机器人是人类历史上最伟大的发明之一。机器人学作为一个高科技研究领域,涉及机械、电气电子、计算机等多学科的交叉。而这些学科的研究交集就是机器人。
我们知道,一个人既要有身体,又要有思想。同样,机器人也主要分为硬件和软件两部分。硬件是软件的载体,软件是硬件的灵魂。在硬件上要设计机器人的外形结构和零部件等部分,在软件上要有高度智能的控制策略。
本书与其姊妹书《机器人制作轻松入门》、《Arduino轻松入门》一样,也是编者根据实际制作经验撰写的,内容贴合实际,简单易懂,适合对机器人感兴趣的硬件DIY爱好者、电子爱好者阅读,也非常适合大中学生进行机器人设计、电子制作的实验教学使用。
本书从机械本体、电路系统和控制系统三个方面介绍如何设计与制作机器人,以培养实践能力为目的,以电脑软件为依托,介绍了开发机器人的几种常用软件的使用方法。书中内容符合初学者的能力范围,将重点放在了如何动手设计和操作上。书中插入大量不同阶段制作、调试机器人时的照片以供参考,图文并茂可以使读者按图索骥一步一步地完成自己的机器人。因此,本书既可以供参加机器人大赛的学生作为初级指导书,也可以供在校学生作为实验教学的课题使用。
本书共分为3篇,每篇包含若干章节。分别讲述如何设计机器人的钢铁之躯、如何设计开发机器人的控制电路板和进行软件编程,以及最终如何完成机器人的组装并为参加机器人比赛做准备。
第1篇介绍了三维软件UG的基本使用方法。结合生动形象的实例绘制,使得学软件不再枯燥。详细解说了如何设计机器人的机械本体,如何绘制出机器人的各个“骨骼”——零部件,最后利用软件将它们进行整体装配。
第2篇讲述电路板的绘制和软件编程。电路板是机器人的“大脑”,控制着机器人的行动。而软件就像是为机器人注入了“灵魂”,让它活灵活现。通过该篇内容,就可以轻松掌握电路板的绘制方法,学会之后还可以自己去设计电路板。通过对编程的学习,我们可以进行机器人的步态调节,可以让它完成类似人类的前进、后退、拐弯、甚至翻跟头的动作。这部分内容可以让你放开思维,自由发挥。
第3篇是将前面绘制的各种图在加工成零部件后进行实体组装。选择合适的机械零件组装成机器人,使之能达到行走和翻滚动作的动力学要求,并进行基本的步态调试。最后介绍了机器人的比赛规则,我们可以去和别人的机器人一决高低了。
本书在编写和修改过程中,通过作者负责的天津科技大学行业卓越人才实验班核心课程建设(自动控制原理)、天津科技大学食品安全信息化团队进行了实验验证。该书在高等学校博士学科点专项科研基金(20131208110005)和天津市科技支撑计划项目(14ZCZDSY00010)中进行了实际应用与部分实验工作。
本书还得到了中国机器人大赛暨RoboCup公开赛医疗与服务机器人项目负责人孙丽萍,以及天津科技大学张峻霞、王以忠、白瑞祥、张宝龙、彭一准等老师的指导与帮助。天津亿泰基自动化技术有限公司的叶辉先生,日本有限会社富城物产的刘懿喆先生和日本冲绳高专及ASCSPublications的Zacharie Mbaitiga博士也提出了很多修改意见。天津科技大学电子设计大学生创新实验室的刘敬、韩文龙、陈兆仕、王达、杨志鹏、欧阳育星、刘会超、郝剑明、康中祥、窦慧鸣、曾燊杰、王超逸、张子豪、张芝玉,郭国栋、陈玉琪、邓卓远等为本书编写提供了帮助,在此一并表示感谢。
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由于编者水平有限,书中难免存在不足,敬请各位读者批评指正。
编者