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| 編輯推薦： |
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本书围绕机器人检测与控制的基础知识点开展实验例程，有助于学生掌握机器人基本软硬件架构和相应功能模块的初步开发，培养学生解决实际问题的综合能力。
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| 內容簡介： |
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该教材计划对实验课程主要章节的涉及的实验原理、内容、实验步骤和实验代码将做扼要的归纳，以便学生掌握课程的重点。拟出版教材章节的安排由浅入深，由基础到综合，涵盖机器人检测、控制、通信、视觉算法、桌面级机械臂的运动控制技术基础实践。创新地引入研发的综合实验对象，开展综合性实验项目。通过本课程的学习，不仅能使学生更好的了解和掌握常用传感器、单片机控制、电机驱动、图像处理算法实现、桌面级机械臂的运动控制方法和原理，ROS操作系统应用、树莓派的使用，而且配合综合性实验内容，使学生更直观的理解各种技术在实际系统中具体应用。配合课堂教学，全面培养学生对机器人相关技术的应用和综合实践能力，使学生具备工程技术素养和扎实的专业技能，为今后的学习和工作奠定良好的实验基础。工程实验项目构思来源于科研和企业成果，在教材的编写中，引入企业最前沿和**进成果作为综合性的实验案例，并且从机器人相关大赛题目引入经典例程。本教材注重培养学生探究和创新精神，提高学生独立思考与实践能力。
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| 關於作者： |
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栗琳，工程师，北京科技大学机械工程学院机器人工程专业实验室负责人。2013年获得天津大学博士学位，主讲机器人工程专业机器人检测与控制综合实验、智能机器人创新设计与综合实践系列、工业机器人技术实训本科专业必修课程。
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| 目錄：
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第1章实验仪器平台认识
1.1实验仪器及功能介绍
1.1.1机器人检测与控制实验箱
1.1.2检测对象
1.2实验仪器使用说明
1.2.1集成开发板
1.2.2BigFish扩展板
1.2.3主控板与扩展板引脚对照表
1.2.4使用说明
1.3安全事项
1.4本章小结
第2章单片机实践项目
2.1点亮LED灯实验
2.1.1STM32 GPIO基本原理
2.1.2硬件设计
2.1.3软件设计
2.1.4实验现象
2.1.5作业
2.2按键控制LED灯实验
2.2.1按键控制原理
2.2.2硬件设计
2.2.3软件设计
2.2.4实验现象
2.2.5作业
2.3外部中断实验
2.3.1外部中断原理
2.3.2硬件设计
2.3.3软件设计
2.3.4实验现象
2.3.5作业
2.4定时器中断实验
2.4.1定时器中断原理
2.4.2硬件设计
2.4.3软件设计
2.4.4实验现象
2.4.5作业
2.5串口发送和中断接收实验
2.5.1串口通信原理
2.5.2硬件设计
2.5.3软件设计
2.5.4实验现象
2.5.5作业
2.6ADC实验
2.6.1ADC原理
2.6.2硬件设计
2.6.3软件设计
2.6.4实验现象
2.6.5作业
2.7DAC实验
2.7.1DAC原理
2.7.2硬件设计
2.7.3软件设计
