“機器人綜合設計與實踐”是高等院校機器人工程專業(yè)最核心的實踐環(huán)節(jié)必修課程。本書緊扣讀者需求，采用實例分析的形式，深入淺出地講述了機器人系統(tǒng)設計的內容、步驟和關鍵技術。本書共分為6 章，內容全面覆蓋了機器人設計與制作的核心領域，包括緒論、機器人機械結構設計與實踐、機器人控制系統(tǒng)設計與實踐、機器人視覺系統(tǒng)設計與實踐、機器人操作系統(tǒng)設計與實踐、機器人導航系統(tǒng)設計與實踐。本書內容基于CDIO（構思-設計-實現(xiàn)-運作）的理念進行設計，通過一個具體而富有挑戰(zhàn)性的工程案例，引導讀者在真實的工程環(huán)境中親身體會從構思到運作的完整過程。
為便于教學，本書配有免費的電子課件、工程案例源代碼、實驗報告模板等資源。本書既可作為高等院校機器人工程、電子工程相關專業(yè)本科生、研究生的教材，又可作為相關專業(yè)工程技術人員的參考用書。
通過一個具體而富有挑戰(zhàn)性的工程案例，引導讀者在真實的工程環(huán)境中親身體會從構思到運作的完整過程。
為便于教學，本書配有免費的電子課件、工程案例源代碼、實驗報告模板等資源。
如今科技飛速發(fā)展，機器人技術不僅以其獨特的魅力和廣泛的應用潛力引領著技術革命的新潮流，更成為衡量一個國家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標志。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等技術與機器人技術的不斷融合與創(chuàng)新，機器人技術正以前所未有的速度改變著人們的生產和生活方式，為人類社會的進步和發(fā)展帶來了前所未有的機遇與挑戰(zhàn)。為了滿足社會對機器人工程專業(yè)人才的迫切需求，我們精心編寫本書，旨在為讀者提供一本集系統(tǒng)性、實踐性、創(chuàng)新性于一體的專業(yè)指南，助力讀者在機器人技術的道路上深入探索、勇攀高峰。
本書共分為6章，內容全面覆蓋了機器人設計與制作的核心領域。從緒論開始，引領讀者了解機器人的發(fā)展歷程、分類及應用前景，還著重探討了機器人系統(tǒng)設計的內容和步驟，以期激發(fā)讀者對機器人技術的興趣和探索精神。隨后的5章則分別探討機器人機械結構設計與實踐、機器人控制系統(tǒng)設計與實踐、機器人視覺系統(tǒng)設計與實踐、機器人操作系統(tǒng)設計與實踐、機器人導航系統(tǒng)設計與實踐中的關鍵技術，力求將理論知識與實際應用緊密結合，幫助讀者在掌握理論知識的同時，培養(yǎng)解決實際問題的能力，提升讀者的工程實踐能力和創(chuàng)新思維。
本書的最大亮點是基于CDIO（構思-設計-實現(xiàn)-運作）的理念進行設計，通過一個具體而富有挑戰(zhàn)性的工程案例，引導讀者在真實的工程環(huán)境中，親身體會從構思到運作的完整過程。這種以項目式學習為核心的教學方法，不僅有利于提升讀者的工程實踐能力、創(chuàng)新思維和團隊協(xié)作能力，也有助于鍛煉工程實踐
能力，期望培養(yǎng)出更多具有競爭力、能夠適應未來工程實踐需求的機器人工程技術人才。相信通過這種學習方式，讀者將能夠更好地掌握機器人設計與制作的核心技術，展現(xiàn)出卓越的創(chuàng)新能力和實踐價值。
本書由北京工業(yè)大學范青武、張利國擔任主編，和薇、左國玉和劉旭東參與編寫。在編寫過程中，我們得到了眾多專家、學者和工程師的大力支持與幫助，他們的寶貴意見和建議使得本書更加完善，特此致謝。
