- 电子工业出版社
- 9787121529139
- 1-1
- 16开
- 2026-03
- 441
- 工学
- 机械类
- 机械设计制造及自动化
- 本科 研究生及以上
内容简介
本书立足“新工科”人才培养需求，以“专创融合”为鲜明特色，助力学生深入理解机器人核心技术。通过构建分层递进、衔接有序的实践教学体系，本书聚焦学生创新思维与实践能力的协同培养，实现知识传授与能力提升的有机统一。 全书共分为11章，系统划分为理论基础、实践应用、创新提升三大模块：理论基础模块涵盖机器人认知、机械结构、硬件电路、控制软件及ROS系统等核心基础知识；实践应用模块精心设计典型案例，精准衔接理论知识与创新实践操作；创新提升模块进一步引导学生将理论知识转化为实际应用成果，强化创新意识与实践应用能力。 本书主要面向高等院校机械、自动化、电气、电子信息等相关专业本科生，可作为机器人相关选修课、创新创业课程的教材，也可作为机器人技术爱好者、工程技术人员的实用参考资料。
目录
第1章 绪论 / 1
1.1 机器人介绍 / 1
1.1.1 机器人的定义与起源 / 1
1.1.2 机器人的发展历程 / 2
1.2 机器人的分类 / 3
1.2.1 按应用领域分类 / 3
1.2.2 按运动方式分类 / 4
1.2.3 按智能程度分类 / 4
1.2.4 按结构形式分类 / 5
1.2.5 按控制方式分类 / 5
1.2.6 按驱动方式分类 / 6
1.2.7 按感知方式分类 / 6
1.2.8 按交互方式分类 / 6
1.2.9 按能源供应方式分类 / 7
1.2.10 按尺寸大小分类 / 7
1.3 机器人的开发与应用 / 8
1.3.1 机器人开发的关键技术 / 8
1.3.2 机器人开发的流程 / 10
1.3.3 机器人的应用领域 / 11
1.4 机器人的发展前景 / 13
1.4.1 技术突破推动机器人智能化 / 13
1.4.2 应用领域的持续拓展 / 14
1.4.3 社会影响与经济变革 / 14
1.4.4 未来趋势与展望 / 15
第2章 机器人控制软件 / 17
2.1 编程环境搭建 / 17
2.2 Arduino IDE软件 / 21
2.2.1 Arduino概述 / 22
2.2.2 程序编写 / 22
第3章 机器人硬件电路结构 / 25
3.1 主控板与扩展板 / 25
3.1.1 Basra主控板 / 25
3.1.2 BigFish扩展板 / 28
3.1.3 Birdmen手柄扩展板 / 29
3.2 常用执行器功能及工作原理 / 30
3.2.1 伺服电动机 / 30
3.2.2 直流电动机 / 31
3.2.3 无刷电动机 / 32
3.2.4 步进电动机 / 33
3.2.5 气动系统 / 34
3.3 常用传感器功能及工作原理 / 34
3.3.1 数字量传感器 / 34
3.3.2 模拟量传感器 / 36
3.4 机器人通信功能及工作原理 / 41
3.4.1 通信转接板 / 41
3.4.2 蓝牙串口通信模块 / 42
3.4.3 NRF24L01无线通信模块 / 42
3.4.4 ZigBee通信模块 / 43
3.4.5 无线路由器 / 43
第4章 机器人机械结构 / 45
4.1 机械零件 / 45
4.1.1 零件的扩展性 / 45
4.1.2 连杆零件 / 45
4.1.3 平板零件 / 46
4.1.4 框架零件 / 46
4.1.5 其他辅助零件 / 47
4.1.6 零件的固定 / 49
4.2 基本机械结构 / 52
4.2.1 刚体结构 / 52
4.2.2 可动结构 / 52
4.3 常用的平面机构 / 53
4.3.1 平面连杆机构 / 53
4.3.2 凸轮机构 / 54
4.3.3 齿轮机构 / 55
4.3.4 轮系机构 / 56
4.3.5 棘轮机构 / 57
4.4 机器人模块化设计 / 58
4.4.1 驱动轮模块 / 58
4.4.2 随动轮模块 / 59
4.4.3 履带模块 / 59
4.4.4 关节模块 / 60
4.4.5 机械手模块 / 61
4.4.6 其他功能模块 / 62
4.5 机器人创意设计案例 / 63
4.5.1 创意选题 / 63
4.5.2 创意设计 / 63
4.5.3 项目管理 / 64
4.5.4 机器人创意作品案例 / 64
第5章 ROS环境配置基础 / 69
5.1 引言 / 69
5.1.1 ROS简介 / 69
5.1.2 ROS的核心概念 / 69
5.1.3 ROS的应用领域 / 70
5.1.4 ROS的未来发展 / 70
5.2 安装ROS系统的环境准备 / 70
5.2.1 操作系统要求 / 70
5.2.2 安装Ubuntu / 70
5.2.3 系统更新与依赖安装 / 71
5.3 ROS安装与配置 / 72
5.3.1 配置软件源 / 72
5.3.2 安装ROS核心包 / 72
