机器人构建实战-创意之星工程套件实践与创意

第1篇　基础知识



第1章　绪论　3

1.1　机器人的产生与发展　3

1.1.1　古代机器人技术的萌芽　4

1.1.2　近代机器人技术的发展　5

1.1.3　现代机器人技术的发展　5

1.2　机器人的定义　6

1.3　机器人系统的组成　6

1.3.1　控制部分　7

1.3.2　感知部分　8

1.3.3　执行部分　8

1.4　典型机器人　9

1.4.1　工业机器人　9

1.4.2　智能汽车　11

1.4.3　仿人机器人　12

1.4.4　仿生机器人　13

1.4.5　军事机器人　14

1.4.6　空间探测器　15

1.4.7　深海探测器　18

1.5　机器人组织及竞赛　20

1.5.1　RoboCup　20

1.5.2　FIRA组织及其竞赛　22

1.5.3　亚太大学生机器人大赛　23

1.5.4　飞思卡尔杯智能车竞赛　24

第2章　CDS5516数字舵机调试与参数设置　26

2.1　舵机的基础知识　26

2.1.1　舵机及其工作原理　26

2.1.2　舵机的主要参数　28

2.1.3　数字舵机　28

2.1.4　博创CDS5516数字舵机　29

2.2　利用舵机专用测试软件测试舵机及进行参数设置　29

2.2.1　UP-Debugger多功能调试器的驱动安装　30

2.2.2　UP-Debugger多功能调试器的连接　32

2.2.3　利用Robot Servo Terminal检测舵机及ID修改　33

2.2.4　舵机的完整测试过程　38

第3章　图形化软件的使用　39

3.1　LUBY控制器简介　39

3.1.1　LUBY控制器的特点　39

3.1.2　LUBY控制器接口　40

3.2　工程新建、保存、打开与关闭　41

3.2.1　新建工程　42

3.2.2　保存、打开与关闭工程　42

3.3　图形化编程界面说明　43

3.4　本节所使用控件的说明　44

3.5　图形化编程　45

3.6　程序编译与下载　46

3.7　利用代码窗口进行程序编辑　46

3.8　利用MDK-ARM进行程序编辑　47

第2篇　避障机器人



第4章　避障机器人项目说明　53

4.1　项目来源　53

4.2　项目要求　54

4.3　项目分析与任务分解　54

4.3.1　项目流程与功能分析　55

4.3.2　技术提取与任务分解　55

第5章　轮式机器人直线运动控制　57

5.1　基础知识　57

5.1.1　电源　57

5.1.2　微型直流电机　58

5.2　四轮驱动机器人的搭建　58

5.3　Mservo舵机控件的使用　62

5.4　图形化程序设计　63

5.4.1　程序编写前的准备　64

5.4.2　图形化程序的编写　64

5.5　C语言程序设计　65

5.6　运行及调试　67

第6章　轮式机器人运动轨迹控制　70

6.1　轨迹运动的原理及计算　70

6.1.1　直线运动　71

6.1.2　曲线运动　72

6.1.3　左右转向与原地转向　73

6.2　四轮驱动机器人的搭建　73

6.3　Var变量定义控件的使用　74

6.4　图形化程序设计　75

6.5　C语言程序设计　76

6.6　运行及调试　78

第7章　简易扫描跟踪平台　79

7.1　光电传感器　79

7.2　光电传感器的使用　80

7.2.1　光电传感器的感应距离与连接　80

7.2.2　光电传感器的调试　81

7.3　简易扫描跟踪平台的搭建　81

7.4　关系与逻辑运算符及其表达式　83

7.5　控件的使用　84

7.5.1　IOinput数字输入控件的使用　84

7.5.2　IF选择控件组的使用　85

7.5.3　While循环控件组的使用　86

7.6　图形化程序设计　87

7.6.1　IF选择控件的简单应用　87

7.6.2　本章图形化程序的设计　88

7.7　C语言程序设计　90

第8章　避障机器人的设计与制作　92

8.1　示例项目说明　92

8.2　避障机器人的搭建　92

8.3　避障原理　92

8.4　图形化程序设计　95

8.5　C语言程序设计　98

第3篇　除障机器人



第9章　除障机器人项目说明　103

9.1　项目来源　103

9.2　项目要求　104

9.3　项目分析与任务分解　104

9.3.1　项目流程与功能分析　105

9.3.2　技术提取与任务分解　105

第10章　多关节机械手的运动控制　107

10.1　工业机器人常用坐标系　107

10.2　多关节机械手的搭建　108

10.3　运行流程及目标点点数据获取　110

10.4　机械手目标点位置的获取　111

10.5　多关节机械手的图形化程序设计　111

10.6　C语言程序设计　112

第11章　基于红外测距的跟随小车　114

11.1　红外测距传感器测距原理　114

11.2　模拟传感器与AnoInput模拟输入控件的使用　115

11.2.1　模拟传感器的采集与量化　115

11.2.2　模拟传感器的连接与控件设置　116

11.3　简易扫描跟踪平台的搭建　116

11.4　图形化程序设计　117

11.5　C语言程序设计　118

第12章　简易雷达扫描平台　120

12.1　简单雷达扫描机构的搭建　120

12.2　控件的使用　121

12.2.1　舵机控件的使用（舵机模式）　121

12.2.2　Calculate运算控件的使用　121

12.3　图形化程序设计　123

12.4　C语言程序设计　126

第13章　搬运机器人的设计与制作　129

13.1　搬运机器人的搭建　129

13.2　搬运机器人的工作流程　132

13.3　图形化程序设计　133

13.4　C语言程序设计　135

13.5　运行流程图示　136

第14章　除障机器人的设计与制作　139

14.1　示例项目说明　139

14.2　避障机器人的搭建　139

14.3　除障原理与处理流程　141

