第1章 了解机器人 1
1.1 什么是机器人 1
1.1.1 机器人名字的由来 1
1.1.2 广义机器人的定义 3
1.2 机器人的种类 5
1.2.1 操作型机器人 5
1.2.2 程控型机器人 5
1.2.3 示教再现型机器人 5
1.2.4 感觉控制型机器人 5
1.2.5 学习控制型机器人 5
1.2.6 智能机器人 5
1.3 自律型移动机器人 6
1.3.1 感知 6
1.3.2 动作与结构 6
1.3.3 智能 7
1.4 小结 7
第2章 机器人的运动 8
2.1 机器人运动的环境 8
2.1.1 机器人所处的环境 8
2.1.2 开环控制与闭环控制 9
2.2 机器人运动的方式 9
2.2.1 机器人的尺寸和重量 10
2.2.2 车轮和履带 10
2.2.3 关节型机器人 11
2.3 直流电机 11
2.3.1 直流电机的工作原理 11
2.3.2 直流电机的控制方式 13
2.3.3 直流电机的选择 14
2.3.4 电机输出轴 16
2.3.5 联轴器的使用 17
2.3.6 直流电机的安装 18
2.4 舵机 19
2.4.1 舵机的工作原理 19
2.4.2 舵机的控制方式 19
2.4.3 舵机的选择与安装 20
2.4.4 舵机的改装 21
2.5 小结 24
第3章 控制板的使用 25
3.1 开源硬件控制板 25
3.1.1 什么是开源硬件 25
3.1.2 Arduino是什么 25
3.1.3 控制板Dreamer 27
3.1.4 Dreamer的外形尺寸 27
3.1.5 Dreamer的原理图 29
3.1.6 Dreamer的硬件接口 31
3.2 Dreamer的开发环境 33
3.2.1 新硬件的添加 34
3.2.2 开发环境的设置 37
3.2.3 开发环境的应用 38
3.3 程序的3种基本结构 41
3.4 C语言的标识符与关键字 42
3.5 控制语句 46
3.5.1 if语句 46
3.5.2 switch语句 47
3.5.3 while语句 48
3.5.4 do-while语句 49
3.5.5 for语句 49
3.5.6 break语句 50
3.5.7 continue语句 50
3.5.8 goto语句 50
3.6 对象和类 51
3.6.1 类的定义 51
3.6.2 对象的创建及成员函数的调用 52
3.6.3 对象的初始化和构造函数 53
3.6.4 函数的重载 54
3.6.5 析构函数 55
3.6.6 开发环境中的库文件 55
3.7 图形化的编程工具Ardublock 55
3.7.1 Ardublock的添加 56
3.7.2 Ardublock的使用 57
3.8 Dreamer中直流电机的控制 61
3.8.1 直流电机驱动板 61
3.8.2 简单的直流电机控制 62
3.8.3 Dreamer接口的宏定义 65
3.8.4 直流电机的调速 66
3.8.5 Motor类的建立 68
3.8.6 Motor类的使用 72
3.9 Dreamer中舵机的控制 72
3.9.1 Servo类 73
3.9.2 舵机扩展板 74
3.9.3 Servo类的使用 74
3.10 小结 75
第4章 感知周围的环境 76
4.1 红外接近开关 76
4.1.1 器件介绍 76
4.1.2 性能指标 77
4.1.3 传感器的连接 77
4.1.4 器件的使用 78
4.2 红外测距传感器 79
4.2.1 器件介绍 79
4.2.2 性能指标 80
4.2.3 传感器的连接 81
4.2.4 传感器的使用 82
4.3 寻线传感器 83
4.3.1 器件介绍 83
4.3.2 器件的使用 84
4.4 超声波测距传感器 84
4.4.1 器件介绍 84
4.4.2 性能指标 84
4.4.3 传感器的连接 86
4.4.4 传感器的串口模式 87
4.4.5 传感器的脉宽模式 89
4.4.6 使用测距传感器的说明 90
4.5 环境光和声音传感器 91
4.5.1 环境光传感器的介绍 91
4.5.2 环境光传感器的连接和使用 91
4.5.3 声音传感器 92
4.6 加速度传感器 93
4.6.1 MMA7361加速度传感器 93
4.6.2 器件指标 94
4.6.3 传感器的连接 94
4.6.4 传感器的使用 94
4.6.5 ADXL345加速度传感器 96
