创意之星 模块化机器人创新设计与竞赛PDF电子书下载

第1篇 基础篇 2

第1章 绪论 2

1.1 机器人概述 2

1.1.1 为什么要学习机器人技术 2

1.1.2 机器人发展简史 3

1.1.3 揭开机器人的神秘面纱 4

1.2 “创意之星”机器人套件简介 6

1.3 典型著名机器人简介 8

1.3.1 “勇气”号火星探测器 8

1.3.2 Remotec Andros F6A排爆机器人 9

1.3.3 iRobot Roomba 10

1.3.4 本田ASIMO仿人型机器人 11

1.3.5 KUKA Titan工业机器人 13

1.3.6 SONY机器狗AIBO 13

1.3.7 足球机器人 14

1.3.8 Segway两轮平衡车 15

1.4 典型机器人竞赛简介 17

1.4.1 国际机器人赛事 17

1.4.2 国内机器人赛事 19

1.4.3 机器人竞赛的特点 20

1.5 小结 20

第2章 机器人基础知识概述 21

2.1 机器人的骨骼——机械结构 21

2.1.1 设计和制作机器人的一般过程 21

2.1.2 机器人的机械结构 22

2.1.3 机器人的执行机构 23

2.2 机器人的肌肉——执行器 27

2.2.1 直流电机概述 27

2.2.2 直流有刷电机 28

2.2.3 直流无刷电机 30

2.2.4 直线电机 31

2.2.5 步进电机 31

2.2.6 空心杯直流电机 34

2.2.7 舵机 35

2.2.8 常见减速器 37

2.3 机器人的心脏——电源 39

2.3.1 机器人常用电池概述 39

2.3.2 干电池 40

2.3.3 铅酸蓄电池 40

2.3.4 镍镉／镍氢电池 41

2.3.5 锂离子／锂聚合物动力电池 42

2.3.6 线性稳压电源 44

2.3.7 开关电源概述 45

2.3.8 交流-直流开关电源 45

2.3.9 直流-直流开关电源 46

2.4 机器人的五官——机器人传感器 46

2.4.1 测距声纳 47

2.4.2 红外测距传感器 47

2.4.3 激光扫描测距传感器 49

2.4.4 旋转编码器 50

2.4.5 旋转电位计 53

2.4.6 光电开关传感器 54

2.4.7 电感式、电容式、霍尔效应接近开关 55

2.4.8 磁性开关 57

2.4.9 电子磁罗盘 58

2.4.10 姿态／航向测量单元 59

2.4.11 温度传感器 59

2.4.12 声音传感器 59

2.4.13 GPS接收机 60

2.4.14 视觉传感器 61

2.4.15 气体传感器 61

2.5 机器人的大脑——控制器 62

2.5.1 基于单片机的控制器 62

2.5.2 基于嵌入式系统的控制器 63

2.5.3 基于PC架构的控制器 64

2.6 机器人的C语言编程基础 64

2.6.1 机器人软件知识概述 64

2.6.2 C语言简介 65

2.6.3 C程序结构概述 69

2.7 小结 72

第2篇 实践篇 74

第3章 数字信号的输出和输入 74

3.1 绚丽的霓虹灯 74

3.2 数字信号简介 75

3.3 霓虹灯硬件搭建 76

3.3.1 MultiFLEX 2-AVR控制器 76

3.3.2 数字信号输出设备——LED灯 79

3.3.3 L型结构件 79

3.3.4 多功能调试器 80

3.3.5 电池和电源 81

3.4 让霓虹灯闪烁起来 82

3.4.1 NorthStar图形化开发环境 82

3.4.2 IO方向设置 86

3.4.3 数字输出模块——Digital Output 88

3.4.4 延时模块——Delay 90

3.4.5 连线 91

3.4.6 while循环 92

3.4.7 编译和下载 93

3.5 给霓虹灯增加开关 94

3.5.1 数字信号输入设备——碰撞传感器 94

3.5.2 修改工程设置 95

3.5.3 数字输入模块——Digital Input 96

3.5.4 变量模块——Variable 96

3.5.5 其他数字量传感器 98

3.6 小结 100

第4章 电机和舵机的控制 101

4.1 有趣的搬运车 101

4.2 舵机控制原理 102

4.3 搬运车的搭建 102

4.3.1 底板、舵机结构件和连接件 102

4.3.2 CDS55xx机器人舵机 102

4.3.3 轮子 107

4.3.4 设置舵机ID 110

4.3.5 机械手 115

4.4 让搬运车动起来 118

4.4.1 工程设置修改 118

4.4.2 IF模块和Break模块 119

4.4.3 舵机模块——Servo（N） 120

4.4.4 再谈Delay模块 125

4.4.5 编辑代码 127

4.4.6 程序调试 129

4.5 小结 130

第5章 模拟信号的输入 131

5.1 聪明的机器人 131

5.2 模拟信号简介 132

5.3 搭建聪明的机器人 133

5.3.1 红外测距传感器 133

5.3.2 其他模拟量传感器 134

5.4 让机器人动起来 135

5.4.1 AD设置 135

5.4.2 模拟输入模块 136

5.4.3 自定义函数和自定义代码 137

5.4.4 第一个模块：开关 140