由于編者水平有限，書中難免存在不足和疏漏之處，請讀者批評指正。最后對支持本書編寫和出版的所有人員表示衷心的感謝。
編者
高等院校教師
目錄
前言
第1章緒論
1.1機器人與機器人技術
1.1.1機器人的定義與分類
1.1.2機器人技術的發(fā)展歷程
1.2機器人的組成
1.2.1機械結構
1.2.2傳感器系統(tǒng)
1.2.3控制系統(tǒng)
1.2.4動力系統(tǒng)
1.2.5人機交互界面
1.3機器人系統(tǒng)設計內容與步驟
1.3.1設計需求分析
1.3.2概念設計
1.3.3詳細設計
1.3.4制造與裝配
1.3.5測試與評估
1.3.6改進與優(yōu)化
1.4機器人系統(tǒng)設計的關鍵技術
1.4.1感知技術
1.4.2控制技術
1.4.3人工智能與機器學習
1.4.4人機交互技術
第2章機器人機械結構設計與實踐
2.1機器人機械結構設計的一般流程
2.1.1機器人機械結構設計的內容
2.1.2機器人機械結構設計的步驟
2.2機器人機械結構設計實例分析
2.2.1需求分析
2.2.2方案設計
2.3機器人機械結構設計綜合實踐
2.3.1實驗一：SOLIDWORKS繪零件圖
2.3.2實驗二：SOLIDWORKS繪裝配圖
第3章機器人控制系統(tǒng)設計與實踐
3.1機器人控制系統(tǒng)設計入門
3.1.1C語言復習
3.1.2編程思想
3.1.3固件庫入門
3.1.4軟件工具
3.2機器人控制系統(tǒng)設計實例分析
3.2.1硬件設計
3.2.2軟件設計
3.3機器人控制系統(tǒng)設計綜合實踐
3.3.1實驗一：電動機驅動
3.3.2實驗二：電動機控制
3.3.3實驗三：底盤控制
第4章機器人視覺系統(tǒng)設計與實踐
4.1圖像處理知識
4.1.1圖像的基礎知識
4.1.2灰度化
4.1.3圖像濾波
4.1.4二值圖像
4.1.5腐蝕和膨脹
4.1.6邊緣檢測
4.2機器人視覺系統(tǒng)設計實例分析
4.2.1機器人視覺系統(tǒng)的整體設計
4.2.2視覺系統(tǒng)的硬件設計
4.2.3目標檢測算法設計
4.3機器人視覺系統(tǒng)設計綜合實踐
4.3.1國產版Jetson Nano燒錄系統(tǒng)
4.3.2Nano系統(tǒng)的環(huán)境搭建
4.3.3樣本采集與標注
4.3.4YOLOv5實現(xiàn)訓練自己的數(shù)據(jù)集
4.3.5模型優(yōu)化與部署
第5章機器人操作系統(tǒng)設計與實踐
5.1機器人操作系統(tǒng)
5.2機器人操作系統(tǒng)的設計
5.2.1控制策略設計
5.2.2ROS環(huán)境搭建
5.2.3系統(tǒng)移植
5.3機器人操作系統(tǒng)設計綜合實踐
5.3.1實驗一：ROS基本命令使用
5.3.2實驗二：基于topic的通信實驗
5.3.3實驗三：基于service的通信實驗
5.3.4實驗四：基于action的通信實驗
5.3.5實驗五：ROS節(jié)點參數(shù)實驗
5.3.6實驗六：WiFi通信模塊實驗
5.3.7實驗七：雷達節(jié)點模塊實驗
第6章機器人導航系統(tǒng)設計與實踐
6.1機器人導航系統(tǒng)
6.1.1SLAM
6.1.2機器人導航
6.2機器人導航系統(tǒng)設計思路
6.3機器人導航系統(tǒng)設計綜合實踐
6.3.1實驗一：激光雷達仿真實驗
6.3.2實驗二：地圖建模仿真實驗
6.3.3實驗三：路徑規(guī)劃仿真實驗
6.3.4實驗四：SLAM與自主導航
參考文獻
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