14.4　图形化程序设计　142

14.5　C语言程序设计　144

14.6　运行流程图示　146

第4篇　全向运动机器人



第15章　基于视觉跟随的机器人项目说明　151

15.1　项目来源　151

15.2　项目要求　152

15.3　项目分析与任务分解　153

15.3.1　项目流程分析　153

15.3.2　项目系统结构　153

15.3.3　项目实现所需的主要技术　154

15.3.4　任务分解　154

第16章　三轮全向运动平台搭建及方向控制　156

16.1　全向运动及其机构简介　156

16.2　三轮全向运动控制原理　158

16.2.1　平移时的轮速分析　160

16.2.2　自转时的轮速分析　161

16.3　全向运动平台搭建　161

16.4　图形化程序设计　162

16.5　C语言程序设计　163

第17章　四轮全向运动平台轨迹控制　165

17.1　四轮全向运动方向控制原理　165

17.1.1　平移时的轮速分析　166

17.1.2　自转时的轮速分析　167

17.2　四轮全向运动平台搭建　168

17.3　图形化程序设计　169

17.4　C语言程序设计　169

第18章　Woody的视觉识别使用　171

18.1　计算机视觉基础　171

18.1.1　数字图像　172

18.1.2　数字图像的分类　172

18.1.3　颜色空间　173

18.1.4　阈值分割　174

18.2　Woody的硬件连接与启动　175

18.3　Woody控制器的网络设置　176

18.3.1　利用WoodySettings软件进行网络设置　176

18.3.2　手动进行网络设置　177

18.4　图像捕捉设置　178

18.5　图像捕捉与颜色识别测试　180

18.6　颜色阈值设置原则　182

第19章　基于视觉的目标跟随平台　183

19.1　基于视觉的目标跟随平台搭建　183

19.2　视觉相关控件的使用　184

19.2.1　Wsettings设置控件　184

19.2.2　Wimage图像捕捉控件　184

19.3　图形化程序设计　185

19.3.1　控制原理　185

19.3.2　图形化程序　187

19.4　C语言程序设计　189

第20章　简易视觉云台及在目标定位中的应用　192

20.1　视觉云台简介　192

20.2　基于视觉的目标定位原理　194

20.3　简易二自由度视觉云台的搭建　195

20.4　控制原理　195

20.5　图形化程序设计　196

20.6　C语言程序设计　198

第21章　全向运动机器人的设计与制作　201

21.1　示例项目说明　201

21.2　全向运动机器人的搭建　201

21.3　控制原理　202

21.3.1　控制原理全向机器人运行流程　202

21.3.2　轮速计算（C语言）　202

21.3.3　轮速计算（图形化）　204

21.4　图形化程序设计　204

21.5　C语言程序设计　207

第5篇　综合项目



第22章　四足爬行机器人　213

22.1　四足爬行机器人的搭建　213

22.2　控制原理　214

22.3　图形化程序设计　215

22.4　运行效果　216

第23章　双足步行机器人　217

23.1　双足机器人的搭建　218

23.2　控制流程　219

23.3　图形化程序设计　220

23.4　运行效果　220

第24章　循迹机器人　223

24.1　灰度传感器简介　223

24.2　寻迹模块　224

24.3　机器人跟随原理　225

24.4　路径跟随机器人的搭建　227

24.5　图形化程序设计　228

第25章　语音控制机器人　231

25.1　语音控制机器人的搭建　231

25.2　控制流程　232

25.3　Woody设置　233

25.3.1　语音识别　233

25.3.2　语音播放　236

25.4　图形化程序设计　237

第26章　出入控制系统　240

26.1　机器人及门控的搭建　240

26.2　控制流程　242

26.3　条码或二维码识别测试　242

26.4　图形化程序设计　243

26.5　运行效果　244

第6篇　基于创意之星平台的实现



第27章　控制器与NorthStar图形化软件　249

27.1　MultiFLEX 2-AVR控制器　249

27.1.1　功能概述　250

27.1.2　外部接口及电气规范　250

27.1.3　电池和直流电源　251

27.2　NorthStar工程建立及修改　252

27.2.1　工程的建立　252

27.2.2　工程的修改　254

27.3　NorthStar控件使用说明　254

27.3.1　控件的连接与断开　254

27.3.2　主要控件的设置　255

27.3.3　程序编译和下载　257

27.4　舵机与传感器的调试　257

27.4.1　利用菜单选项对舵机进行测试　257

27.4.2　利用舵机控件对舵机进行测试　258

27.4.3　利用菜单选项对传感器进行测试　259

27.4.4　利用控件对传感器进行测试　260

27.5　关于直接C语言开发　260

第28章　避障机器人的实现　261

28.1　轮式小车直行运动控制　261

28.2　轮式机器人运动轨迹控制　262

28.3　简易扫描跟踪平台　264

28.4　避障机器人　265

第29章　除障机器人的实现　267

29.1　多关节机械手运动控制　267

29.2　基于红外测距的跟随小车　268

29.3　简易雷达扫描平台　269

29.4　搬运机器人　271

29.5　除障机器人　272

第30章　其他类型机器人的实现　275

30.1　三轮全向运动平台轨迹控制　275

30.2　四轮全向运动平台轨迹控制　275

30.3　四足爬行机器人　276

30.4　双足步行机器人　277

30.5　循迹机器人　277