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我的机器人——仿生机器人的设计与制作电子书

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作       者:罗庆生 罗霄 编著

出  版  社:北京理工大学出版社

出版时间:2016-01-01

字       数:12.1万

所属分类: 教育 > 大中专教材 > 研究生/本科/专科教材

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本书是为解答青少年们对于机器人的困惑,培养青少年科技创新能力和手工制作兴趣而写的。本书内容分为:第1章 小型仿生机器人的基本概念、第2章 让你的机器人善运动——驱动系统、第3章 让你的机器人会思考——控制系统、第4章 让你的机器人有能量——电源系统、第5章 让你的机器人能感知——传感系统、第6章 让你的机器人懂沟通——通信系统、第7章 制作你的小型仿生机器人、第8章 小型仿生六足机器人的设计与制作、第9章 小型仿生四足机器人的设计与制作、第10章 小型仿人双足机器人的制作与装配、第11章 小型仿生机器人的调试与编程。 通过本书的系统讲述,能够让毫无专业背景的学习者逐步了解机器人的基础学科知识,掌握机器人的基本设计方法,熟悉机器人的基本制作技能,学会机器人的基本组装过程,*重要的一就是能够让学习者亲手制作属于自己的小型仿生机器人,并通过创新编程方式,让机器人能运动、会跳舞,还可参加创意演出,甚至搏比赛,体验操控机器人的乐趣。 本书可作为学生展课外科技创新活动的参考指南,也可供业余机器人爱好者及模型爱好者阅读和参考。 本书是为解答青少年们对于机器人的困惑,培养青少年科技创新能力和手工制作兴趣而写的。本书内容分为:第1章 小型仿生机器人的基本概念、第2章 让你的机器人善运动——驱动系统、第3章 让你的机器人会思考——控制系统、第4章 让你的机器人有能量——电源系统、第5章 让你的机器人能感知——传感系统、第6章 让你的机器人懂沟通——通信系统、第7章 制作你的小型仿生机器人、第8章 小型仿生六足机器人的设计与制作、第9章 小型仿生四足机器人的设计与制作、第10章 小型仿人双足机器人的制作与装配、第11章 小型仿生机器人的调试与编程。 通过本书的系统讲述,能够让毫无专业背景的学习者逐步了解机器人的基础学科知识,掌握机器人的基本设计方法,熟悉机器人的基本制作技能,学会机器人的基本组装过程,*重要的一就是能够让学习者亲手制作属于自己的小型仿生机器人,并通过创新编程方式,让机器人能运动、会跳舞,还可参加创意演出,甚至搏比赛,体验操控机器人的乐趣。 本书可作为学生展课外科技创新活动的参考指南,也可供业余机器人爱好者及模型爱好者阅读和参考。
【作者】
罗庆生,北京理工大学教授,北京市教学名师;教育部创新教学方法指导委员会委员;工信部、科技部、教育部、国务院学位评审委员会特聘专家;中国高校创新学会副理事长;北京创造学会学术委员会主任;8所“985”高校学报评委;12所中学“科技创新顾问”。主要从事特种机器人、工业机器人、教育机器人技术研究。获国家发明专利25项;*优秀教学成果奖二等奖一项;省部级优秀教学成果奖一、二等奖共5项;省部级科技步一、二等奖各2项。所著《智能作战机器人》获中华优秀图书奖;发表论文近300篇,其中EI收录近百篇。多年来,指导的学生课外科创团队获20余项全国大学生科技竞赛最高奖,是全国大学生科技创新活动中最有影响力和知名度的指导教师。
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序言 FOREWORD

第1章 小型仿生机器人的基本概念

1.1 生物的本领

1.1.1 不同凡响的探测能力

1.1.2 别具一格的伪装能力

1. 隐身伪装术

2. 拟态伪装术

3. 干扰伪装术

1.1.3 出类拔萃的通信能力

1.2 生物的启迪

1.2.1 发人深省的对比

1. 片流膜的发明[10]

2. 青蛙眼和电子眼

1.2.2 生物形态的妙用

1. 从猫胡子谈起[11]

