备811SH-SR扩展板812多舵机辅助调试软件Controller813将数据写到flash814MPU6050陀螺仪及其应用82串联关节型仿生机器人的设计与实践821设计要求822串联四足仿生机器人的结构设计823串联关节型仿生机器人运动算法与控制83并联关节型仿生机器人的设计与实践831设计要求832并联仿生机器人的结构设计833并联仿生机器人运动算法与控制实现84多自由度双足机器人的设计与实践841设计要求842双足仿人机器人的结构设计843多自由度双足机器人运动算法844多自由度双足机
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