机器人工程师成长三部曲之一--机器人设计与制作入门_明子成，李茗妍著_9787122359193

本书基于项目化的学做方式，将一个个独立功能单元设计成学习项目，带领读者完成机器人设计与制作的入门学习。
主要内容包括：如何制作“飞毛腿”机器人、构建机器人开发平台、机器人如何用灯光表达信息、机器人如何用声音传情达意、机器人如何实现移动、机器人如何感知环境、为机器人造型、机器人需要怎样的电源系统、桌面助理机器人的设计、自主移动机器人的设计。
每个项目均是作者亲自设计制作完成，过程有效，数据可靠。
书中配有二维码，扫码即可观看视频讲解。
本书可为想学习机器人设计与制作相关知识的入门级读者、初级机器人工程师提供帮助，也可供大学院校相关专业师生学习参考。

制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。国务院于2015年5月印发了部署全面推进实施制造强国的战略文件“中国制造2025”，为我国制造业未来的发展设计了顶层规划和路线图，推动我国向制造强国行列前进。随着“中国制造2025”纲要的颁布实施，机器人行业迎来了大发展的良好机遇，市场和社会对机器人设计师和机器人工程师的需求正在随着机器人的快速普及应用而变得越来越旺盛。
同时，随着信息技术的发展、知识社会的来临，传统的以技术发展为导向、以科研人员为主体、以实验室为载体的创新1.0模式，正在向以用户为中心、以社会实践为舞台、以共同创新和开放创新为特点的创新2.0模式转变，也就是我们常说的创客。在机器人领域，做机器人创客，是很多人的梦想，但常常被设计制作机器人所需的机械、电子、计算机、工程和艺术设计等各方面的知识与技能的高门槛要求挡驾。
笔者经过十多年的机器人教育创新实践，探索和总结出了一套适合不同认知和技能段人群的机器人设计与制作课程，为机器人爱好者和致力于成为机器人工程师和机器人设计师的读者提供了一个新的进阶渠道。在此基础上，笔者结合近年来指导大学生参加机器人竞赛的经验，开发出了一套适合零起点读者的、从新手到高手甚至专家的，循序渐进的、学做教学模式的“机器人工程师成长三部曲”系列图书。
“机器人工程师成长三部曲”图书的特点如下。
1.摒弃枯燥的术语和原理，基于项目化的学做方式，在做前知道要做什么，有什么用，激发读者探索的兴趣。
2.项目过程详细，一步步带着读者做，并及时提醒可能面临的危险，让读者在行进中接受挑战和磨练，但又确保不会因为无知或失误导致难以挽回的损失和危险。
3.三本书既可组成体系，从易到难，帮助读者完成从新手到高手的进阶过程；又可以自成一体，每本书学完后，都能获得一定的阶段性成果。
4.书中每个项目均是作者亲自设计制作完成并验证的，过程有效，数据可靠。
本书是“机器人工程师成长三部曲”的第一部，着重于机器人设计与制作的入门级知识。对于相关知识和经验不足的入门级读者而言，模仿是首选的入门策略。机器人很复杂，但分成一个个独立单元就变得简单易实现了。本书将一个个独立功能单元设计成独立训练学习项目，让初学者不用耗费太多精力和面临过多困难就可以完成，可以看到自己的阶段性成果，在每个阶段都可以获得满足感和成就感，容易坚持。
本书由明子成、李茗妍编著。在编写过程中，得到了学校领导、同事及各位专家、朋友的大力支持与帮助，在此一并表示衷心的感谢！
由于编者水平所限，书中不足之处在所难免，敬请广大专家与读者批评指正。