2.7.4实验现象
2.7.5作业
2.8PWM实验
2.8.1PWM原理
2.8.2硬件设计
2.8.3软件设计
2.8.4实验现象
2.8.5作业
2.9IIC通信实验
2.9.1IIC总线简介
2.9.2硬件设计
2.9.3软件设计
2.9.4实验现象
2.9.5作业
2.10OLED屏幕显示实验
2.10.1OLED简介
2.10.2硬件设计
2.10.3软件设计
2.10.4实验现象
2.10.5作业
2.11RTC时钟实验
2.11.1RTC时钟简介
2.11.2硬件设计
2.11.3软件设计
2.11.4实验现象
2.11.5作业
2.124×4矩阵键盘实验
2.12.14×4矩阵键盘原理简介
2.12.2硬件设计
2.12.3软件设计
2.12.4实验现象
2.12.5作业
2.13数码管显示实验
2.13.1数码管简介
2.13.2硬件设计
2.13.3软件设计
2.13.4实验现象
2.13.5作业
2.14综合设计实验——服务质量评价器
2.14.1功能要求
2.14.2软件设计
2.15本章小结
第3章电机实践项目
3.1直流电机数字量控制实验
3.1.1直流电机数字量控制原理
3.1.2硬件设计
3.1.3软件设计
3.1.4实验现象
3.1.5作业
3.2直流电机模拟量控制实验
3.2.1直流电机模拟量控制原理
3.2.2硬件设计
3.2.3软件设计
3.2.4实验现象
3.2.5作业
3.3舵机控制实验
3.3.1舵机控制原理
3.3.2硬件设计
3.3.3软件设计
3.3.4实验现象
3.3.5作业
3.4数字舵机控制实验
3.4.1数字舵机控制原理
3.4.2硬件设计
3.4.3软件设计
3.4.4实验现象
3.4.5作业
3.5步进电机控制实验
3.5.1步进电机控制原理
3.5.2硬件设计
3.5.3软件设计
3.5.4实验现象
3.5.5作业
3.6本章小结
第4章传感器实践项目
4.1TTL传感器实验
4.1.1TTL传感器简介
4.1.2硬件设计
4.1.3软件设计
4.1.4实验现象
4.1.5作业
4.2超声波传感器实验
4.2.1超声波传感器简介
4.2.2硬件设计
4.2.3软件设计
4.2.4实验现象
4.2.5作业
4.3温湿度传感器实验
4.3.1温湿度传感器简介
4.3.2硬件设计
4.3.3软件设计
4.3.4实验现象
4.4红外热释电传感器实验
4.4.1红外热释电传感器简介
4.4.2硬件设计
4.4.3软件设计
4.4.4实验现象
4.5加速度传感器实验
4.5.1三轴加速度传感器简介
4.5.2硬件设计
4.5.3软件设计
4.5.4实验现象
4.6压力传感器实验
4.6.1压力传感器简介
4.6.2硬件设计
4.6.3软件设计
4.6.4实验现象
4.6.5作业
4.7烟雾传感器实验
4.7.1烟雾传感器简介
4.7.2硬件设计
4.7.3软件设计
4.7.4实验现象
4.8颜色识别实验
4.8.1颜色传感器简介
4.8.2硬件设计
4.8.3软件设计
4.8.4实验现象
4.9红外测距实验
4.9.1红外测距传感器简介
4.9.2硬件设计
4.9.3软件设计
4.9.4实验现象
4.10红外编码器实验
4.10.1红外编码器简介
4.10.2硬件设计
4.10.3软件设计
4.10.4实验现象
4.11RFID模块实验
4.11.1RFID模块简介
4.11.2硬件设计
4.11.3软件设计
4.11.4实验现象
4.12本章小结
第5章通信模块实践项目
5.1蓝牙通信实验
5.1.1蓝牙通信模块简介
5.1.2硬件设计
5.1.3软件设计
5.1.4实验现象
5.2NRF通信实验
5.2.1NRF通信模块简介
5.2.2硬件设计
5.2.3软件设计
5.2.4实验现象
5.3WiFi通信实验
5.3.1WiFi通信模块简介
5.3.2硬件设计
