Arduino 机器人权威指南

出版者:电子工业出版社

作者:John-David Warren（约翰-戴维.沃伦）

页数:584

译者:于欣龙

出版时间:2014-3

价格:99.00元

装帧:平装

isbn号码:9787121222917

具体描述

你想制作有趣的机器人吗？你想让机器人沿着指定的路线行走吗？你想让机器人帮助你清扫庭院吗？你想让机器人载着你逛街吗？那么请选择《Arduino机器人权威指南》吧！John-David Warren、Josh Adams和Harald Molle会带你走进机器人的世界，教会你如何寻找配件、怎样制作机器人、怎样进行编程，甚至告诉你如何对机器人进行安全测试。

《Arduino机器人权威指南》可以教会你如何用Arduino来控制各式各样的机器人，同时提供了每一步的详细指导。你不仅可以学会Arduino的基本使用方法，还可以了解各种电机的特性。同样，你会掌握其控制和排除故障的方法，将之应用到你的机器人项目中。《Arduino机器人权威指南》从易到难，讲解了各种各样机器人的制作方法，其中包括GPS机器船、草地机器人、格斗机器人及赛格威机器人等。

无论你是只会摆弄Arduino的初学者，还是一个制作小工具的专家，《Arduino机器人权威指南》都会帮助你制作出意想不到的机器人作品。

作者简介

作者：

John-David Warren：毕业于阿拉巴马大学伯明翰分校，电子产品爱好者，实践过许多不同的项目，小到电动钓鱼竿，大到遥控割草机。2010 年4月，他的作品登上了 杂志封面。他目前和他美丽的妻子Melissa 住在阿拉巴马州伯明翰市。

Josh Adams：毕业于阿拉巴马大学伯明翰分校，是软件开发人员，在设计优质软件和项目管理方面，拥有超过10年的专业经验。Josh 是Isotope Eleven公司的首席设计师，并负责监管架构决策。

Harald Molle：Harald Molle 是一位拥有30年经验的电脑工程师。他是一个专业的潜水员，为此甚至研究一款GPS控制机器船来勘测湖泊。他的妻子Jacqueline 非常支持他。

译者：

于欣龙，工学硕士，2013年毕业于哈尔滨工程大学机械设计及理论专业。大学期间获得国家、省级奖励及表彰共48项，申请发明专利2项、实用新型与外观专利6项，还曾荣获2007中国机器人大赛空中机器人组固定翼15公斤级冠军、5公斤级亚军。现任哈尔滨奥松机器人科技有限公司总经理，哈尔滨工程大学创业学院创业导师，中国第一本开源硬件书籍《爱上Arduino》译者，国内资深创客。

张阳，互动艺术设计师，热爱科技和艺术，致力于互动科技和雕塑的结合。做过小型四足机器人、检测人体喷水的互动佛像、用iPhone控制的可折叠轻型滑板车、尝试以产品标准设计研发的龙爪灯等。

个人网站：www.zhangyangdesign.com。

张岩，工程硕士，本科就读于哈尔滨工程大学英语专业，后被保送本校电子与通信工程专业攻读硕士研究生。目前在大唐电信从事智能卡研发工作，业余时间关注Linux和Contiki等开源项目，探索物联网技术在国内的应用模式和发展方向。

陈丽，博士研究生、讲师，IEEE及中国计算机学会会员，主要研究方向为无线移动感知网络及物联网等。参研国家自然科学基金及省部级科研项目5项，在《计算机学报》、《软件学报》等国家一级学术刊物及国外EI期刊发表论文6篇。

