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本書介紹了模塊化機器人的設(shè)計基礎(chǔ)與進階實踐方法。全書包括緒論、初識機器人組件、編程基礎(chǔ)、機器人控制系統(tǒng)的構(gòu)建基礎(chǔ)、機器人的機構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)、簡單機構(gòu)設(shè)計與實踐、初識復(fù)雜系統(tǒng)、機器人產(chǎn)品的原型設(shè)計與實踐、仿生機器人設(shè)計與實踐、機器人的通信技術(shù)及自主創(chuàng)意設(shè)計實例。每個章節(jié)設(shè)計了系列應(yīng)用實例，幫助讀者及時理解知識點、學(xué)習(xí)設(shè)計思路。特別是第6章遵循目標(biāo)分層遞進的教學(xué)理念，設(shè)計了一系列接近工程實際的小項目，借以引導(dǎo)初學(xué)者從簡單項目入手，通過基礎(chǔ)、進階、挑戰(zhàn)等過程，由淺入深，逐級遞進，實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)。本書秉承以學(xué)生為中心、以能力培養(yǎng)為目標(biāo)的教學(xué)宗旨，將知識學(xué)習(xí)和能力培養(yǎng)貫穿于教學(xué)實踐全過程，使學(xué)生在實踐過程中深刻體會“做中學(xué)，學(xué)中做，邊學(xué)邊做”的實踐觀以及知識“非用不活，非活無用”的學(xué)習(xí)理念。本書可作為高等院校本科生工程實踐類課程的教材，也可作為教學(xué)參考用書，同時，還適合作為本科生及機器人愛好者的自學(xué)指導(dǎo)書。本書是新形態(tài)教材，讀者可通過掃描書中二維碼觀看相關(guān)知識點授課視頻。同時，本書配有電子教案、教學(xué)大綱等電子資源，需要的讀者可登錄www.cmpedu.com免費注冊、審核通過后下載使用，或聯(lián)系編輯索�。ㄎ⑿�13146070618，電話010-88379739）。

機器人技術(shù)是一門涉及機械、電子、自動控制、計算機、傳感器技術(shù)及人工智能（AI）等多學(xué)科知識的綜合性應(yīng)用技術(shù)，近年來得到了越來越多的關(guān)注。特別是隨著AI、開源創(chuàng)客技術(shù)的快速發(fā)展，機器人設(shè)計和應(yīng)用技術(shù)也在教育領(lǐng)域得以長足發(fā)展。作者經(jīng)過多年教學(xué)實踐和研究發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生雖然對機器人表現(xiàn)出濃厚的學(xué)習(xí)興趣，但是在實際動手設(shè)計制作時，卻又茫然無措，不知如何入手。相關(guān)教材不是理論深奧就是設(shè)計思路過于精簡，對初學(xué)者而言，要從零開始學(xué)會機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計、零部件加工、總裝，實非易事。即使對于有基礎(chǔ)的學(xué)生，要在有限課時內(nèi)迅速理解機器人的動作機理，掌握各種機構(gòu)的設(shè)計思路，制作出結(jié)構(gòu)合理、性能優(yōu)良、功能完善的機器人仍是難度極大的，這也是很多初學(xué)者在機器人學(xué)習(xí)之初畏難卻步的主要原因。為了降低學(xué)習(xí)門檻，引導(dǎo)學(xué)生快速上手，本書引入功能強大、設(shè)計靈活、易于實現(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計的探索者組件，選擇Arduino開源創(chuàng)客硬件為技術(shù)支撐進行控制系統(tǒng)設(shè)計，結(jié)合作者多年的實踐教學(xué)經(jīng)驗和教學(xué)研究成果，通過任務(wù)細化分解、目標(biāo)逐層遞進的實踐模式，從感興趣或熟悉的工程任務(wù)入手，由淺入深，引導(dǎo)學(xué)生逐步學(xué)習(xí)掌握創(chuàng)意機器人設(shè)計的基本方法、步驟和編程控制思路。本書共分10章。第1～4章主要學(xué)習(xí)機器人設(shè)計的基礎(chǔ)知識。其中，第1章主要介紹機器人構(gòu)建支撐組件、Arduino IDE；第2章介紹用于機器人控制系統(tǒng)設(shè)計的C/C++編程語言的基本知識、功能庫函數(shù)的應(yīng)用等，為初學(xué)者奠定編程基礎(chǔ)；第3章主要介紹Arduino開源創(chuàng)客實踐平臺，以及構(gòu)建機器人控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識；第4章介紹機器人的機構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)。