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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Dreamer27

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Ardublock55

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