2. 从蜘蛛丝谈起

3. 从生物电谈起

1.3 仿生学的基本概念

1.3.1 什么是机器人

1.3.2 什么是仿生学

1. 形态仿生

2. 结构仿生

3. 力学仿生

4. 分子仿生

5. 能量仿生

6. 信息与控制仿生

1.3.3 仿生机器人的特点、应用与发展

第2章 让你的机器人善运动——驱动系统

2.1 机器人常用驱动系统

2.1.1 直流无刷电动机

2.1.2 步进电动机

2.1.3 伺服电动机

2.1.4 舵机

2.2 选择合适的舵机

2.2.1 舵机的性能参数

2.2.2 舵机的驱动与控制

第3章 让你的机器人会思考——控制系统

3.1 机器人控制系统简述

3.1.1 机器人控制系统的基本组成

3.1.2 机器人控制系统的工作机理

3.1.3 机器人控制系统的主要作用

3.2 单片机控制技术简述

3.2.1 单片机的工作原理

3.2.2 单片机系统与计算机的区别

3.2.3 单片机的驱动外设

3.2.4 单片机的编程语言

1. 机器语言

2. 汇编语言

3. 高级语言

3.3 DSP控制技术简述

3.3.1 DSP简介

3.3.2 DSP的特点

3.3.3 DSP的驱动外设

3.3.4 DSP的编程语言

3.4 ARM控制技术简述

3.4.1 ARM简介

3.4.2 ARM的特点

3.4.3 ARM的驱动外设

3.4.4 ARM的编程语言

第4章 让你的机器人有能量——电源系统

4.1 机器人电源系统简述

4.1.1 电源系统的基本组成

4.1.2 电源系统的工作机理

4.1.3 电源系统的主要作用

4.2 锂离子电池

4.2.1 锂离子电池的工作原理

4.2.2 锂离子电池的使用特点

4.2.3 锂离子电池的充放电特性

1. 锂离子电池的放电

2. 锂离子电池充电

4.3 锂聚合物电池

4.3.1 锂聚合物电池的工作原理

4.3.2 锂聚合物电池的使用特点

4.3.3 锂聚合物电池的充放电特性

1. 放电

2. 充电

4.4 镍氢电池

4.4.1 镍氢电池的工作原理

4.4.2 镍氢电池的使用特点

4.4.3 镍氢电池的充放电特性

第5章 让你的机器人能感知——传感系统

5.1 机器人传感系统简述

5.1.1 传感器的定义和分类

1. 传感器的定义

2. 传感器的分类

5.1.2 传感器的基本组成

5.1.3 传感器的主要作用

5.2 机器人视觉系统概述

5.2.1 机器人视觉系统的基本组成

1. 照明系统

2. 镜头

3. 摄像机/照相机

4. 图像采集卡

5.2.2 机器人视觉系统的主要作用与工作机理

5.3 视觉传感器

5.3.1 CCD与CMOS的工作原理

1. CCD器件

2. CMOS器件

5.3.2 CCD与CMOS的优劣比较

5.4 测距传感器

5.4.1 测距传感器的分类

1. 超声波测距传感器

2. 红外测距传感器

3. 激光测距传感器

5.4.2 测距传感器的工作原理

1. 超声波测距传感器的工作原理

2. 红外测距传感器的工作原理

3. 激光测距传感器的工作原理

5.5 触觉传感器

5.5.1 触觉传感器的分类

5.5.2 触觉传感器的工作原理

1. 接触觉传感器

2. 力觉/力矩传感器

3. 压觉传感器

4. 滑觉传感器

5.6 姿态传感器

5.6.1 姿态传感器的分类

5.6.2 姿态传感器的工作原理

1. 三轴陀螺仪

2. 三轴加速度计

3. MPU6050

第6章 让你的机器人懂沟通——通信系统

6.1 机器人通信系统简述

6.1.1 机器人通信系统的基本组成

1. 客户/服务器模型

2. 点对点模型

6.1.2 机器人通信系统的工作机理

6.1.3 机器人通信系统的主要作用

6.2 机器人通信技术的分类

6.2.1 蓝牙无线通信技术

1. 蓝牙无线通信的工作原理

2. 蓝牙无线通信的使用方式及技术特点

3. 蓝牙无线通信的信息处理

6.2.2 超带宽无线通信技术

1. 超带宽无线通信的工作原理

2. 超带宽无线通信的使用方式及技术特点

6.2.3 ZigBee无线通信技术

1. ZigBee无线通信的工作原理

2. ZigBee无线通信的使用方式及技术特点

3. ZigBee无线通信的信息处理

6.2.4 Wi-Fi无线通信技术

1. Wi-Fi无线通信技术的工作原理