第5、6章主要介紹機器人的設(shè)計思路與控制方法。第5章學(xué)習(xí)簡單機構(gòu)的基本構(gòu)成、設(shè)計搭建步驟、編程控制思路；第6章主要學(xué)習(xí)如何利用簡單機構(gòu)來構(gòu)建多功能或復(fù)雜機構(gòu)的機器人系統(tǒng)，通過貼近工程實際的應(yīng)用實例，由淺入深地學(xué)習(xí)目標(biāo)分層遞進的設(shè)計方法，掌握機器人的設(shè)計技巧和設(shè)計思路。第7章以工業(yè)生產(chǎn)中的機器人產(chǎn)品原型機為模型，通過解構(gòu)分析機器人的功能結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)產(chǎn)品機器人的設(shè)計思路和編程控制方法。第8章介紹仿生機器人的設(shè)計搭建與控制，以串聯(lián)關(guān)節(jié)型、并聯(lián)關(guān)節(jié)型、仿人機器人為例研究仿生機器人的特點，學(xué)習(xí)仿生機器人的設(shè)計、搭建與控制。第9章介紹機器人創(chuàng)意設(shè)計中的通信技術(shù)，包括串口通信（UART)、I2C總線通信、SPI總線通信、WiFi、藍牙、無線數(shù)傳等常用的通信方式，有助于實現(xiàn)和豐富機器人創(chuàng)意設(shè)計的功能拓展，解決多機通信及遠程控制問題。第10章簡要概述自主創(chuàng)意設(shè)計思路，并給出部分學(xué)生作品實例�？紤]到20以下版本的Arduino 庫函數(shù)的開源性更好，有助于初學(xué)者學(xué)習(xí)庫函數(shù)編寫，本書的Arduino IDE選擇基于Windows 7、Windows 10以上的18版本。書上例程均可在18及以上版本的Arduino IDE中運行。需要本書示例參考程序的讀者，可打開http://wwwcmpeducom網(wǎng)址或掃描書上二維碼下載。感謝上海交通大學(xué)和北京機器時代有限公司的領(lǐng)導(dǎo)、黃蓓蕾等老師以及李新等工程師給予的支持和幫助，使本書得以順利出版。由于水平有限，書中難免有疏漏之處，懇請廣大讀者批評指正。

前言緒論01什么是機器人02機器人的發(fā)展歷史03如何設(shè)計制作機器人第1章初識機器人組件11機器人零件的特點12基本零件及其連接121基本零件122輔助零件123構(gòu)件的基本連接13設(shè)計與裝配131常規(guī)設(shè)計與裝配132自主設(shè)計與裝配14控制裝置及其功能簡介141Arduino/Basra主控板142Bigfish擴展板143電路連接方法15配置編程環(huán)境151下載152安裝153設(shè)置IDE選項參數(shù)16設(shè)計之體驗：Blink17進階實踐18本章小結(jié)第2章編程基礎(chǔ)21常量、變量與表達式211常量212變量213表達式22常用運算符221算術(shù)運算符222關(guān)系運算符和關(guān)系表達式223邏輯運算符和邏輯表達式224位操作運算符和使用注意事項225運算符的優(yōu)先級和結(jié)合性23流程控制的基本結(jié)構(gòu)231順序結(jié)構(gòu)232選擇結(jié)構(gòu)233循環(huán)結(jié)構(gòu)24函數(shù)及其調(diào)用規(guī)則241函數(shù)的定義242函數(shù)的調(diào)用25復(fù)合數(shù)據(jù)類型251數(shù)組252字符數(shù)組26編譯預(yù)處理261宏定義262文件包含263條件編譯27庫函數(shù)271常用的庫函數(shù)及其調(diào)用272自定義庫函數(shù)的編寫及調(diào)用273關(guān)于庫函數(shù)的幾點說明28進階實踐29本章小結(jié)第3章機器人控制系統(tǒng)的構(gòu)建基礎(chǔ)31控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成 32I/O端口及其應(yīng)用321數(shù)字I/O端口及其應(yīng)用322模擬輸入端口及其應(yīng)用323模擬輸出端口及其應(yīng)用33中斷331中斷的概念332定時器中斷及其應(yīng)用333外部中斷函數(shù)及其應(yīng)用34鍵盤模塊及其應(yīng)用35常用顯示模塊及其應(yīng)用351LED數(shù)碼管及其應(yīng)用3528×8 