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本書介紹了模塊化機(jī)器人的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與進(jìn)階實(shí)踐方法。全書包括緒論、初識(shí)機(jī)器人組件、編程基礎(chǔ)、機(jī)器人控制系統(tǒng)的構(gòu)建基礎(chǔ)、機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)踐、初識(shí)復(fù)雜系統(tǒng)、機(jī)器人產(chǎn)品的原型設(shè)計(jì)與實(shí)踐、仿生機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)踐、機(jī)器人的通信技術(shù)及自主創(chuàng)意設(shè)計(jì)實(shí)例。每個(gè)章節(jié)設(shè)計(jì)了系列應(yīng)用實(shí)例，幫助讀者及時(shí)理解知識(shí)點(diǎn)、學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)思路。特別是第6章遵循目標(biāo)分層遞進(jìn)的教學(xué)理念，設(shè)計(jì)了一系列接近工程實(shí)際的小項(xiàng)目，借以引導(dǎo)初學(xué)者從簡(jiǎn)單項(xiàng)目入手，通過基礎(chǔ)、進(jìn)階、挑戰(zhàn)等過程，由淺入深，逐級(jí)遞進(jìn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)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(shí)學(xué)習(xí)和能力培養(yǎng)貫穿于教學(xué)實(shí)踐全過程，使學(xué)生在實(shí)踐過程中深刻體會(huì)“做中學(xué)，學(xué)中做，邊學(xué)邊做”的實(shí)踐觀以及知識(shí)“非用不活，非活無(wú)用”的學(xué)習(xí)理念。本書可作為高等院校本科生工程實(shí)踐類課程的教材，也可作為教學(xué)參考用書，同時(shí)，還適合作為本科生及機(jī)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(shí)點(diǎn)授課視頻。同時(shí)，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(fèi)注冊(cè)、審核通過后下載使用，或聯(lián)系編輯索取（微信13146070618，電話010-88379739）。

機(jī)器人技術(shù)是一門涉及機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、傳感器技術(shù)及人工智能（AI）等多學(xué)科知識(shí)的綜合性應(yīng)用技術(shù)，近年來(lái)得到了越來(lái)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(jī)器人設(shè)計(jì)和應(yīng)用技術(shù)也在教育領(lǐng)域得以長(zhǎng)足發(fā)展。作者經(jīng)過多年教學(xué)實(shí)踐和研究發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生雖然對(duì)機(jī)器人表現(xiàn)出濃厚的學(xué)習(xí)興趣，但是在實(shí)際動(dòng)手設(shè)計(jì)制作時(shí)，卻又茫然無(wú)措，不知如何入手。相關(guān)教材不是理論深?yuàn)W就是設(shè)計(jì)思路過于精簡(jiǎn)，對(duì)初學(xué)者而言，要從零開始學(xué)會(huì)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零部件加工、總裝，實(shí)非易事。即使對(duì)于有基礎(chǔ)的學(xué)生，要在有限課時(shí)內(nèi)迅速理解機(jī)器人的動(dòng)作機(jī)理，掌握各種機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路，制作出結(jié)構(gòu)合理、性能優(yōu)良、功能完善的機(jī)器人仍是難度極大的，這也是很多初學(xué)者在機(jī)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(qiáng)大、設(shè)計(jì)靈活、易于實(shí)現(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探索者組件，選擇Arduino開源創(chuàng)客硬件為技術(shù)支撐進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，結(jié)合作者多年的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)研究成果，通過任務(wù)細(xì)化分解、目標(biāo)逐層遞進(jìn)的實(shí)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(jī)器人設(shè)計(jì)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(jī)器人設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)。其中，第1章主要介紹機(jī)器人構(gòu)建支撐組件、Arduino IDE；第2章介紹用于機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的C/C++編程語(yǔ)言的基本知識(shí)、功能庫(kù)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(shí)踐平臺(tái)，以及構(gòu)建機(jī)器人控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)；第4章介紹機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。