自律型機器人制作入門

前言

　　隨著Arduino的出現(xiàn)，開源硬件的思潮得到了迅猛的發(fā)展，無論是否了解電子硬件，在開源硬件的環(huán)境中都能夠很快地制作出幾個電子產(chǎn)品。2012年是中國機器人制作以及電子產(chǎn)品DIY制作普及的一年，在各種創(chuàng)客活動中看到了許多各式各樣的機器人，這些創(chuàng)客很多都沒有電子硬件背景，但他們通過簡單學(xué)習(xí)同樣能夠制作出非常有意思的電子產(chǎn)品和機器人。對于喜好機器人以及機器人技術(shù)的人來說，除了希望看到各種機器人所實現(xiàn)的功能及其構(gòu)造外，更想?yún)⑴c到機器人的設(shè)計與制作中。如果你不知道從哪里開始，那么就讓這本書帶你走入機器人制作的世界吧！　　本書基于開源硬件思想，完全公開各個結(jié)構(gòu)件的外觀尺寸，控制板基于開源硬件領(lǐng)域內(nèi)廣泛使用的Arduino，采用在Arduino之上又封裝了一層硬件接口的Dreamer，使的硬件模塊的連接更加方便、簡單?！　〗Y(jié)構(gòu)安排　　本書是關(guān)于Dreamer控制板的第一本書，依托于自律型機器人的3個基本要素：感知、動作以及智能，從最基礎(chǔ)的控制電機和舵機開始，按照控制板應(yīng)用、結(jié)構(gòu)組裝、行為實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)逐步展開，講述的是簡單自律機器人的制作方法，包括輪型機器人和關(guān)節(jié)型機器人兩種類型，它們能夠完成各種基本自律行為。這堂內(nèi)容都是完全開源的，無論你在電子硬件方面是什么水平，只要動手跟著書中的內(nèi)容一步一步進(jìn)行，都能夠完成一個簡單的自律型機器人。讀者可以購買相應(yīng)的套件組裝，也可以自動動手制作。隨書光盤中包含了所有的程序代碼?！　　?/pre>


內(nèi)容概要
　　《自律型機器人制作入門：基于Arduino》基于開源硬件思想，完全公開各個結(jié)構(gòu)件的外觀尺寸，控制板基于開源硬件領(lǐng)域內(nèi)廣泛使用的Arduino，采用在Arduino之上又封裝了一層硬件接口的Dreamer，使得硬件模塊的連接更加方便、簡單。《自律型機器人制作入門：基于Arduino》是關(guān)于Drearner控制板的第一本書，內(nèi)容循序漸進(jìn)，圖文并茂。從最基礎(chǔ)的控制電機和舵機開始，詳細(xì)介紹了簡單自律機器人的制作方法，包括輪型機器人和關(guān)節(jié)型機器人兩種類型。讀者可以購買相應(yīng)的套件組裝，也可以自己動手制作?！　　蹲月尚蜋C器人制作入門：基于Arduino》適合所有想自己制作一個機器人的朋友，無論你在電子硬件方面是什么水平，只要動手跟著書中的內(nèi)容一步一步進(jìn)行，都能夠完成一個簡單的自律型機器人。隨書光盤中包含了所有的程序代碼。



