机器人工程师成长三部曲之一--机器人设计与制作入门

第1章 如何制作“飞毛腿”机器人1

1.1从神坛走出的机器人1

1.2如何制作飞毛腿机器人2

1.2.1制作目标2

1.2.2制作所需材料2

1.2.3制作步骤及注意事项3

1.2.4问题与解决4

1.2.5项目小结4

1.2.6思考4

1.3什么是机器人5

1.4本书中要介绍的机器人6

1.5本章小结与思考7



第2章 构建机器人开发平台8

2.1机器人的主控制器8

2.2配置机器人开发环境10

2.2.1PC端Arduino软件开发环境10

2.2.2Tinkercad在线开发环境11

2.3通过程序点亮LED11

2.4Fritzing（电路搭建工具）14

2.5本章小结与思考14



第3章 机器人如何用灯光表达信息15

3.1用灯光显示心跳的感觉16

3.1.1用程序实现心跳的感觉16

3.1.2在Arduino IDE中实现模块化开发19

3.1.3问题与思考22

3.2让机器人以灯光的形式发送“SOS”求救信号23

3.2.1求救信号简介23

3.2.2用灯光发送“SOS”信号23

3.3让机器人展示呼吸的样子26

3.3.1用PWM控制LED模仿呼吸27

3.3.2呼吸灯的控制电路设计28

3.3.3呼吸灯的程序设计31

3.4机器人如何进行文字符号表示33

3.4.1数码管与数码的表示34

3.4.2控制LED数码管从“0”到“9” 滚动显示35

3.5用8×8点阵LED显示更复杂的图形40

3.5.18×8点阵LED显示屏简介40

3.5.2用8×8点阵LED显示屏显示“I Love U”41

3.6用LCD显示屏滚动显示一段文字50

3.6.1LCD1602简介50

3.6.2用LCD显示“Hello，robot！To a new world！”52

3.7本章小结与思考58



第4章 机器人如何用声音传情达意59

4.1声音和发声装置59

4.1.1机器人常用的发声装置60

4.1.2蜂鸣器的种类及发声方法60

4.1.3用计算机记录和合成声音62

4.2用程序控制蜂鸣器模仿警笛声62

4.2.1如何发出警笛声62

4.2.2电路部分设计63

4.2.3程序设计63

4.2.4运行与观察思考65

4.3如何让机器人演奏音乐66

4.3.1计算机中的音乐是怎么产生的66

4.3.2将简谱的内容转换成程序68

4.3.3为乐曲编写播放程序72

4.4实现灯光随着音乐节拍变幻74

4.4.1在现有项目基础上迭代开发74

4.4.2修改程序代码75

4.5本章小结与思考76



第5章 机器人如何实现移动78

5.1用直流电机控制机器人移动79

5.1.1直流电机的驱动79

5.1.2搭建用Arduino UNO控制电机的电路80

5.1.3通过程序控制电机进行各种形式的转动81

5.2控制舵机精确转动84

5.2.1舵机的驱动85

5.2.2通过程序控制舵机转到指定位置86

5.2.3控制舵机来回扫描88

5.3控制步进电机转动89

5.3.1步进电机的驱动89

5.3.2通过程序控制步进电机90

5.4本章小结93



第6章 机器人如何感知环境94

6.1感知触碰94

6.1.1用程序监控按钮的状态95

6.1.2实现键盘按键控制程序100

6.1.3用按键控制数字累加显示105

6.2感知物体表面状态108

6.2.1感知物体表面灰度109

6.2.2感知物体表面色彩113

6.2.3感知物体表面凹凸118

6.3感知物体的距离121

6.3.1用超声波测距传感器测距122

6.3.2用红外传感器避障126

6.4感知周边环境130

6.4.1用数字方法感知环境温度130

6.4.2用模拟温度传感器检测温度134

6.4.3感知环境光138

6.4.4感知人的活动140

6.5机器人如何实现自我感知144

6.5.1机器人如何实现振动及倾斜感知144

6.5.2机器人自我状态的其它感知147

6.6本章小结147



第7章 为机器人造型148

7.1轻松造型148

7.2为机器人3D打印造型149

7.2.1用Tinkercad设计3D模型149

7.2.2用SketchUp设计3D造型150

7.3用SketchUp绘制一个方盒153

7.3.1方形盒的设计153

7.3.2爱心音乐盒的制作159

7.4爱心音乐盒的3D打印162

7.4.1从SketchUp中将爱心音乐盒文件导出162

7.4.2用切片软件将stl文件生成切片文件163

7.5本章小结166



第8章 机器人需要怎样的电源系统168

8.1机器人的电源系统168

8.2锂电池170

8.3稳压模块171

8.4电源保护与监控172

8.5为机器人设计供电系统173

8.5.1机器人总电源的设计173

8.5.2机器人主控制器模块的供电173

8.5.3机器人传感器模块的供电173

8.5.4机器人驱动模块的供电174

8.6本章小结174



第9章 桌面助理机器人的设计175

9.1总体设计175

9.1.1机器人的总体认知和功能框图176

9.1.2桌面助理机器人的任务176

9.2桌面助理照明机器人的设计178

9.2.1硬件设计178

9.2.2程序设计179

9.2.3结构设计180

9.3自适应调光机器人的设计181

9.3.1硬件设计182

9.3.2软件设计183

9.3.3结构设计185

9.4具有警示功能的自主照明助理机器人设计185

9.4.1硬件设计185

9.4.2软件设计187

9.4.3结构设计189

9.4.4项目运行与调试189

9.5人类活动助手机器人的设计189

9.5.1硬件设计189

9.5.2软件设计190

9.5.3结构设计与调试192

9.6人类习惯感知机器人的设计192

9.6.1硬件设计192

9.6.2软件设计193

9.6.3结构设计196

9.7本章小结198



第10章 自主移动机器人的设计199

10.1总体设计199

10.1.1需求分析199

10.1.2规划自主移动机器人的开发过程200

10.2制作可按程序运行的机器人小车201

10.2.1机器人小车的结构设计201

10.2.2硬件设计202

10.2.3通过程序控制机器人的移动203

10.3自主避障机器人的设计206

10.3.1自主避障机器人的硬件设计206

10.3.2自主避障机器人程序设计207

10.3.3自主避障机器人的结构设计和调试210

10.4自主巡线机器人设计211

10.4.1自主巡线机器人的硬件设计211

10.4.2自主巡线机器人的程序设计212

10.4.3结构设计需要考虑的因素214

10.5安防巡逻机器人设计214

10.5.1安防巡逻机器人的硬件与结构设计214

10.5.2安防巡逻机器人的程序设计215

10.6智能巡线机器人设计216

10.6.1智能巡线机器人的硬件设计216

10.6.2智能巡线机器人的软件设计217

10.7本章小结219