機器人設計與製作入門

第1章 如何製作“飛毛腿”機器人1
1.1從神壇走出的機器人1
1.2如何製作飛毛腿機器人2
1.2.1製作目標2
1.2.2製作所需材料2
1.2.3製作步驟及注意事項3
1.2.4問題與解決4
1.2.5項目小結4
1.2.6思考4
1.3什麼是機器人5
1.4本書中要介紹的機器人6
1.5本章小結與思考7

第2章 構建機器人開發平台8
2.1機器人的主控制器8
2.2配置機器人開發環境10
2.2.1PC端Arduino軟件開發環境10
2.2.2Tinkercad在線開發環境11
2.3通過程序點亮LED11
2.4Fritzing（電路搭建工具）14
2.5本章小結與思考14

第3章 機器人如何用燈光錶達信息15
3.1用燈光顯示心跳的感覺16
3.1.1用程序實現心跳的感覺16
3.1.2在Arduino IDE中實現模塊化開發19
3.1.3問題與思考22
3.2讓機器人以燈光的形式發送“SOS”求救信號23
3.2.1求救信號簡介23
3.2.2用燈光發送“SOS”信號23
3.3讓機器人展示呼吸的樣子26
3.3.1用PWM控制LED模仿呼吸27
3.3.2呼吸燈的控制電路設計28
3.3.3呼吸燈的程序設計31
3.4機器人如何進行文字符號表示33
3.4.1數碼管與數碼的表示34
3.4.2控制LED數碼管從“0”到“9” 滾動顯示35
3.5用8×8點陣LED顯示更複雜的圖形40
3.5.18×8點陣LED顯示屏簡介40
3.5.2用8×8點陣LED顯示屏顯示“I Love U”41
3.6用LCD顯示屏滾動顯示一段文字50
3.6.1LCD1602簡介50
3.6.2用LCD顯示“Hello，robot！To a new world！”52
3.7本章小結與思考58

第4章 機器人如何用聲音傳情達意59
4.1聲音和發聲裝置59
4.1.1機器人常用的發聲裝置60
4.1.2蜂鳴器的種類及發聲方法60
4.1.3用計算機記錄和合成聲音62
4.2用程序控制蜂鳴器模仿警笛聲62
4.2.1如何發出警笛聲62
4.2.2電路部分設計63
4.2.3程序設計63
4.2.4運行與觀察思考65
4.3如何讓機器人演奏音樂66
4.3.1計算機中的音樂是怎麼產生的66
4.3.2將簡譜的內容轉換成程序68
4.3.3為樂曲編寫播放程序72
4.4實現燈光隨著音樂節拍變幻74
4.4.1在現有項目基礎上迭代開發74
4.4.2修改程序代碼75
4.5本章小結與思考76

第5章 機器人如何實現移動78
5.1用直流電機控制機器人移動79
5.1.1直流電機的驅動79
5.1.2搭建用Arduino UNO控制電機的電路80
5.1.3通過程序控制電機進行各種形式的轉動81
5.2控制舵機精確轉動84
5.2.1舵機的驅動85
5.2.2通過程序控制舵機轉到指定位置86
5.2.3控制舵機來回掃描88
5.3控制步進電機轉動89
5.3.1步進電機的驅動89
5.3.2通過程序控制步進電機90
5.4本章小結93

第6章 機器人如何感知環境94
6.1感知觸碰94
6.1.1用程序監控按鈕的狀態95
6.1.2實現鍵盤按鍵控製程序100
6.1.3用按鍵控制數字累加顯示105
6.2感知物體表面狀態108
6.2.1感知物體表面灰度109
6.2.2感知物體表面色彩113
6.2.3感知物體表面凹凸118
6.3感知物體的距離121
6.3.1用超聲波測距傳感器測距122
6.3.2用紅外傳感器避障126
6.4感知周邊環境130
6.4.1用數字方法感知環境溫度130
6.4.2用模擬溫度傳感器檢測溫度134
6.4.3感知環境光138
6.4.4感知人的活動140
6.5機器人如何實現自我感知144
6.5.1機器人如何實現振動及傾斜感知144
6.5.2機器人自我狀態的其它感知147
6.6本章小結147

第7章 為機器人造型148
7.1輕鬆造型148
7.2為機器人3D打印造型149
7.2.1用Tinkercad設計3D模型149
7.2.2用SketchUp設計3D造型150
7.3用SketchUp繪製一個方盒153
7.3.1方形盒的設計153
7.3.2愛心音樂盒的製作159
7.4愛心音樂盒的3D打印162
7.4.1從SketchUp中將愛心音樂盒文件導出162
7.4.2用切片軟件將stl文件生成切片文件163
7.5本章小結166

第8章 機器人需要怎樣的電源系統168
8.1機器人的電源系統168
8.2鋰電池170
8.3穩壓模塊171
8.4電源保護與監控172
8.5為機器人設計供電系統173
8.5.1機器人總電源的設計173
8.5.2機器人主控制器模塊的供電173
8.5.3機器人傳感器模塊的供電173
8.5.4機器人驅動模塊的供電174
8.6本章小結174

第9章 桌面助理機器人的設計175
9.1總體設計175
9.1.1機器人的總體認知和功能框圖176
9.1.2桌面助理機器人的任務176
9.2桌面助理照明機器人的設計178
9.2.1硬件設計178
9.2.2程序設計179
9.2.3結構設計180
9.3自適應調光機器人的設計181
9.3.1硬件設計182
9.3.2軟件設計183
9.3.3結構設計185
9.4具有警示功能的自主照明助理機器人設計185
9.4.1硬件設計185
9.4.2軟件設計187
9.4.3結構設計189
9.4.4項目運行與調試189
9.5人類活動助手機器人的設計189
9.5.1硬件設計189
9.5.2軟件設計190
9.5.3結構設計與調試192
9.6人類習慣感知機器人的設計192
9.6.1硬件設計192
9.6.2軟件設計193
9.6.3結構設計196
9.7本章小結198

第10章 自主移動機器人的設計199
10.1總體設計199
10.1.1需求分析199
10.1.2規劃自主移動機器人的開發過程200
10.2製作可按程序運行的機器人小車201
10.2.1機器人小車的結構設計201
10.2.2硬件設計202
10.2.3通過程序控制機器人的移動203
10.3自主避障機器人的設計206
10.3.1自主避障機器人的硬件設計206
10.3.2自主避障機器人程序設計207
10.3.3自主避障機器人的結構設計和調試210
10.4自主巡線機器人設計211
10.4.1自主巡線機器人的硬件設計211
10.4.2自主巡線機器人的程序設計212
10.4.3結構設計需要考慮的因素214
10.5安防巡邏機器人設計214
10.5.1安防巡邏機器人的硬件與結構設計214
10.5.2安防巡邏機器人的程序設計215
10.6智能巡線機器人設計216
10.6.1智能巡線機器人的硬件設計216
10.6.2智能巡線機器人的軟件設計217
10.7本章小結219