5.3.3软件设计
5.3.4实验现象
5.4GPS通信实验
5.4.1GPS通信模块简介
5.4.2硬件设计
5.4.3软件设计
5.4.4实验现象
5.5本章小结
第6章运动控制综合实践项目
6.1履带车运动控制实验
6.1.1履带车运动控制原理
6.1.2硬件设计
6.1.3软件设计
6.1.4实验现象
6.1.5作业
6.2PID履带车控制实验
6.2.1PID控制简介
6.2.2硬件设计
6.2.3软件设计
6.2.4实验现象
6.2.5作业
6.3本章小结
第7章视觉环形检测台综合实践项目
7.1三自由度机械臂运动控制实验
7.1.1三自由度机械臂简介
7.1.2硬件设计
7.1.3软件设计
7.1.4实验现象
7.1.5作业
7.2视觉基础——软件环境配置
7.2.1机器视觉与图像识别
7.2.2软件环境
7.2.3OpenCV简介
7.2.4在Visual Studio下配置OpenCV
7.3颜色识别实验
7.3.1颜色识别原理
7.3.2硬件设计
7.3.3软件设计
7.3.4实验现象
7.3.5作业
7.4形状识别实验
7.4.1形状识别原理
7.4.2硬件设计
7.4.3软件设计
7.4.4实验现象
7.5基于颜色识别的工件分选综合实验
7.5.1工件分选原理
7.5.2硬件设计
7.5.3软件设计
7.5.4实验现象
7.5.5作业
7.6本章小结
第8章桌面机械臂综合实践项目
8.1机械臂气动搬运实验
8.1.1机械臂正运动学基本原理
8.1.2硬件设计
8.1.3软件设计
8.1.4实验现象
8.1.5作业
8.2机械臂电磁铁搬运实验
8.2.1机械臂逆运动学基本原理
8.2.2硬件设计
8.2.3软件设计
8.2.4实验现象
8.2.5作业
8.3机械臂绘图(拓展)
8.3.1机械臂绘图基本原理
8.3.2拓展作业
8.4本章小结
第9章智能机械臂综合实践项目
9.1树莓派系统安装
9.1.1安装准备
9.1.2安装步骤
9.2ROS基础项目实验
9.2.1ROS基本概念
9.2.2创建ROS工作空间并编译
9.3基于树莓派的颜色识别实验
9.3.1颜色识别原理
9.3.2硬件设计
9.3.3软件设计
9.3.4实验现象
9.3.5作业
9.4基于树莓派的形状识别实验
9.4.1形状识别原理
9.4.2硬件设计
9.4.3软件设计
9.4.4实验现象
9.4.5作业
9.5基于树莓派的二维码识别实验
9.5.1二维码识别原理
9.5.2硬件设计
9.5.3软件设计
9.5.4实验现象
9.5.5作业
9.6机械臂颜色追踪实验
9.6.1颜色追踪原理
9.6.2硬件设计
9.6.3软件设计
9.6.4实验现象
9.6.5作业
9.7机械臂颜色分拣实验
9.7.1颜色分拣原理
9.7.2硬件设计
9.7.3软件设计
9.7.4实验现象
9.7.5作业
9.8RVIZ显示机械臂URDF仿真模型
9.8.1机械臂URDF仿真模型
9.8.2仿真软件步骤
9.9机械臂仿真路径规划
9.9.1机械臂路径规划简介
9.9.2随机规划机械臂路径步骤
9.9.3手动规划机械臂路径步骤
9.10本章小结
附录A引脚功能映射表
附录B最小系统原理图
参考文献
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| 內容試閱：
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新工科建设是新兴工程学科或领域、新范式和新工科教育等综合概念，它是对全球新一轮科技革命和产业变革的回应，是服务国家创新驱动发展、“中国制造2025”“互联网 ”等一系列重大战略的使命要求。机器人技术是新工科建设最具代表性的前沿交叉学科，从2016年东南大学创建国内第一个机器人工程专业至今，国内共有300多所高校获批建设机器人工程专业。机器人实践课程在国内整体环境下处于探索阶段，机器人工程专业具有多学科交叉、融合的特点，实验案例尤其是综合性实验案例极为缺乏，在此背景下本书应运而生。
