小型智能机器人制作

在当今中国乃至世界，机器人技术正处于一个蓬勃发展的阶段，在工业、农业、国防、医疗卫生及生活服务等许多领域获得越来越多的应用。越来越多的机器人爱好者开始了机器人设计与制作的探索和实践，甚至相当一部分的学龄儿童，在4~6岁就已经开始接受机器人的启蒙教育。机器人课程以及与机器人相关的科技比赛，向来都是*受学生喜欢的活动内容，学习、参与的兴趣十分浓厚。

本书具有以下特点：
(1) 层次分明，知识点以递进方式逐步引入。本书从机器人的机械结构出发，介绍机器人的各种构造，给人立体的认识，然后逐步引入机械结构的制作工具及运动学分析，给予理论支撑与分析。在此基础上结合机械结构装配动力系统，再进一步介绍电路控制、设计与调试。知识点的编排遵循从基础到一般，从简单到复杂的原则，既考虑了与理论教学同步，又考虑了学生学习循序渐进的过程。全书章节之间既相对独立，又有一定的梯度，层次分明。
(2) 积累经验，突出创新。本书的编写人员都是具有五年以上大学生机器人技术竞赛经验的指导教师，编者根据近年来从事机器人技术教学、科研及实践经验，总结了大量既往项目的经验，所列知识点系统全面。本书从初学者角度出发，以多年经验做总结，将制作机器人所用的工具与方法进行了系统的归纳与提炼，初学者根据这本书就能全面掌握机器人制作的基本知识与技能。
(3) 结合技术发展及学科竞赛，突出实践，可操作性强。本书对机器人制作所需工具、软件及控制系统使用都有详细介绍，如当下被工程师广泛使用的Solidworks、Altium Designer设计软件以及Arduino控制系统，都有详细的使用介绍，使初学者可以快速入门。书中还配备了大量图片，以充分提升读者兴趣，并结合实践教学的特点，以小型机器人为例，进行综合性实验设计编排，具有较强的实际意义，可作为参加各类机器人大赛、创新大赛等科技创新活动的参考资料。
本书由北京科技大学高等工程师学院工程训练中心电子实习基地周珂、白艳茹担任主编，吕振、刘涛担任副主编，张攀、史胜西、张沙沙参编。成书过程得到了北京科技大学教材建设的经费资助，为全书的编写及实验项目设计验证提供了保障。
由于编者水平有限，书中难免存在不当和谬误之处，敬请有关专家和读者指正。
编者2019年3月

小型智能机器人制作一书不仅简述了机器人涉及的基本技术知识，还用较多篇幅介绍了机器人制作的技术流程，如基本划线、铆接、电路热转印等实践工序，使得读者能够跟随本书的教学，制作出一个小型机器人，并加以应用。此外，为了方便初学者的学习，本书还增加了在线资源、程序下载包、硬件设计套件等丰富的配套资源，方便非工科专业或大众读者进行自学。本书不仅适用于工科学生的校内实践教学，还适用于广大机器人技术爱好者的学习和制作。

周珂，北京科技大学工程训练中心副主任，中国人工智能学会机器博弈专业委员会常务委员。编著*工程示范中心“十二五”规划教材《电子技术实习教程》，从事电子技术、工程实践教学，并长期指导机电结合、信息技术类学生科技竞赛活动，带领学生在全国大学生机器人大赛、全国大学生计算机博弈大赛、全国大学生电子设计大赛等赛事中获得*奖项数十项，具有丰富的科技创新及实践教学经验。

第1章绪论

1.1机器人的发展

1.1.1古代机器人

1.1.2现代机器人

1.2机器人发展热点方向

1.2.1工业机器人

1.2.2仿生机器人

1.2.3军用机器人

1.2.4服务机器人

思考题与习题

第2章制作机器人常用工具及安全事项

2.1机械制作工具

2.1.1常用五金用具、工具及量具

2.1.2小型台钻的使用

2.2电子制作工具及测量仪器

2.2.1电子制作工具

2.2.2常用测量仪器

2.3操作安全

2.3.1工具使用注意事项

2.3.2眼睛与耳朵的防护

2.4电池安全

2.5焊接安全

2.6用电安全

2.6.1交流电用电安全

2.6.2防静电损害

2.7急救知识

思考题与习题

第3章小型机器人的设计和运动学分析

3.1自主移动机器人的机械结构

3.1.1腿式机器人

3.1.2轮式机器人

3.1.3履带式机器人

3.1.4其他机器人结构

3.2差动机器人运动学分析与轨迹控制的实现

3.2.1机器人建模与运动学分析

3.2.2运动轨迹控制的实现

3.3差动驱动机器人动力学分析

3.3.1左右轮驱动力矩模型

3.3.2机器人制动的力学模型

思考题与习题

第4章机械设计辅助软件

4.1SolidWorks简介

4.2零件造型设计

4.2.1创建新零件文件

4.2.2创建草图

4.2.3创建零件特征

4.3部件造型设计

4.3.1创建装配体项目

4.3.2添加装配元件

4.3.3移动或者旋转元件

4.3.4元件的配合

4.3.5装配体配合实例

4.4绘制工程图

4.4.1进入工程图环境

4.4.2创建标准三视图

4.4.3尺寸标注

4.4.4编辑尺寸

4.4.5添加文本注释

思考题与习题

第5章小型机器人机械结构的制作及装配

5.1小型机器人常用制作材料

5.1.1木质材料

5.1.2塑料材料

5.1.3金属材料

5.1.4轻型复合材料(碳纤维)