编著者

第1章如何制作“飞毛腿”机器人11.1从神坛走出的机器人11.2如何制作飞毛腿机器人21.2.1制作目标21.2.2制作所需材料21.2.3制作步骤及注意事项31.2.4问题与解决41.2.5项目小结41.2.6思考41.3什么是机器人51.4本书中要介绍的机器人61.5本章小结与思考7第2章构建机器人开发平台82.1机器人的主控制器82.2配置机器人开发环境102.2.1PC端Arduino软件开发环境102.2.2Tinkercad在线开发环境112.3通过程序点亮LED112.4Fritzing（电路搭建工具）142.5本章小结与思考14第3章机器人如何用灯光表达信息153.1用灯光显示心跳的感觉163.1.1用程序实现心跳的感觉163.1.2在Arduino IDE中实现模块化开发193.1.3问题与思考223.2让机器人以灯光的形式发送“SOS”求救信号233.2.1求救信号简介233.2.2用灯光发送“SOS”信号233.3让机器人展示呼吸的样子263.3.1用PWM控制LED模仿呼吸273.3.2呼吸灯的控制电路设计283.3.3呼吸灯的程序设计313.4机器人如何进行文字符号表示333.4.1数码管与数码的表示343.4.2控制LED数码管从“0”到“9” 滚动显示353.5用8×8点阵LED显示更复杂的图形403.5.18×8点阵LED显示屏简介403.5.2用8×8点阵LED显示屏显示“I Love U”413.6用LCD显示屏滚动显示一段文字503.6.1LCD1602简介503.6.2用LCD显示“Hello，robot！To a new world！”523.7本章小结与思考58第4章机器人如何用声音传情达意594.1声音和发声装置594.1.1机器人常用的发声装置604.1.2蜂鸣器的种类及发声方法604.1.3用计算机记录和合成声音624.2用程序控制蜂鸣器模仿警笛声624.2.1如何发出警笛声624.2.2电路部分设计634.2.3程序设计634.2.4运行与观察思考654.3如何让机器人演奏音乐664.3.1计算机中的音乐是怎么产生的664.3.2将简谱的内容转换成程序684.3.3为乐曲编写播放程序724.4实现灯光随着音乐节拍变幻744.4.1在现有项目基础上迭代开发744.4.2修改程序代码754.5本章小结与思考76第5章机器人如何实现移动785.1用直流电机控制机器人移动795.1.1直流电机的驱动795.1.2搭建用Arduino UNO控制电机的电路805.1.3通过程序控制电机进行各种形式的转动815.2控制舵机精确转动845.2.1舵机的驱动855.2.2通过程序控制舵机转到指定位置865.2.3控制舵机来回扫描885.3控制步进电机转动895.3.1步进电机的驱动895.3.2通过程序控制步进电机905.4本章小结93第6章机器人如何感知环境946.1感知触碰946.1.1用程序监控按钮的状态956.1.2实现键盘按键控制程序1006.1.3用按键控制数字累加显示1056.2感知物体表面状态1086.2.1感知物体表面灰度1096.2.2感知物体表面色彩1136.2.3感知物体表面凹凸1186.3感知物体的距离1216.3.1用超声波测距传感器测距1226.3.2用红外传感器避障1266.4感知周边环境1306.4.1用数字方法感知环境温度1306.4.2用模拟温度传感器检测温度1346.4.3感知环境光1386.4.4感知人的活动1406.5机器人如何实现自我感知1446.5.1机器人如何实现振动及倾斜感知1446.5.2机器人自我状态的其它感知1476.6本章小结147第7章为机器人造型1487.1轻松造型1487.2为机器人3D打印造型1497.2.1用Tinkercad设计3D模型1497.2.2用SketchUp设计3D造型1507.3用SketchUp绘制一个方盒1537.3.1方形盒的设计1537.3.2爱心音乐盒的制作1597.4爱心音乐盒的3D打印1627.4.1从SketchUp中将爱心音乐盒文件导出1627.4.2用切片软件将stl文件生成切片文件1637.5本章小结166第8章机器人需要怎样的电源系统1688.1机器人的电源系统1688.2锂电池1708.3稳压模块1718.4电源保护与监控1728.5为机器人设计供电系统1738.5.1机器人总电源的设计1738.5.2机器人主控制器模块的供电1738.5.3机器人传感器模块的供电1738.5.4机器人驱动模块的供电1748.6本章小结174第9章桌面助理机器人的设计1759.1总体设计1759.1.1机器人的总体认知和功能框图1769.1.2桌面助理机器人的任务1769.2桌面助理照明机器人的设计1789.2.1硬件设计1789.2.2程序设计1799.2.3结构设计1809.3自适应调光机器人的设计1819.3.1硬件设计1829.3.2软件设计1839.3.3结构设计1859.4具有警示功能的自主照明助理机器人设计1859.4.1硬件设计1859.4.2软件设计1879.4.3结构设计1899.4.4项目运行与调试1899.5人类活动助手机器人的设计1899.5.1硬件设计1899.5.2软件设计1909.5.3结构设计与调试1929.6人类习惯感知机器人的设计1929.6.1硬件设计1929.6.2软件设计1939.6.3结构设计1969.7本章小结198第10章自主移动机器人的设计19910.1总体设计19910.1.1需求分析19910.1.2规划自主移动机器人的开发过程20010.2制作可按程序运行的机器人小车20110.2.1机器人小车的结构设计20110.2.2硬件设计20210.2.3通过程序控制机器人的移动20310.3自主避障机器人的设计20610.3.1自主避障机器人的硬件设计20610.3.2自主避障机器人程序设计20710.3.3自主避障机器人的结构设计和调试21010.4自主巡线机器人设计21110.4.1自主巡线机器人的硬件设计21110.4.2自主巡线机器人的程序设计21210.4.3结构设计需要考虑的因素21410.5安防巡逻机器人设计21410.5.1安防巡逻机器人的硬件与结构设计21410.5.2安防巡逻机器人的程序设计21510.6智能巡线机器人设计21610.6.1智能巡线机器人的硬件设计21610.6.2智能巡线机器人的软件设计21710.7本章小结219

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