本书围绕机器人检测与控制的基础知识点开展实验例程，包括验证性及综合性实验，分为以下9章： 实验仪器平台认识、单片机实践项目、电机实践项目、传感器实践项目、通信模块实践项目、运动控制综合实践项目、视觉环形检测台综合实践项目、桌面机械臂综合实践项目、基于树莓派的智能机械臂综合实践项目，使学生能够在检测对象上实现多种功能，掌握机器人基本软硬件架构和相应功能模块的初步开发，培养学生解决实际问题的综合能力。
第1章介绍了所使用的实验仪器平台及检测对象，以及安全注意事项。
第2章全面介绍了STM32开发板的基本应用，为后续综合实验打下了基础。包括GPIO输入/输出、外部中断、定时器中断、串口发送和接收数据、PWM、IIC、RTC、OLED屏幕、4×4矩阵键盘、数码管的基本原理及使用。
第3章介绍了机器人控制技术中常用的几种电机的工作原理和控制方法，为后续履带车运动控制实验等综合实验打下了基础。
第4章介绍了机器人控制技术中常用的几种传感器的工作原理和应用，包括TTL、超声波、温湿度、红外热释电、加速度、压力、烟雾等传感器。结合实例，帮助学生理解和掌握相关知识。
第5章介绍了通信模块的基本应用，如蓝牙、NRF、WiFi和GPS通信。每个应用都有对应源码的学习。
第6章进入综合实践项目的学习，以履带车底盘为例，初步解决综合运动控制问题，包括机器人底盘差速转动的运动控制，通过直流电机的应用，完成履带车前进、后退、左转、右转、原地旋转等动作。通过本章的学习，可以理解PID模型，并学会在软件中如何表达并调节三个参数，控制履带车实现其直线运动。
第7章是另外一个大的综合实践项目，基于视觉环形检测台，介绍了在实际问题中如何自主分析设计。需要自行设计，考虑分选不合格工件、上位机采用哪些可行算法、下位机和上位机通信如何实现、下位机执行机构控制如何设计以及程序的完全实现。
第8章介绍桌面机械臂综合实践，分别使用三自由度机械臂开展搬运物体、绘图实验，并对项目软硬件的设计提供了示例，帮助学生理解机械臂正运动学、逆运动学的含义，掌握简单模型的程序表达并实现应用，例如搬运。
第9章从ROS机器人操作系统开始介绍，以树莓派系统为基础，通过识别颜色、形状、二维码三个项目讲述了在ROS中使用OpenCV软件库进行视觉识别。通过机械臂颜色追踪、机械臂颜色分拣两个项目讲述了视觉识别与三自由度机械臂结合做智能化项目。通过RVIZ显示机械臂URDF仿真模型、机械臂仿真路径规划两个项目讲述了如何根据机械臂在ROS环境中创造仿真机械臂，并且在仿真环境中手动和随机规划机械臂运动路径。
书中各章节实验都配有源码和实验现象视频，可通过扫描二维码下载或观看。
本书每章实验都有作业，紧扣教学内容，作为实验启发、拓展学生思路。
本书既可作为机器人工程专业本科学生的实验课程指导用书，又可作为高等院校机械工程、自动化、仪器仪表等相关专业的实验教材或指导书，还适用于从事控制技术等领域、对机器人基础入门技术感兴趣的工程技术人员及学生。
本书的编写分工情况如下： 栗琳、郑莉芳全面负责教材的编写和实验内容的安排； 孙浩负责电机、传感器的开发及编写工作； 刘新洋负责单片机、通信的开发及编写工作。在本书的编写过程中，北京机器时代有限公司提供了实验仪器平台资料，郑世杰、佘鹏飞工程师提供树莓派开发的智能机械臂的实验例程，并对其验证。同时，本书得到北京科技大学教材建设经费资助，得到了北京科技大学教务处的全程支持，在此表示衷心的感谢。
由于本书内容的广泛性和作者自身的局限性，书中难免有疏漏之处，敬请广大读者批评指正，并提出宝贵意见与建议。
作者
2023年4月
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