第5、6章主要介紹機(jī)器人的設(shè)計(jì)思路與控制方法。第5章學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)的基本構(gòu)成、設(shè)計(jì)搭建步驟、編程控制思路；第6章主要學(xué)習(xí)如何利用簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)來(lái)構(gòu)建多功能或復(fù)雜機(jī)構(gòu)的機(jī)器人系統(tǒng)，通過貼近工程實(shí)際的應(yīng)用實(shí)例，由淺入深地學(xué)習(xí)目標(biāo)分層遞進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，掌握機(jī)器人的設(shè)計(jì)技巧和設(shè)計(jì)思路。第7章以工業(yè)生產(chǎn)中的機(jī)器人產(chǎn)品原型機(jī)為模型，通過解構(gòu)分析機(jī)器人的功能結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)產(chǎn)品機(jī)器人的設(shè)計(jì)思路和編程控制方法。第8章介紹仿生機(jī)器人的設(shè)計(jì)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(jī)器人為例研究仿生機(jī)器人的特點(diǎn)，學(xué)習(xí)仿生機(jī)器人的設(shè)計(jì)、搭建與控制。第9章介紹機(jī)器人創(chuàng)意設(shè)計(jì)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(lán)牙、無(wú)線數(shù)傳等常用的通信方式，有助于實(shí)現(xiàn)和豐富機(jī)器人創(chuàng)意設(shè)計(jì)的功能拓展，解決多機(jī)通信及遠(yuǎn)程控制問題。第10章簡(jiǎn)要概述自主創(chuàng)意設(shè)計(jì)思路，并給出部分學(xué)生作品實(shí)例�？紤]到20以下版本的Arduino 庫(kù)函數(shù)的開源性更好，有助于初學(xué)者學(xué)習(xí)庫(kù)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(yùn)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(jī)器時(shí)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(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。

前言緒論01什么是機(jī)器人02機(jī)器人的發(fā)展歷史03如何設(shè)計(jì)制作機(jī)器人第1章初識(shí)機(jī)器人組件11機(jī)器人零件的特點(diǎn)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(jì)與裝配131常規(guī)設(shè)計(jì)與裝配132自主設(shè)計(jì)與裝配14控制裝置及其功能簡(jiǎn)介141Arduino/Basra主控板142Bigfish擴(kuò)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(xiàng)參數(shù)16設(shè)計(jì)之體驗(yàn)：Blink17進(jìn)階實(shí)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(dá)式211常量212變量213表達(dá)式22常用運(yùn)算符221算術(shù)運(yùn)算符222關(guān)系運(yùn)算符和關(guān)系表達(dá)式223邏輯運(yùn)算符和邏輯表達(dá)式224位操作運(yùn)算符和使用注意事項(xiàng)225運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)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(kù)函數(shù)271常用的庫(kù)函數(shù)及其調(diào)用272自定義庫(kù)函數(shù)的編寫及調(diào)用273關(guān)于庫(kù)函數(shù)的幾點(diǎn)說(shuō)明28進(jìn)階實(shí)踐29本章小結(jié)第3章機(jī)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(shí)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(diǎn)陣及其應(yīng)用353OLED有機(jī)發(fā)光二極管及其應(yīng)用36常用執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其應(yīng)用361舵機(jī)及其控制362直流電機(jī)及其控制37進(jìn)階實(shí)踐371主題實(shí)踐（一）——按鍵功能模式切換的設(shè)計(jì)與實(shí)踐372主題實(shí)踐（二）——室內(nèi)光線溫度自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)38本章小結(jié)第4章機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)41機(jī)構(gòu)的基本組成及分析42常用的平面機(jī)構(gòu)421平面四桿機(jī)構(gòu)及其應(yīng)用實(shí)例422齒輪機(jī)構(gòu)及其應(yīng)用實(shí)例423凸輪機(jī)構(gòu)及其應(yīng)用實(shí)例43個(gè)性化的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)431基