初学机器人（原书第2版）

　　本书系统讲解了机器人学涉及到的基本知识，涵盖了机器人硬件、软件、控制以及制作多个方面的内容。初学者可以通过本书了解机器人相关各领域的基本知识，明白机器人是怎样构成的、如何工作的以及如何自己动手实现一个简单的机器人。为了适合不同层次的机器人爱好者的学习需求，本书对一些深奥的数学或物理知识进行了简要说明，即使不参考专业书籍也可以通读本书。

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第2版序

第1版序

前言

第1章　导言1

1.1　什么是机器人1

1.2　机器人的三大构成要素3

1.2.1　感知和认识系统3

1.2.2　判断和拟定系统4

1.2.3　机构和控制系统6

第2章　机器人的历史9

2.1　从古代自动装置到现代机器人9

2.1.1　自动人偶12

2.1.2　19世纪的艺术与技术13

2.1.3　日本的戏法/机关人偶14

2.1.4　20世纪科幻小说

　　　　　　中的机器人14

2.1.5　现代机器人15

2.2　工业用机器人16

2.2.1　机械臂和工业用机器人16

2.2.2　有关工业用机器人

　　　　　　 的标准化17

2.3　智能机器人17

第3章　机器人的构造20

3.1　人形机器人的构成20

3.1.1　运动性能21

3.1.2　用于感知环境的

　　　　　 传感器23

3.1.3　从信息识别到动作

　　　　　　　　　生成24

3.2　人形机器人的信息处理流

　　 程、传感器和手臂29

3.2.1　人形机器人的信息

　　　　　　 处理流程29

3.2.2　人形机器人的传感器30

3.2.3　人形机器人的手臂33

第4章　电动机35

4.1　电动机的基础35

4.1.1　磁铁与磁场35

4.1.2　电流引起的磁场36

4.1.3　磁场中的电流37

4.2　电动机的种类39

4.2.1　直流电动机39

4.2.2　步进电动机42

4.2.3　交流电动机43

4.3　伺服系统46

4.3.1　伺服系统的基本构成46

4.3.2　R/C伺服电动机47

4.4　运动与力49

4.4.1　旋转运动和往返运动49

4.4.2　力、力矩、功率50

4.4.3　连杆机构51

4.5　其他致动器53

4.5.1　直动致动器53

4.5.2　振动致动器54

第5章　传感器58

5.1　概述58

5.2　外部传感器60

5.2.1　CCD摄像头（视觉

　　　　　　传感器、全方位

　　　　　　传感器）60

5.2.2　传声器（听觉传感器）62

5.2.3　触控传感器（触觉

　　　　　　传感器）62

5.2.4　超声波传感器

　　　　　　 （距离传感器）63

5.3　内部传感器64

5.3.1　电位计（接触式角度

　　　　　　传感器）64

5.3.2　光学式旋转编码器（非

　　　　　　接触式角度传感器）65

5.3.3　转速计（角速度

　　　　　　传感器）66

5.3.4　陀螺仪传感器（方位

　　　　　　角传感器）66

第6章　机构与运动72

6.1　机器人的关节机构72

6.1.1　直角坐标机器人75

6.1.2　圆柱坐标机器人75

6.1.3　极坐标机器人75

6.1.4　多关节机器人75

6.2　动作的产生78

6.3　移动机构79

6.3.1　车轮移动的基本机构79

6.3.2　机器人用的移动机构81

6.3.3　用腿来移动的机构82

第7章　信息处理 84

7.1　计算机的组成84

7.1.1　计算机的处理流程84

7.1.2　计算机的体系结构85

7.2　计算机的指令87

7.2.1　执行指令的流程87

7.2.2　计算机的极限88

7.3　CPU89

7.3.1　CPU的发展89

7.3.2　计算机的运行速度、

　　　　　　 I/O端口和存储器91

7.4　程序开发93

7.5　计算机控制系统96

7.5.1　控制系统的构成96

7.5.2　电动机控制程序97

7.6　人形机器人编程102

第8章　行动的计划和实行105

8.1　经典体系结构105

8.2　基于反射行为的体系结构106

8.3　基于反射行为的体系

　　 结构示例107

8.4　计划行为109

8.4.1　测量和移动的误差112

8.4.2　误差估计时间112

8.4.3　人的引导112

第9章　网络协作与发展115

9.1　网络技术的发展115

9.1.1　计算机通信发展的

　　　　　　历程115

9.1.2　有线网络和无线网络116

9.2　机器人的网络安装116

9.3　与云服务器协作的机器人117

9.4　网络连接的世界“IoT”118

第10章　机器人制作实践120

10.1　驱动机器人的软件 Robo-

　　　　　　　　vie Maker2120

10.1.1　运行环境120

10.1.2　RobovieMaker2

　　　　　　　 的安装121

10.1.3　CPU板与PC

　　　　　　的连接121

10.1.4　创建机器人项目123

10.1.5　基本操作126

10.1.6　连接CPU板和伺

　　　　　　　　服电动机并启动129

10.2　制作动作的实践134

10.2.1　伺服电动机的位置

　　　　校正134

10.2.2　基准姿势134

10.2.3　伺服电动机的位置

　　　　　校正步骤135

10.2.4　步行动作的制作141

10.2.5　步行动作中的姿势

　　　　 　的执行顺序145

10.3　铝加工146

10.3.1　材料146

10.3.2　工具146

10.3.3　铝的钣金作业工序147

10.3.4　各钣金的尺寸数据154

10.4　机器人组装（铝加工版）159

10.4.1　所需的零件159

10.4.2　机器人的组装161

10.5　3D打印机167

10.5.1　材料167

10.5.2　工具167

10.5.3　3D打印的工作流168

10.6　机器人组装（3D打印版）168

10.6.1　所需的零件168

10.6.2　机器人的组装168

第11章　结语173

11.1　机器人的定义173

11.2　对机器人的期待174

11.3　现在的机器人175

11.4　家用机器人176

11.5　需要机器人的未来世界178

附录　在课堂制作机器人180

A.1　培养支撑机器人产业的

　　　技能型人才180

A.2　职业学校的机器人学习概要180

A.3　实现双脚行走181

A.4　脚的改良182

A.5　成果发表会（演示活动）183

A.6　成果发表会（机器人操作

　　　　　体验指导）183

A.7　机器人学习的评价184

A.8　关于术语的理解186

A.9　总结187