5.3.3 初始化rosdep / 73
5.3.4 设置环境变量 / 73
5.3.5 测试ROS安装 / 73
5.4 创建工作空间及常用工具配置 / 74
5.4.1 创建工作空间 / 74
5.4.2 配置ROS基础工具 / 75
5.5 ROS文件系统 / 75
5.5.1 工作空间的创建与管理 / 75
5.5.2 消息、服务和动作的定义 / 76
5.5.3 启动文件的使用 / 77
5.6 ROS的通信机制 / 77
5.6.1 话题 / 77
5.6.2 服务 / 78
5.6.3 动作 / 78
5.6.4 参数服务器 / 79
5.7 常用ROS传感器 / 80
5.7.1 激光雷达 / 80
5.7.2 摄像头 / 80
5.7.3 惯性测量单元 / 81
5.7.4 全球定位系统 / 81
5.7.5 超声波传感器 / 82
5.7.6 压力传感器 / 82
5.7.7 编码器 / 82
5.7.8 气体传感器 / 83
第6章 创新设计实践案例：车型机器人 / 84
6.1 车型机器人功能简介 / 84
6.2 Basra主控板的使用 / 84
6.3 超声波避障车型机器人 / 86
6.3.1 双轮万向车的组装 / 86
6.3.2 双轮底盘的运动控制 / 88
6.3.3 超声波传感器的使用 / 88
6.4 带机械爪的机器人 / 91
6.4.1 机械爪的组装 / 91
6.4.2 机械爪的运动控制 / 95
6.4.3 灰度传感器的使用 / 96
6.5 蓝牙遥控机器人 / 98
6.6 履带机器人 / 101
6.6.1 使用三维文件辅助安装 / 101
6.6.2 履带式底盘的组装 / 102
第7章 创新设计实践案例：全地形机器人 / 104
7.1 全地形机器人功能解读 / 104
7.1.1 “全地形小车设计与制作”的竞赛场地介绍 / 104
7.1.2 “全地形小车设计与制作”的任务规则与得分标准 / 107
7.1.3 “全地形小车设计与制作”的比赛流程 / 108
7.2 底盘结构设计 / 109
7.3 底盘循迹功能 / 110
7.4 颜色识别功能 / 118
7.4.1 TCS3200颜色传感器 / 118
7.4.2 I2C颜色传感器 / 122
7.5 触须传感器的使用 / 125
第8章 创新设计实践案例：全能对抗赛机器人 / 128
8.1 全能对抗赛机器人功能解读 / 128
8.1.1 “机器人全能对抗赛”的竞赛场地介绍 / 128
8.1.2 “机器人全能对抗赛”的参赛机器人要求 / 132
8.1.3 “机器人全能对抗赛”的比赛过程 / 133
8.2 电控设计 / 134
8.2.1 NRF24L01无线通信模块 / 134
8.2.2 Birdmen手柄扩展板 / 135
8.2.3 增加传感器接口的方法 / 139
8.3 三自由度机械臂结构设计与控制 / 140
第9章 创新设计实践案例：智能搬运机器人 / 144
9.1
1.1 机器人介绍 / 1
1.1.1 机器人的定义与起源 / 1
1.1.2 机器人的发展历程 / 2
1.2 机器人的分类 / 3
1.2.1 按应用领域分类 / 3
1.2.2 按运动方式分类 / 4
1.2.3 按智能程度分类 / 4
1.2.4 按结构形式分类 / 5
1.2.5 按控制方式分类 / 5
1.2.6 按驱动方式分类 / 6
1.2.7 按感知方式分类 / 6
1.2.8 按交互方式分类 / 6
1.2.9 按能源供应方式分类 / 7
1.2.10 按尺寸大小分类 / 7
1.3 机器人的开发与应用 / 8
1.3.1 机器人开发的关键技术 / 8
1.3.2 机器人开发的流程 / 10
1.3.3 机器人的应用领域 / 11
1.4 机器人的发展前景 / 13
1.4.1 技术突破推动机器人智能化 / 13
1.4.2 应用领域的持续拓展 / 14
1.4.3 社会影响与经济变革 / 14
1.4.4 未来趋势与展望 / 15
第2章 机器人控制软件 / 17
2.1 编程环境搭建 / 17
2.2 Arduino IDE软件 / 21
2.2.1 Arduino概述 / 22
2.2.2 程序编写 / 22
第3章 机器人硬件电路结构 / 25
3.1 主控板与扩展板 / 25
3.1.1 Basra主控板 / 25
3.1.2 BigFish扩展板 / 28
3.1.3 Birdmen手柄扩展板 / 29
3.2 常用执行器功能及工作原理 / 30
3.2.1 伺服电动机 / 30
3.2.2 直流电动机 / 31
3.2.3 无刷电动机 / 32
3.2.4 步进电动机 / 33
3.2.5 气动系统 / 34
3.3 常用传感器功能及工作原理 / 34
3.3.1 数字量传感器 / 34
3.3.2 模拟量传感器 / 36
3.4 机器人通信功能及工作原理 / 41
3.4.1 通信转接板 / 41