5.4.5 第二个模块：右侧沿墙去目的地 141

5.4.6 查询传感器 145

5.4.7 第三个模块：夹持物体 146

5.4.8 第四个模块：返回出发地 147

5.4.9 第五个模块：放下物体 149

5.4.10 第六个模块：闪烁LED灯 149

5.4.11 流程图调试 150

5.4.12 终止程序运行 151

5.4.13 运行程序 151

5.5 使用帮助 151

5.6 小结 152

第6章 语音识别 153

6.1 语音问答机器人 153

6.2 语音识别简介 154

6.3 搭建语音问答机器人 155

6.3.1 MultiFLEX 2-PXA270控制器 155

6.3.2 四自由度机器人 158

6.3.3 履带 159

6.3.4 语音输入／输出设备 161

6.4 让机器人和我们互动起来 162

6.4.1 设计剧本 162

6.4.2 剧本录音 162

6.4.3 建立工程 164

6.4.4 语音模块 165

6.4.5 Switch模块 167

6.4.6 MP3模块 167

6.4.7 再谈舵机模块 168

6.5 小结 170

第7章 视频信号的输入 171

7.1 全向运动足球机器人 171

7.2 图像处理简介 172

7.3 搭建全向运动足球机器人 173

7.3.1 全向轮 173

7.3.2 摄像头 175

7.3.3 速度的标定和合成 177

7.4 让机器人跑起来 180

7.4.1 建立工程 180

7.4.2 视觉模块 182

7.4.3 跟球逻辑的实现 185

7.5 小结 191

第8章 综合实践——四足机器人步态规划 192

8.1 会追光的四足步行机器人 192

8.2 任务分析与规划 193

8.3 搭建机器人 197

8.4 让四足机器人走起来 198

8.4.1 四足机器人步态分析 198

8.4.2 编写步态 202

8.4.3 让舵机跟踪光源 205

8.4.4 让四足机器人跟踪光源 213

8.5 小结 216

第9章 综合实践——两轮机器人的平衡控制 217

9.1 两轮平衡机器人 217

9.2 任务分析与规划 217

9.3 搭建两轮平衡机器人 219

9.4 让机器人平衡地站起来 221

9.4.1 修改舵机的参数 221

9.4.2 红外测距传感器的标定 223

9.4.3 数字式PID算法的实现 224

9.5 小结 232

第3篇 竞赛篇 234

第10章 机器人武术擂台赛——无差别组 234

10.1 熟悉比赛规则和比赛场地 234

10.1.1 比赛规则 234

10.1.2 比赛场地 234

10.2 规则分析和任务规划 235

10.2.1 规则分析 235

10.2.2 解决方案 235

10.2.3 任务规划 238

10.3 结构设计和传感器布置 238

10.3.1 结构设计 238

10.3.2 传感器布置 239

10.4 传感器的标定和分布练习 240

10.4.1 标定灰度传感器 240

10.4.2 标定红外传感器 242

10.4.3 启动方式和爬坡练习 243

10.4.4 漫游练习 244

10.4.5 推棋子练习 244

10.4.6 实战对抗练习 244

10.5 改进竞赛能力 245

10.5.1 改进机器人结构 245

10.5.2 改进控制程序 247

10.5.3 改进动力 248

10.5.4 综合改进 251

10.6 比赛注意事项 251

10.7 小结 252

第11章 擂台赛机器人——仿人组 253

11.1 熟悉比赛规则 253

11.2 规则分析和任务规划 253

11.2.1 规则分析 253

11.2.2 任务规划 254

11.3 搭建机器人 254

11.3.1 机器人底盘设计 254

11.3.2 机器人身体部分设计 257

11.4 编程实现比赛能力 258

11.4.1 爬坡练习 258

11.4.2 举圆柱练习 259

11.4.3 边沿检测和推棋子练习 259

11.4.4 实战对抗练习 262

11.5 改进竞赛能力 264

11.5.1 改进机器人结构和动力 264

11.5.2 改进控制程序 265

11.6 小结 265

第12章 机器人武术擂台赛——技术挑战赛 266

12.1 熟悉比赛规则、场地和器材 266

12.1.1 比赛规则 266

12.1.2 比赛场地和器材 267

12.2 规则分析和任务规划 268

12.2.1 规则分析 268

12.2.2 策略分析和任务规划 268

12.3 机器人搭建和传感器布局设计 269

12.4 让机器人完成任务 271

12.4.1 实现爬坡 271

12.4.2 寻找麦克风并自我介绍 272

12.4.3 寻找绣球并完成抛绣球任务 277

12.4.4 寻找铜锣并敲响 277

12.4.5 回到场地中央致谢结束 279

12.5 完善改进 279

12.5.1 增加民族服装 280

12.5.2 增加可靠性 280

12.6 小结 280

附录A 拓展阅读及技术资料 281

附录B 控制器相关技术资料 283

附录C 2009年机器人武术擂台赛项目竞赛规程 297

参考文献 306