5.2常用机械零件

5.2.1连接零件

5.2.2轴承

5.2.3联轴器

5.3小型机器人制作常用基本操作

5.3.1划线

5.3.2锯削

5.3.3锉削

5.3.4孔加工

5.3.5攻、套螺纹

5.3.6铆接

5.4小型机器人制作常用装配技术

5.4.1装配的基础知识

5.4.2装配过程

5.4.3典型件的装配

5.4.4小型机器人装配实例

思考题与习题

第6章动力系统设计及制作

6.1电池的选择

6.1.1适用于机器人的电池种类

6.1.2电池参数的选择

6.1.3电池组的制作

6.1.4常见问题及解决方案

6.2电动机的选择

6.2.1直流电动机

6.2.2交流电动机

6.2.3步进电机

6.3直流电动机的控制原理

6.4步进电机的控制原理

6.5舵机的控制及使用

思考题与习题

第7章电路设计及制作

7.1常用电子元器件的选用与检测

7.1.1电阻器及电位器的选用及检测

7.1.2电容器的选用及检测

7.1.3电感器的选用及检测

7.1.4二极管的选用及检测

7.1.5三极管的选用及检测

7.1.6集成电路的选用及检测

7.1.7开关、继电器的选用及检测

7.1.8其他常见元器件

7.2电路设计

7.2.1电路板的种类及选型

7.2.2Altium Designer软件介绍

7.2.3元器件封装库

7.2.4电路原理图设计

7.2.5印制电路板设计

7.3印制电路板制作

7.3.1印制电路板热转印制作工艺

7.3.2印制电路板感光板制作工艺

7.4电路焊接技术

7.4.1电子元器件的安装工艺

7.4.2分立元器件的手工焊接工艺

7.4.3贴片元器件的手工焊接工艺

思考题与习题

第8章电路调试及故障检修

8.1电子电路基本调试技术

8.1.1调试的一般原则

8.1.2调试准备

8.1.3调试步骤

8.1.4调试注意事项

8.2常见电磁干扰

8.2.1电磁干扰基本知识

8.2.2电磁干扰的观测

8.3干扰抑制技术

8.3.1抑制技术基础知识

8.3.2干扰抑制技术的应用

8.4电子电路的故障检修

8.4.1故障检修的流程及方法

8.4.2基本元器件拆卸方法

8.4.3贴片元器件拆卸方法

思考题与习题

第9章小型智能机器人控制器设计

9.1Arduino介绍

9.2控制器开发板简介

9.3控制器片上资源介绍

9.4下载开发环境Arduino IDE

9.5安装开发环境Arduino IDE

9.6安装驱动程序

9.7程序烧录

9.8Arduino IDE用户界面

9.9Arduino编程语言

9.9.1Arduino编程基础

9.9.2数字I/O口的操作函数

9.9.3模拟I/O口的操作函数

9.9.4高级I/O口的操作函数Pulseln(pin，state，timeout)

9.9.5时间函数

9.9.6中断函数

9.9.7串口通信函数

9.9.8Arduino的库函数

9.10在线信息

思考题与习题

第10章小型机器人的传感器设计

10.1传感器基础

10.1.1传感器的定义

10.1.2传感器的组成

10.1.3传感器的分类

10.1.4传感器的工作原理

10.1.5传感器的应用领域

10.2红外循迹传感器的应用

10.2.1红外循迹传感器

10.2.2小型机器人的红外循迹传感器应用实例

10.3红外遥控传感器的应用

10.3.1红外遥控系统原理

10.3.2小型机器人的红外遥控传感器应用实例

10.4超声波测距传感器的应用

10.4.1超声波测距传感器原理

10.4.2HCSR04型超声波测距模块

10.4.3小型机器人超声波测距传感器应用实例

10.5蓝牙模块的应用

10.5.1蓝牙技术简介

10.5.2BTHC05蓝牙模块

10.5.3BTHC05蓝牙模块AT指令集

10.5.4小型机器人BTHC05蓝牙模块应用实例

思考题与习题

参考文献

小型智能机器人制作一书立足于高校信息、机电相关专业对机器人学科的学习、开发和创新设计需求，以小型智能机器人为载体，结合作者多年从事机器人控制系统教学和科研工作的结晶，从机械结构、能源动力、电路设计、电路调试、智能控制五个方面，循序渐进的介绍小型智能机器人制作过程。