LED點陣及其應(yīng)用353OLED有機發(fā)光二極管及其應(yīng)用36常用執(zhí)行機構(gòu)及其應(yīng)用361舵機及其控制362直流電機及其控制37進階實踐371主題實踐（一）——按鍵功能模式切換的設(shè)計與實踐372主題實踐（二）——室內(nèi)光線溫度自動測控系統(tǒng)設(shè)計38本章小結(jié)第4章機器人的機構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)41機構(gòu)的基本組成及分析42常用的平面機構(gòu)421平面四桿機構(gòu)及其應(yīng)用實例422齒輪機構(gòu)及其應(yīng)用實例423凸輪機構(gòu)及其應(yīng)用實例43個性化的機構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)431基于形態(tài)學(xué)矩陣法的方案設(shè)計432計算機輔助設(shè)計433常用的設(shè)計制造工藝44進階實踐441主題實踐（一）——設(shè)計一個LOGO442主題實踐（二）——調(diào)光臺燈的設(shè)計與制作45本章小結(jié)第5章簡單機構(gòu)的設(shè)計與實踐51幾種簡單機構(gòu)的設(shè)計與實踐511機械手爪的設(shè)計與實踐512自動感應(yīng)門的設(shè)計與實踐52多驅(qū)動簡單機構(gòu)的設(shè)計與實踐521小車底盤的設(shè)計與實踐522二自由度云臺的設(shè)計與實踐53進階實踐531主題實踐（一）——自動伸縮門的設(shè)計與控制532主題實踐（二）——智能臺燈的設(shè)計與控制54本章小結(jié)第6章初識復(fù)雜系統(tǒng)61功能拓展——防夾感應(yīng)門的設(shè)計與實踐611設(shè)計要求612設(shè)計思路613動手實踐62機構(gòu)拓展——三自由度機械臂的設(shè)計與實踐621設(shè)計要求622機構(gòu)設(shè)計與搭建 623運動算法與控制實現(xiàn)63綜合拓展——智能搬運小車的設(shè)計與實踐631設(shè)計要求632設(shè)計思路64進階實踐641主題實踐（一）——排爆機器人的設(shè)計與實踐642主題實踐（二）——猜拳機器人的設(shè)計與實踐643主題實踐（三）——三自由度機械臂的拓展設(shè)計與實踐65本章小結(jié)第7章機器人產(chǎn)品的原型設(shè)計與實踐71概述72預(yù)備知識721步進電機及其驅(qū)動控制722SH-ST擴展板723AccelStepper步進電機庫函數(shù)簡介73Delta機械臂的設(shè)計與實踐731設(shè)計要求732Delta機械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計733Delta機械臂的運動算法及控制實現(xiàn)74直角坐標(biāo)型機械臂的設(shè)計與實踐741設(shè)計要求742雙軸直角坐標(biāo)型機械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計743雙軸直角坐標(biāo)型繪圖機械臂的運動算法744雙軸直角坐標(biāo)型繪圖機械臂的控制實現(xiàn) 75進階實踐751主題實踐（一）——三軸繪圖機械臂的設(shè)計與實踐752主題實踐（二）——桁架機械手的設(shè)計與實踐76本章小結(jié)第8章仿生機器人的設(shè)計與實踐81知識拓展與儲備811SH-SR擴展板812多舵機輔助調(diào)試軟件Controller813將數(shù)據(jù)寫到flash814MPU6050陀螺儀及其應(yīng)用82串聯(lián)關(guān)節(jié)型仿生機器人的設(shè)計與實踐821設(shè)計要求822串聯(lián)四足仿生機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計823串聯(lián)關(guān)節(jié)型仿生機器人運動算法與控制83并聯(lián)關(guān)節(jié)型仿生機器人的設(shè)計與實踐831設(shè)計要求832并聯(lián)仿生機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計833并聯(lián)仿生機器人運動算法與控制實現(xiàn)84多自由度雙足機器人的設(shè)計與實踐841設(shè)計要求842雙足仿人機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計843多自由度雙足機器人運動算法844多自由度雙足機

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