于形態(tài)學(xué)矩陣法的方案設(shè)計(jì)432計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)433常用的設(shè)計(jì)制造工藝44進(jìn)階實(shí)踐441主題實(shí)踐（一）——設(shè)計(jì)一個(gè)LOGO442主題實(shí)踐（二）——調(diào)光臺(tái)燈的設(shè)計(jì)與制作45本章小結(jié)第5章簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐51幾種簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐511機(jī)械手爪的設(shè)計(jì)與實(shí)踐512自動(dòng)感應(yīng)門的設(shè)計(jì)與實(shí)踐52多驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐521小車底盤的設(shè)計(jì)與實(shí)踐522二自由度云臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐53進(jìn)階實(shí)踐531主題實(shí)踐（一）——自動(dòng)伸縮門的設(shè)計(jì)與控制532主題實(shí)踐（二）——智能臺(tái)燈的設(shè)計(jì)與控制54本章小結(jié)第6章初識(shí)復(fù)雜系統(tǒng)61功能拓展——防夾感應(yīng)門的設(shè)計(jì)與實(shí)踐611設(shè)計(jì)要求612設(shè)計(jì)思路613動(dòng)手實(shí)踐62機(jī)構(gòu)拓展——三自由度機(jī)械臂的設(shè)計(jì)與實(shí)踐621設(shè)計(jì)要求622機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與搭建 623運(yùn)動(dòng)算法與控制實(shí)現(xiàn)63綜合拓展——智能搬運(yùn)小車的設(shè)計(jì)與實(shí)踐631設(shè)計(jì)要求632設(shè)計(jì)思路64進(jìn)階實(shí)踐641主題實(shí)踐（一）——排爆機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)踐642主題實(shí)踐（二）——猜拳機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)踐643主題實(shí)踐（三）——三自由度機(jī)械臂的拓展設(shè)計(jì)與實(shí)踐65本章小結(jié)第7章機(jī)器人產(chǎn)品的原型設(shè)計(jì)與實(shí)踐71概述72預(yù)備知識(shí)721步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制722SH-ST擴(kuò)展板723AccelStepper步進(jìn)電機(jī)庫(kù)函數(shù)簡(jiǎn)介73Delta機(jī)械臂的設(shè)計(jì)與實(shí)踐731設(shè)計(jì)要求732Delta機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)733Delta機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)算法及控制實(shí)現(xiàn)74直角坐標(biāo)型機(jī)械臂的設(shè)計(jì)與實(shí)踐741設(shè)計(jì)要求742雙軸直角坐標(biāo)型機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)743雙軸直角坐標(biāo)型繪圖機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)算法744雙軸直角坐標(biāo)型繪圖機(jī)械臂的控制實(shí)現(xiàn) 75進(jìn)階實(shí)踐751主題實(shí)踐（一）——三軸繪圖機(jī)械臂的設(shè)計(jì)與實(shí)踐752主題實(shí)踐（二）——桁架機(jī)械手的設(shè)計(jì)與實(shí)踐76本章小結(jié)第8章仿生機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)踐81知識(shí)拓展與儲(chǔ)備811SH-SR擴(kuò)展板812多舵機(jī)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(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)踐821設(shè)計(jì)要求822串聯(lián)四足仿生機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)823串聯(lián)關(guān)節(jié)型仿生機(jī)器人運(yùn)動(dòng)算法與控制83并聯(lián)關(guān)節(jié)型仿生機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)踐831設(shè)計(jì)要求832并聯(lián)仿生機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)833并聯(lián)仿生機(jī)器人運(yùn)動(dòng)算法與控制實(shí)現(xiàn)84多自由度雙足機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)踐841設(shè)計(jì)要求842雙足仿人機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)843多自由度雙足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)算法844多自由度雙足機(jī)

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