“智”造梦工场·典型机电系统综合创新实验教程

高校工科专业教育要紧密围绕重点领域，提高人才培养质量，提升服务经济社会发展的水平，这也是推进高等教育综合改革、促进高校毕业生更高质量创业、就业的重要举措。智能制造对高校人才培养过程中的创新能力、工匠精神、信息化素养以及专业技能的复合性都提出了更高的要求。实验教学作为高校教学的重要组成部分，在新形势人才培养中的地位与作用更加重要，高校需要适应人才培养需求，持续优化与完善实验教学体系。
本书以“小零件、大智慧”为抓手，以“以学生为中心、构造情景实践、强化分享学习、培养团队意识、训练创新思维”五位一体的实践育人理念为指导思想，以深度参与实践、协同实践为应用导向，以严谨性和趣味性结合、引导性和自主性结合为重要原则进行策划与编著。
本书包括基础篇和实践篇。基础篇为实践篇提供知识与技术基础，对智能制造、Arduino、树莓派、电机、传感器等基础知识进行了介绍，但相关知识点均不作深入展开，可参考其他教材进一步深入学习。实践篇包括基础实验、综合实验、创新实践三部分，其中，基础实验主要为控制单元、驱动单元、传感器的认知实验；综合实验以智能车、机器人等典型机电系统的结构设计和运动控制为具体对象，规划了大量的综合实验案例；创新实践部分以汽车“智”造梦工场综合创新实践为主题展开，将传统模式下的单一主体实验训练升级为系统的创新实践训练，以智能制造为主线，同时充分发挥创意与想象的空间，实现由综合实验至创新实践的进阶与提升。
本书主要服务于“机械工程基础”课程的实验教学，并于2018年起拓展应用到了北京理工大学地面机动装备实验教学示范中心承担的北京市“一带一路”国家大学生科技创新训练营、北京市*暑期学校创新训练营、示范中心实验选修课/开放实验与专业认知实习、北京理工大学·北京中医药大学本科生合作培养课程等教学环节，教学成效显著。大量的特色教学实践应用及其成功经验，为本书的编著提供了框架结构设计和组织实施模式等方面的思路和引导。
本书由李忠新、何永熹、王坤编著，郭良平、朱妍妍、吕唯唯、牙韩腾、朱杰等参与了编著工作，李忠新、王坤对全书进行了统稿。
感谢薛庆教授作为本书的主审，并为本书的编著提供了大量的宝贵意见。同时，机器时代（北京）科技有限公司为本书提供了大量的案例与素材支持，在此一并表示感谢。
由于时间仓促，加之作者水平有限，书中尚有不尽人意之处，敬请各位读者批评指正，以求进一步改进。

          编 著 者

本书共分为2篇，基础篇和实践篇。其中，第1-6章为基础篇，第1章介绍了智能制造概念，第2-5章分别介绍了Arduino、树莓派、电机、传感器及实验套件相关知识，为实践篇提供知识与技术基础；第7-9章为实践篇，包括基础实验、综合实验、创新实践三部分。基础实验主要为控制单元、驱动单元、传感器的认知实验。综合实验以智能车、机器人等典型机电系统的结构设计和运动控制为具体对象，规划了大量的综合实验案例。创新实践部分，以汽车“智”造梦工场综合创新实践为主题展开，介绍了项目的实施背景、实验平台、典型案例和教学应用等方面的内容，引导学生开展创新创意实践。本书可作为《机械工程基础》、《汽车制造梦工场综合创新实践》等课程的实验教学指导用书，亦可作为机械、机电类专业工程技术人员自学参考的实验教材。

李忠新，博士，高级实验师，硕士生导师，北京理工大学地面机动装备实验教学示范中心副主任。主要从事智能制造工程领域相关科研、实验教学与改革研究、机械类创新创业指导、实验室建设与管理等工作。主讲《大学生科技创新专项》等课程。近年来，作者发表教研论文10余篇，获得授权发明专利6项，主持或作为核心人员参加各类教育教学改革项目10余项，获北京市教育教学成果奖一等奖1项，北京理工大学教育教学成果特等奖1项、一等奖2项；作为团队核心成员，建设并申报获批国家虚拟仿真实验教学一流课程2门。

目  录

篇 基础篇

第1章  智能制造概述 
1.1 智能制造内涵与特征 
1.2 机器人的概念与分类 
1.3 3D打印技术简介 

第2章  Arduino基础知识概述 
2.1 Arduino开源硬件 
2.2 Arduino软件开发平台 
2.3 Arduino编程语言  

第3章  树莓派基础知识简介 
3.1 树莓派版本 
3.2 树莓派与Arduino的区别 
3.3 树莓派的应用 

第4章  电机基础知识简介   
4.1 直流电机 
4.2 直线电机 
4.3 步进电机 
4.4 舵机 

第5章  传感器基础知识简介 
5.1 数字量传感器 
5.2 模拟量传感器 

第6章  “探索者”实验套件简介 
6.1 零部件简介 
6.2 Basra主控板简介  
6.3 BigFish扩展板简介 

第二篇 实践篇

第7章  基础实验 
7.1 实验一 控制单元认知实验 
7.2 实验二 驱动单元认知实验 
7.3 实验三 传感器认知实验 

第8章  综合实验 
8.1 实验四 实验小车设计与行进控制实验 
8.2 实验五 车距控制与跟随实验 
8.3 实验六 避障小车设计与运动控制实验 
8.4 实验七 循迹小车设计与运动控制实验 
8.5 实验八 多自由度关节机器人设计与控制实验 
8.6 实验九 颜色识别机器人设计与运动控制 
8.7 实验十 机器人平衡实验 

第9章  汽车“智”造梦工场综合创新实践 
9.1 创新实践背景 
9.2 创新实践支撑平台 
9.3 创新实践实施方案 
9.4 实践应用与成效分析 

附  录  
A.1 探索者套件清单及参数说明 
A.2 软件平台使用说明 
A.3 教学用3D打印机使用说明 

参考文献  

本书共分为2篇，基础篇和实践篇。其中，第1-6章为基础篇，第1章介绍了智能制造概念，第2-5章分别介绍了Arduino、树莓派、电机、传感器及实验套件相关知识，为实践篇提供知识与技术基础；第7-9章为实践篇，包括基础实验、综合实验、创新实践三部分。基础实验主要为控制单元、驱动单元、传感器的认知实验。综合实验以智能车、机器人等典型机电系统的结构设计和运动控制为具体对象，规划了大量的综合实验案例。创新实践部分，以汽车“智”造梦工场综合创新实践为主题展开，介绍了项目的实施背景、实验平台、典型案例和教学应用等方面的内容，引导学生开展创新创意实践。本书可作为《机械工程基础》、《汽车制造梦工场综合创新实践》等课程的实验教学指导用书，亦可作为机械、机电类专业工程技术人员自学参考的实验教材。

李忠新，博士，高级实验师，硕士生导师，北京理工大学地面机动装备实验教学示范中心副主任。主要从事智能制造工程领域相关科研、实验教学与改革研究、机械类创新创业指导、实验室建设与管理等工作。主讲《大学生科技创新专项》等课程。近年来，作者发表教研论文10余篇，获得授权发明专利6项，主持或作为核心人员参加各类教育教学改革项目10余项，获北京市教育教学成果奖一等奖1项，北京理工大学教育教学成果特等奖1项、一等奖2项；作为团队核心成员，建设并申报获批国家虚拟仿真实验教学一流课程2门。