4.6.6 传感器的连接 97
4.6.7 Wire类 97
4.6.8 传感器的使用 99
4.7 传感器认证 101
4.8 小结 102
第5章 轮型机器人底盘结构 103
5.1 直流电机与车轮 103
5.2 万向轮与电池盒 105
5.3 底盘制作 106
5.3.1 底板的设计 106
5.3.2 底盘的安装 106
5.4 控制器的安装 112
5.5 轮型机器人的移动 113
5.5.1 控制板的连接 113
5.5.2 简单的移动 114
5.5.3 扩展板的连接 115
5.6 利用舵机制作轮型机器人底盘 116
5.6.1 舵机支架 116
5.6.2 舵机的安装 117
5.6.3 舵机的控制 118
5.7 小结 120
第6章 轮型机器人的行为 121
6.1 行为的分类 121
6.1.1 伺服行为和弹道式行为 121
6.1.2 伺服行为样例 122
6.1.3 弹道式行为样例 123
6.2 基于差分传感器的归航行为 124
6.2.1 寻光归航行为 124
6.2.2 其他归航行为 126
6.3 基于整体状态的归航行为 128
6.3.1 行为描述 128
6.3.2 行为的实现 130
6.3.3 额外说明 131
6.4 基于差分传感器的避障行为 133
6.4.1 行为描述 133
6.4.2 行为的实现 133
6.4.3 峡谷效应 134
6.4.4 消除峡谷效应 135
6.5 基于测距传感器的沿墙行走行为 137
6.5.1 沿墙行走行为 137
6.5.2 测距传感器的安装 138
6.5.3 行为实现 139
6.5.4 距离保持随动行为 140
6.5.5 基于接近传感器的沿墙行走行为 142
6.6 限界行为和陡沿行为 142
6.6.1 限界行为 142
6.6.2 陡沿行为 143
6.7 抖动问题 143
6.7.1 抖动现象 143
6.7.2 循环诊断行为 144
6.7.3 查表方法 144
6.8 区域覆盖 144
6.8.1 确定性覆盖 144
6.8.2 随机覆盖 145
6.9 小结 146
第7章 多足机器人结构 147
7.1 静平衡和动平衡 147
7.1.1 动平衡 147
7.1.2 静平衡 147
7.2 舵机轴的支撑和受力 148
7.3 腿部关节的制作 148
7.3.1 舵机的调整 148
7.3.2 腿的基本结构 149
7.3.3 昆虫腿的布局 152
7.3.4 哺乳动物腿的布局 153
7.4 步态 154
7.4.1 步态的相关定义 154
7.4.2 哺乳类四足动物的步态 155
7.4.3 六足昆虫的步态 156
7.5 触觉反馈 158
7.6 双足机器人 159
7.6.1 器材列表 159
7.6.2 双足的组装 160
7.7 小结 163
第8章 六足爬虫的行为 164
8.1 硬件结构的组装 164
8.1.1 硬件部件的安装 164
8.1.2 控制端口的分配 166
8.2 基本移动动作 167
8.2.1 腿的初始位置 167
8.2.2 腿的抬起放下 170
8.2.3 前进后退 171
8.2.4 单侧转向 174
8.2.5 原地转向 175
8.3 寻光归航行为 177
8.4 爬坡行为 179
8.5 陡沿行为 180
8.6 小结 182
第9章 复合型轮型机器人 183
9.1 水平摆动单自由度复合型机器人 183
9.1.1 安装水平摆动舵机 183
9.1.2 安装测距传感器 184
9.2 雷达扫描功能 184
9.2.1 功能描述 184
9.2.2 功能实现 185
9.2.3 数据的平滑处理 187
9.2.4 雷达功能的增强 188
9.3 基于雷达扫描的避障行为 189
9.3.1 功能描述 189
9.3.2 行为实现 189
9.4 垂直摆动单自由度复合型机器人 191
9.4.1 安装舵机支架 191
9.4.2 安装垂直摆动舵机 192
9.4.3 安装摆臂 192
9.5 相扑机器人 193
9.5.1 机器人相扑比赛 193
9.5.2 机器人相扑的特点 194
9.5.3 相扑机器人臂结构 195
9.6 小结 196
附录A 结构图纸一览表 197
附录B Gadgeteer规范中接口的定义 198
附录C 运算符操作顺序 200
附录D 一些其他Gadgeteer模块 201
参考文献 203