書籍目錄
第1章了解機器人 1.1什么是機器人 1.1.1機器人名字的由來 1.1.2廣義機器人的定義 1.2機器人的種類 1.2.1操作型機器人 1.2.2程控型機器人 1.2.3示教再現(xiàn)型機器人 1.2.4感覺控制型機器人 1.2.5學(xué)習(xí)控制型機器人 1.2.6智能機器人 1.3自律型移動機器人 1.3.1感知 1.3.2動作與結(jié)構(gòu) 1.3.3智 能 1.4小結(jié) 第2章機器人的運動 2.1機器人運動的環(huán)境 2.1.1機器人所處的環(huán)境 2.1.2開環(huán)控制與閉環(huán)控制 2.2機器人運動的方式 2.2.1機器人的尺寸和重量 2.2.2車輪和履帶 2.2.3關(guān)節(jié)型機器人 2.3直流電機 2.3.1直流電機的工作原理 2.3.2直流電機的控制方式 2.3.3直流電機的選擇 2.3.4電機輸出軸 2.3.5聯(lián)軸器的使用 2.3.6直流電機的安裝 2.4舵機 2.4.1舵機的工作原理 2.4.2舵機的控制方式 2.4.3舵機的選擇與安裝 2.4.4舵機的改裝 2.5小結(jié) 第3章控制板的使用 3.1開源硬件控制板 3.1.1什么是開源硬件 3.1.2 Arduino是什么 3.1.3控制板Dreamer  3.1.4 Dreamer的外形尺寸 3.1.5 Dreamer的原理圖 3.1.6 Dreamer的硬件接口 3.2 Dreamer的開發(fā)環(huán)境 3.2.1新硬件的添加 3.2.2開發(fā)環(huán)境的設(shè)置 3.2.3開發(fā)環(huán)境的應(yīng)用 3.3程序的3種基本結(jié)構(gòu) 3.4 C語言的標(biāo)識符與關(guān)鍵字 3.5控制語句 3.5.1 if語句 3.5.2 switch語句  3.5.3 while語句 3.5.4 do—while語句 3.5.5 for語句 3.5.6 break語句 3.5.7 continue語句 3.5.8 goto語句 3.6對象和類 3.6.1類的定義 3.6.2對象的創(chuàng)建及成員函數(shù)的調(diào)用 3.6.3對象的初始化和構(gòu)造函數(shù) 3.6.4函數(shù)的重載 3.6.5析構(gòu)函數(shù) 3.6.6開發(fā)環(huán)境中的庫文件 3.7 圖形化的編程工具Ardublock  3.7.1 Ardublock的添加 3.7.2 Ardublock的使用 3.8 Dreamer中直流電機的控制 3.8.1直流電機驅(qū)動板 3.8.2簡單的直流電機控制 3.8.3 Dreamer接口的宏定義 3.8.4直流電機的調(diào)速 3.8.5 Motor類的建立 3.8.6 Motor類的使用 3.9 Dreamer中舵機的控制 3.9.1 Servo類 3.9.2舵機擴展板 3.9.3 Servo類的使用 3.10小結(jié) 第4章感知周圍的環(huán)境 4.1紅外接近開關(guān) 4.1.1器件介紹 4.1.2性能指標(biāo) 4.1.3傳感器的連接 4.1.4器件的使用 4.2紅外測距傳感器 4.2.1器件介紹 4.2.2性能指標(biāo) 4.2.3傳感器的連接 4.2.4傳感器的使用 4.3尋線傳感器 4.3.1器件介紹 4.3.2器件的使用 4.4超聲波測距傳感器 4.4.1器件介紹 4.4.2性能指標(biāo) 4.4.3傳感器的連接 4.4.4傳感器的串口模式 4.4.5傳感器的脈寬模式 4.4.6使用測距傳感器的說明 4.5環(huán)境光和聲音傳感器 4.5.1環(huán)境光傳感器的介紹 4.5.2環(huán)境光傳感器的連接和使用 4.5.3聲音傳感器 4.6加速度傳感器 4.6.1 MMA7361加速度傳感器 4.6.2器件指標(biāo) 4.6.3傳感器的連接 4.6.4傳感器的使用 4.6.5 ADXL345加速度傳感器 4.6.6傳感器的連接 4.6.7 Wire類 4.6.8傳感器的使用 4.7傳感器認(rèn)證 4.8小結(jié) 第5章輪型機器人底盤結(jié)構(gòu) 5.1直流電機與車輪 5.2萬向輪與電池盒 5.3底盤制作 5.3.1底板的設(shè)計 5.3.2底盤的安裝 5.4控制器的安裝 5.5輪型機器人的移動 5.5.1控制板的連接 5.5.2簡單的移動 5.5.3擴展板的連接 5.6利用舵機制作輪型機器人底盤 5.6.1舵機支架 5.6.2舵機的安裝 5.6.3舵機的控制 5.7小結(jié) …… 第6章輪型機器人的行為 第7章多足機器人結(jié)構(gòu) 第8章六足爬蟲的行為 第9章復(fù)合型輪型機器人 附錄A結(jié)構(gòu)圖紙一覽表 附錄B Gadgeteer規(guī)范中接口的定義 附錄C運算符操作順序 附錄D一些其他Gadgeteer模塊 參考文獻(xiàn)


