初學機器人（原書第2版）

第2版序

第1版序

前言

第1章　導言1

1.1　什么是機器人1

1.2　機器人的三大構成要素3

1.2.1　感知和認識系統(tǒng)3

1.2.2　判斷和擬定系統(tǒng)4

1.2.3　機構和控制系統(tǒng)6

第2章　機器人的歷史9

2.1　從古代自動裝置到現(xiàn)代機器人9

2.1.1　自動人偶12

2.1.2　19世紀的藝術與技術13

2.1.3　日本的戲法/機關人偶14

2.1.4　20世紀科幻小說

　　　　　　中的機器人14

2.1.5　現(xiàn)代機器人15

2.2　工業(yè)用機器人16

2.2.1　機械臂和工業(yè)用機器人16

2.2.2　有關工業(yè)用機器人

　　　　　　 的標準化17

2.3　智能機器人17

第3章　機器人的構造20

3.1　人形機器人的構成20

3.1.1　運動性能21

3.1.2　用于感知環(huán)境的

　　　　　 傳感器23

3.1.3　從信息識別到動作

　　　　　　　　　生成24

3.2　人形機器人的信息處理流

　　 程、傳感器和手臂29

3.2.1　人形機器人的信息

　　　　　　 處理流程29

3.2.2　人形機器人的傳感器30

3.2.3　人形機器人的手臂33

第4章　電動機35

4.1　電動機的基礎35

4.1.1　磁鐵與磁場35

4.1.2　電流引起的磁場36

4.1.3　磁場中的電流37

4.2　電動機的種類39

4.2.1　直流電動機39

4.2.2　步進電動機42

4.2.3　交流電動機43

4.3　伺服系統(tǒng)46

4.3.1　伺服系統(tǒng)的基本構成46

4.3.2　R/C伺服電動機47

4.4　運動與力49

4.4.1　旋轉(zhuǎn)運動和往返運動49

4.4.2　力、力矩、功率50

4.4.3　連桿機構51

4.5　其他致動器53

4.5.1　直動致動器53

4.5.2　振動致動器54

第5章　傳感器58

5.1　概述58

5.2　外部傳感器60

5.2.1　CCD攝像頭（視覺

　　　　　　傳感器、全方位

　　　　　　傳感器）60

5.2.2　傳聲器（聽覺傳感器）62

5.2.3　觸控傳感器（觸覺

　　　　　　傳感器）62

5.2.4　超聲波傳感器

　　　　　　 （距離傳感器）63

5.3　內(nèi)部傳感器64

5.3.1　電位計（接觸式角度

　　　　　　傳感器）64

5.3.2　光學式旋轉(zhuǎn)編碼器（非

　　　　　　接觸式角度傳感器）65

5.3.3　轉(zhuǎn)速計（角速度

　　　　　　傳感器）66

5.3.4　陀螺儀傳感器（方位

　　　　　　角傳感器）66

第6章　機構與運動72

6.1　機器人的關節(jié)機構72

6.1.1　直角坐標機器人75

6.1.2　圓柱坐標機器人75

6.1.3　極坐標機器人75

6.1.4　多關節(jié)機器人75

6.2　動作的產(chǎn)生78

6.3　移動機構79

6.3.1　車輪移動的基本機構79

6.3.2　機器人用的移動機構81

6.3.3　用腿來移動的機構82

第7章　信息處理 84

7.1　計算機的組成84

7.1.1　計算機的處理流程84

7.1.2　計算機的體系結構85

7.2　計算機的指令87

7.2.1　執(zhí)行指令的流程87

7.2.2　計算機的極限88

7.3　CPU89

7.3.1　CPU的發(fā)展89

7.3.2　計算機的運行速度、

　　　　　　 I/O端口和存儲器91

7.4　程序開發(fā)93

7.5　計算機控制系統(tǒng)96

7.5.1　控制系統(tǒng)的構成96

7.5.2　電動機控制程序97

7.6　人形機器人編程102

第8章　行動的計劃和實行105

8.1　經(jīng)典體系結構105

8.2　基于反射行為的體系結構106

8.3　基于反射行為的體系

　　 結構示例107

8.4　計劃行為109

8.4.1　測量和移動的誤差112

8.4.2　誤差估計時間112

8.4.3　人的引導112

第9章　網(wǎng)絡協(xié)作與發(fā)展115

9.1　網(wǎng)絡技術的發(fā)展115

9.1.1　計算機通信發(fā)展的

　　　　　　歷程115

9.1.2　有線網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡116

9.2　機器人的網(wǎng)絡安裝116

9.3　與云服務器協(xié)作的機器人117

9.4　網(wǎng)絡連接的世界“IoT”118

第10章　機器人制作實踐120

10.1　驅(qū)動機器人的軟件 Robo-

　　　　　　　　vie Maker2120

10.1.1　運行環(huán)境120

10.1.2　RobovieMaker2

　　　　　　　 的安裝121

10.1.3　CPU板與PC

　　　　　　的連接121

10.1.4　創(chuàng)建機器人項目123

10.1.5　基本操作126

10.1.6　連接CPU板和伺

　　　　　　　　服電動機并啟動129

10.2　制作動作的實踐134

10.2.1　伺服電動機的位置

　　　　校正134

10.2.2　基準姿勢134

10.2.3　伺服電動機的位置

　　　　　校正步驟135

10.2.4　步行動作的制作141

10.2.5　步行動作中的姿勢

　　　　 　的執(zhí)行順序145

10.3　鋁加工146

10.3.1　材料146

10.3.2　工具146

10.3.3　鋁的鈑金作業(yè)工序147

10.3.4　各鈑金的尺寸數(shù)據(jù)154

10.4　機器人組裝（鋁加工版）159

10.4.1　所需的零件159

10.4.2　機器人的組裝161

10.5　3D打印機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　機器人組裝（3D打印版）168

10.6.1　所需的零件168

10.6.2　機器人的組裝168

第11章　結語173

11.1　機器人的定義173

11.2　對機器人的期待174

11.3　現(xiàn)在的機器人175

11.4　家用機器人176

11.5　需要機器人的未來世界178

附錄　在課堂制作機器人180

A.1　培養(yǎng)支撐機器人產(chǎn)業(yè)的

　　　技能型人才180

A.2　職業(yè)學校的機器人學習概要180

A.3　實現(xiàn)雙腳行走181

A.4　腳的改良182

A.5　成果發(fā)表會（演示活動）183

A.6　成果發(fā)表會（機器人操作

　　　　　體驗指導）183

A.7　機器人學習的評價184

A.8　關于術語的理解186

A.9　總結187