2. Wi-Fi无线通信技术的使用方式及特点

6.2.5 2.4 GHz无线通信技术

1. 2.4GHz无线通信技术的工作原理

2. 2.4 GHz无线通信技术的使用方式及特点

3. 2.4 GHz无线通信技术的信息处理

第7章 制作你的小型仿生机器人

7.1 小型仿生机器人的设计工具

7.1.1 三维实体造型设计的基本内容

7.1.2 三维实体造型设计的基本软件

7.1.3 三维实体造型设计的基本步骤

1. 绘制草图

2. 绘制三维图

3. 绘制装配图

4. 生成二维切割图纸

7.2 小型仿生机器人的制作材料

7.2.1 塑料类材料

7.2.2 木材类材料

7.3 小型仿生机器人的制作工具

7.3.1 五金工具

7.3.2 切割设备

7.3.3 3D打印设备

1. 3D打印机的成员

2. 3D打印机的材料

7.3.4 测量工具

1. 工作原理

2. 使用方法

3. 应用范围

4. 正确读数

第8章 小型仿生六足机器人的设计与制作

8.1 仿生六足机器人的结构设计

8.1.1 仿生六足机器人自由度的确定

1. 二自由度的腿部结构

2. 三自由度的腿部结构

8.1.2 仿生六足机器人腿部结构的设计

1. 腿部末端执行机构设计

2. 连接板组件设计

3. 躯干连接块设计

8.1.3 仿生六足机器人躯干结构的设计

1. 躯干上安装板的设计

2. 下安装板设计

8.1.4 舵机选型与安装尺寸的确定

8.1.5 转动副配合与尺寸的确定

8.2 仿生六足机器人零件的加工

8.2.1 生成二维切割图纸

1. 新建工程图文件

2. 插入模型

3. 设置投影视图和视图比例

4. 生成AutoCAD默认.dwg格式图纸

8.2.2 零件的切割加工

1. 打开激光切割软件

2. 导入图纸

3. 设置切割参数

8.3 仿生六足机器人的装配

8.3.1 仿生六足机器人的单腿装配

1. 腿部末端的装配

2. 连接板组件的装配

3. 躯干连接块组件的装配

4. 单腿组装

8.3.2 仿生六足机器人躯干的装配

8.3.3 仿生六足机器人整体的装配

第9章 小型仿生四足机器人的设计与制作

9.1 仿生学研究与四足机器人运动参数的设计

9.2 仿生四足机器人腿部尺寸与自由度的分析

9.3 仿生四足机器人的结构设计

9.3.1 仿生四足机器人腿部结构的设计

1. 小腿组件的设计

2. 大腿组件的设计

3. 髋关节组件的设计

9.3.2 仿生四足机器人躯干的设计

9.4 仿生四足机器人零件的加工

9.4.1 生成二维切割图纸

1. 新建工程图文件

2. 插入模型

3. 设置投影视图和视图比例

4. 生成AutoCAD默认.dwg格式图纸

9.4.2 零件的切割加工

1. 打开激光切割软件

2. 导入图纸

3. 设置切割参数

9.5 仿生四足机器人的装配

9.5.1 仿生四足机器人大腿节的装配

9.5.2 仿生四足机器人髋关节的装配

9.5.3 仿生四足机器人小腿节的装配

9.5.4 仿生四足机器人单腿的装配

9.5.5 仿生四足机器人躯干的装配

9.5.6 仿生四足机器人整体的装配

第10章 小型仿人双足机器人的制作与装配

10.1 仿人双足机器人的结构设计与制作

10.2 仿人双足机器人躯干的装配

1. 躯干主体结构的装配

2. 躯干其余结构的装配

10.3 仿人双足机器人上肢的装配

1. 大臂的装配

2. 小臂与手部的装配

10.4 仿人双足机器人腿部的装配

1. 大腿和膝关节的装配

2. 小腿的装配

3. 足部的装配

10.5 仿人双足机器人整体的装配

1. 整体结构的装配

2. 主控制器安装与接线

第11章 小型仿生机器人的调试与编程

11.1 机器人主控制器简介

11.2 机器人的遥控调试

11.2.1 双足机器人遥控器功能介绍

11.2.2 设置初始姿态

1. 第一次姿态调试——重新安装机器人

2. 第二次姿态调试——机器人初始状态微调

11.3 编写小型仿人双足机器人的运动动作

11.3.1 小型仿人双足机器人的运动原理

11.3.2 小型仿人双足机器人动作程序的编写

1. 进入编程模式

2. 编写动作

11.3.3 小型仿人双足机器人动作的运行

参考文献

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