小型机器人的设计与制作

本书系统介绍了小型机器人设计与制作的相关基础知识，全书共7章，主要内容包括机器人设计基础、基于STM32微控制器的程序设计、轮式机器人的设计与制作、足式机器人的设计与制作、四旋翼无人机的设计与制作、机器人路径规划方法与应用，以及ROS介绍与应用基础。 本书的内容编排兼顾机器人关键技术的理论及应用实践，在帮助学生学习基础理论的同时，提升学生的工程素养和创新能力。本书在内容设计上从局部到整体，先引导学生学习机器人机械设计、电路设计、传感器应用及控制技术等理论基础，再以轮式巡线机器人、足式机器人和四旋翼无人机为实例，介绍机器人的设计与制作过程，最后讲解了机器人路径规划和ROS等先进技术，进一步培养学生的工程创新意识；在叙述上由浅入深、循序渐进、前后呼应，在配合理论教学的同时，注意引导学生运用所学知识解决工程实际问题；在机器人的设计上注重进一步引导学生分析和思考工程实际问题，激发学生的创新思维。 本书可作为高等院校电类、机械类、控制类、计算机类等专业机器人控制技术系列课程的实验教材和教学参考书，也可以供从事机器人设计与制作的工程技术人员、相关课程的机器人创客爱好者参考。

贾永兴 男 陆军工程大学教授

第1章 机器人设计基础 1.1机器人概述 1.1.1机器人的概念 1.1.2机器人的组成 1.1.3机器人的分类 1.1.4机器人应用 1.2机械结构设计 1.2.1自由度 1.2.2运动（行走）机构 1.2.3机器人执行机构 1.2.4机械结构设计实例 1.253D打印 1.3电路设计 1.3.1机器人的电源系统 1.3.2机器人驱动器系统 1.3.3机器人常见电路接口 1.3.4机器人中的串口通信 1.3.5机器人主控制系统 第2章 基于STM32微控制器的程序设计 2.1 STM32单片机教学开发板的使用 2.1.1 Keil MDK开发环境的安装 2.1.2硬件连接 2.1.3创建工程及执行程序 2.2 STM32单片机的基本实验 2.2.1点亮LED灯 2.2.2蜂鸣器实验 2.2.3按键输入实验 2.2.4串口实验 2.2.5中断实验 第3章 轮式机器人的设计与制作 3.1轮式机器人设计基础 3.1.1机械结构 3.1.2电路硬件 3.1.3舵机和电动机驱动 3.1.4传感器数据采集 3.2两轮驱动轮式机器人 3.2.1电路连接架构 3.2.2系统整体调试 3.3四轮驱动轮式机器人 3.3.1机械结构设计 3.3.2电路连接架构 3.3.3系统整体调试 第4章 足式机器人的设计与制作 4.1足式机器人概述 4.1.1双足机器人 4.1.2多足机器人 4.2足式机器人腿部结构 4.2.1开链式腿结构 4.2.2闭链式腿结构 4.2.3弹性腿结构 4.3足式机器人的步态 4.3.1典型步态 4.3.2步态控制 4.4双足机器人的设计与制作 4.4.1材料准备 4.4.2安装制作 4.4.3程序设计 4.4.4整体调试 4.5四足机器人的设计与制作 4.5.1机械结构设计 4.5.2电路设计 4.5.3程序设计 4.5.4整体调试 4.6六足机器人的设计与制作 4.6.1机械结构设计 4.6.2电路设计 4.6.3整体调试 第5章 四旋翼无人机的设计与制作 5.1四旋翼无人机概述 5.2四旋翼无人机的原理和组成 5.2.1机架 5.2.2电动机和桨 5.2.3飞控 5.2.4电池和电调 5.3四旋翼无人机的制作 5.3.1材料准备 5.3.2安装制作 5.4四旋翼无人机的测试 5.4.1遥控器设置 5.4.2地面站软件安装 5.4.3校准加速度计 5.4.4校准罗盘 5.4.5遥控器校准 5.4.6飞行模式设置 5.4.7解锁检查 5.4.8电调校准 5.4.9试飞 第6章 机器人路径规划方法与应用 6.1引言 6.2路径规划 6.2.1全局路径规划与局部路径规划 6.2.2静态路径规划与动态路径规划 6.3同步定位与地图构建 6.3.1 SLAM问题 6.3.2卡尔曼滤波 6.3.3多机器人的协同定位 第7章ROS介绍与应用基础 7.1 ROS概述 7.1.1 ROS的概念 7.1.2 ROS起源与发展历程 7.1.3 ROS的设计目标与特点 7.1.4 ROS安装 7.2 ROS架构与通信机制简介 7.2.1 ROS架构 7.2.2 ROS通信机制 7.3 ROS使用基础与应用示例 7.3.1安装集成开发环境和配置工作空间 7.3.2话题通信实验 7.3.3服务通信实验 7.3.4常用命令 参考文献