3.4.2 蓝牙串口通信模块 / 42
3.4.3 NRF24L01无线通信模块 / 42
3.4.4 ZigBee通信模块 / 43
3.4.5 无线路由器 / 43
第4章 机器人机械结构 / 45
4.1 机械零件 / 45
4.1.1 零件的扩展性 / 45
4.1.2 连杆零件 / 45
4.1.3 平板零件 / 46
4.1.4 框架零件 / 46
4.1.5 其他辅助零件 / 47
4.1.6 零件的固定 / 49
4.2 基本机械结构 / 52
4.2.1 刚体结构 / 52
4.2.2 可动结构 / 52
4.3 常用的平面机构 / 53
4.3.1 平面连杆机构 / 53
4.3.2 凸轮机构 / 54
4.3.3 齿轮机构 / 55
4.3.4 轮系机构 / 56
4.3.5 棘轮机构 / 57
4.4 机器人模块化设计 / 58
4.4.1 驱动轮模块 / 58
4.4.2 随动轮模块 / 59
4.4.3 履带模块 / 59
4.4.4 关节模块 / 60
4.4.5 机械手模块 / 61
4.4.6 其他功能模块 / 62
4.5 机器人创意设计案例 / 63
4.5.1 创意选题 / 63
4.5.2 创意设计 / 63
4.5.3 项目管理 / 64
4.5.4 机器人创意作品案例 / 64
第5章 ROS环境配置基础 / 69
5.1 引言 / 69
5.1.1 ROS简介 / 69
5.1.2 ROS的核心概念 / 69
5.1.3 ROS的应用领域 / 70
5.1.4 ROS的未来发展 / 70
5.2 安装ROS系统的环境准备 / 70
5.2.1 操作系统要求 / 70
5.2.2 安装Ubuntu / 70
5.2.3 系统更新与依赖安装 / 71
5.3 ROS安装与配置 / 72
5.3.1 配置软件源 / 72
5.3.2 安装ROS核心包 / 72
5.3.3 初始化rosdep / 73
5.3.4 设置环境变量 / 73
5.3.5 测试ROS安装 / 73
5.4 创建工作空间及常用工具配置 / 74
5.4.1 创建工作空间 / 74
5.4.2 配置ROS基础工具 / 75
5.5 ROS文件系统 / 75
5.5.1 工作空间的创建与管理 / 75
5.5.2 消息、服务和动作的定义 / 76
5.5.3 启动文件的使用 / 77
5.6 ROS的通信机制 / 77
5.6.1 话题 / 77
5.6.2 服务 / 78
5.6.3 动作 / 78
5.6.4 参数服务器 / 79
5.7 常用ROS传感器 / 80
5.7.1 激光雷达 / 80
5.7.2 摄像头 / 80
5.7.3 惯性测量单元 / 81
5.7.4 全球定位系统 / 81
5.7.5 超声波传感器 / 82
5.7.6 压力传感器 / 82
5.7.7 编码器 / 82
5.7.8 气体传感器 / 83
第6章 创新设计实践案例：车型机器人 / 84
6.1 车型机器人功能简介 / 84
6.2 Basra主控板的使用 / 84
6.3 超声波避障车型机器人 / 86
6.3.1 双轮万向车的组装 / 86
6.3.2 双轮底盘的运动控制 / 88
6.3.3 超声波传感器的使用 / 88
6.4 带机械爪的机器人 / 91
6.4.1 机械爪的组装 / 91
6.4.2 机械爪的运动控制 / 95
6.4.3 灰度传感器的使用 / 96
6.5 蓝牙遥控机器人 / 98
6.6 履带机器人 / 101
6.6.1 使用三维文件辅助安装 / 101
6.6.2 履带式底盘的组装 / 102
第7章 创新设计实践案例：全地形机器人 / 104
7.1 全地形机器人功能解读 / 104
7.1.1 “全地形小车设计与制作”的竞赛场地介绍 / 104
7.1.2 “全地形小车设计与制作”的任务规则与得分标准 / 107
7.1.3 “全地形小车设计与制作”的比赛流程 / 108
7.2 底盘结构设计 / 109
7.3 底盘循迹功能 / 110
7.4 颜色识别功能 / 118
7.4.1 TCS3200颜色传感器 / 118
7.4.2 I2C颜色传感器 / 122
7.5 触须传感器的使用 / 125
第8章 创新设计实践案例：全能对抗赛机器人 / 128
8.1 全能对抗赛机器人功能解读 / 128
8.1.1 “机器人全能对抗赛”的竞赛场地介绍 / 128
8.1.2 “机器人全能对抗赛”的参赛机器人要求 / 132
8.1.3 “机器人全能对抗赛”的比赛过程 / 133
8.2 电控设计 / 134
8.2.1 NRF24L01无线通信模块 / 134
8.2.2 Birdmen手柄扩展板 / 135
8.2.3 增加传感器接口的方法 / 139
8.3 三自由度机械臂结构设计与控制 / 140
第9章 创新设计实践案例：智能搬运机器人 / 144
9.1