章節(jié)摘錄
版權(quán)頁：   插圖：   機器人研究的目的是協(xié)助或取代人類的工作或是完成一些危險的人類無法完成的工作，那么就需要其具有很好的環(huán)境適應(yīng)能力，能夠應(yīng)對多種復(fù)雜的環(huán)境。通過第1章了解了機器人的一些概念后，這章就來說說機器人運動的基礎(chǔ)知識。 2.1 機器人運動的環(huán)境 隨著機器人研究的迅速發(fā)展，研究人員希望找到一種運動形式能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境，于是許多的機器人研究轉(zhuǎn)向了生物學(xué)，研究對象是動物在自然界生存狀態(tài)下的行為特征。生物學(xué)家大部分研究工作是在野外自然環(huán)境中進(jìn)行的，因為對于生物學(xué)家來說，一個生物本身與其所處的自然環(huán)境是密不可分的。機器人同樣是在一個特定的環(huán)境中運行的，因此也應(yīng)該到這個環(huán)境中尋找解決的辦法。除此之外，至少還應(yīng)進(jìn)一步考慮希望機器人執(zhí)行什么動作，想得越多越全面，那么離成功會越來越近。 2.1.1 機器人所處的環(huán)境 一般情況下，大部分的機器人都是基于室內(nèi)環(huán)境而設(shè)計的，因為室內(nèi)環(huán)境相對比較簡單，大大降低了機器人的設(shè)計難度，比如迷宮中的墻壁、室內(nèi)的箱子和比賽中的障礙物等。這些環(huán)境因素對機器人驅(qū)動裝置設(shè)計的影響是固定的，無突發(fā)性的。再者就是室內(nèi)的家具、人、寵物等典型的障礙物，以及門檻的高低、地毯的疏密、地板間的縫隙，甚至是地上的鞋子、兒童玩具等，這些障礙物對機器人設(shè)計的影響也是有限的。 室外環(huán)境相對于室內(nèi)環(huán)境就復(fù)雜多了，除了要考慮機器人所執(zhí)行任務(wù)時會遇到的特殊情況外，防塵防潮、氣候影響及減振這幾個方面也是不可忽視的。這些都會影響機器人的驅(qū)動裝置，甚至影響控制板的正常工作。在室外環(huán)境中，工作的機器人可能不會知道自己將會遇到什么障礙，不能非常明確地知道自己當(dāng)前的位置，并且隨著自身的移動，這種不確定性會越來越嚴(yán)重。 以往的控制方式是通過解釋環(huán)境中每個物體，建立環(huán)境模型，然后據(jù)此控制機器人執(zhí)行相應(yīng)的動作。這種方式效果很不好，由于每次執(zhí)行動作之前需要進(jìn)行大量的計算，使得機器人行動緩慢，反應(yīng)遲鈍。而機器人所處的環(huán)境在不斷地變化，有時等到機器人執(zhí)行完動作之后，外部的環(huán)境已經(jīng)變得不符合執(zhí)行動作的條件了。 現(xiàn)在研究人員嘗試讓機器人自己在環(huán)境中尋找物體，而不是讓編程人員去告訴機器人會遇到什么情況。機器人通過傳感器感知周圍的環(huán)境，由于這個環(huán)境是在不斷變化的，所以機器人不能僅對物體進(jìn)行一次感知，而是要對環(huán)境中的事物進(jìn)行連續(xù)實時的檢測，一旦檢測結(jié)果發(fā)生變化，就立即做出響應(yīng)，這就是自律型機器人研究的重點。




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