目录信息

第1章 基础 1
1.1 电学 2
1.1.1 电模拟 3
1.1.2 电的基础知识 4
1.1.3 电路 6
1.1.4 电信号测量 7
1.1.5 万用表 7
1.1.6 电压测量 8
1.1.7 电流强度测量 9
1.1.8 电容测量 9
1.1.9 电阻测量 10
1.1.10 使用欧姆定律计算电阻功率 11
1.1.11 示波器 12
1.1.12 负载 13
1.1.13 电路连接 14
1.2 电子学 15
1.2.1 半导体 16
1.2.2 技术手册 17
1.2.3 集成电路 18
1.2.4 通孔元件 19
1.3 Arduino初级读本 20
1.3.1 Arduino变体 21
1.3.2 Arduino集成开发环境 24
1.3.3 草稿 24
1.3.4 信号 28
1.4 构建电路 38
1.4.1 电路设计 38
1.4.2 原理图 39
1.4.3 原型 41
1.5 搭建机器人 47
1.5.1 硬件 47
1.5.2 材料 49
1.5.3 工作区域 50
1.6 总结 51
第2章 基于Arduino的机器人 52
2.1 Arduino接口 52
2.1.1 继电器 53
2.1.2 晶体管 59
2.1.3 电机控制器的接口 66
2.2 用户控制 69
2.2.1 连线（有线）控制 70
2.2.2 红外控制（IR） 70
2.2.3 无线电控制系统 71
2.3 传感器导航 74
2.3.1 接触式感知 75
2.3.2 距离和反射式感知 75
2.3.3 方向（定位） 78
2.3.4 非自主传感器 81
2.4 总结 84
第3章 让机器人动起来 85
3.1 电机 85
3.1.1 有刷直流电机（永久磁铁型） 86
3.1.2 无刷直流电机 87
3.1.3 步进电机 88
3.1.4 齿轮减速电机 90
3.1.5 伺服舵机 91
3.1.6 线性制动器 92
3.1.7 功率计算 93
3.1.8 驱动 93
3.1.9 寻找合适的电机 94
3.2 H桥 95
3.2.1 产生制动 96
3.2.2 实现 97
3.2.3 H桥集成电路 100
3.2.4 更改PWM频率 101
3.2.5 反电动势 103
3.2.6 电流检测 105
3.2.7 基于H桥的商品（电机控制器） 106
3.3 电池 109
3.3.1 镍镉电池（NiCad） 110
3.3.2 镍氢电池（NiMH） 110
3.3.3 锂聚合物电池（LiPo） 111
3.3.4 铅酸蓄电池 112
3.3.5 充电 114
3.4 材料 115
3.4.1 木材 115
3.4.2 金属 116
3.4.3 螺栓和螺母 116
3.4.4 塑料 117
3.4.5 链条和链轮齿 117
3.4.6 车轮 118
3.5 总结 118
第4章 莱纳斯寻线机器人 120
4.1 莱纳斯的零件清单 121
4.2 如何使莱纳斯工作 123
4.2.1 轨道 123
4.3 制作红外传感器电路板 124
4.4 改装成连续旋转的伺服舵机 132
4.4.1 方法1：带有外部速度控制器的直接直流驱动 132
4.4.2 方法2：带有内部电机驱动电路的伺服脉冲驱动 135
4.5 合适的驱动轮 137
4.6 制作框架 141
4.7 制作连接 146
4.8 电池安装 147
4.8.1 安装电源开关 148
4.9 加载代码 148
4.10 制作轨道 155
4.11 测试 156
4.12 附加组件 157
4.12.1 LED指示灯 157
4.12.2 喷漆 159
4.12.3 添加速度调节器（电位器） 162
4.13 总结 164
第5章 墙追踪机器人Wally 166
5.1 如何让Wally工作 167
5.2 Wally的零件清单 169
5.3 电机控制器 171
5.3.1 高侧开关 171
5.3.2 低侧开关 171
5.3.3 电路制作 173
5.4 制作框架 178
5.5 安装传感器 182
5.6 安装电池和电源开关 185
5.6.1 电源开关安装 186
5.7 代码 187
5.7.1 代码目标 189
5.8 总结 198
第6章 制作PCB板 199
6.1 PCB基础 199
6.2 你需要什么来开始 200
6.3 电路设计 202
6.3.1 搜索开源设计 203
6.3.2 制作你自己的设计 204
6.3.3 使用Eagle原理图编辑器工作 207
6.3.4 使用Eagle电路板编辑器工作 211
6.4 转印设计 219
6.4.1 让我们制作一块Arduino克隆板——Jduino 219
6.4.2 开始转印 221
6.5 腐蚀 227
6.5.1 测量腐蚀液 227
6.5.2 腐蚀（方法1） 228
6.5.3 腐蚀（方法2） 230
6.5.4 清除墨粉 232
6.6 钻孔 234
6.7 焊接 235
6.7.1 制作Arduino克隆板 235
6.7.2 制作BJT H-桥 238
6.8 测试 240
6.9 总结 243
第7章 昆虫机器人 244
7.1 通过Arduino读取开关 245
7.2 如何使昆虫机器人工作 246
7.2.1 天线传感器 246
7.2.2 碰撞传感器 247
7.3 昆虫机器人的零件清单 247
7.4 电机 249
7.4.1 改装伺服舵机 249
7.4.2 控制伺服舵机 251
7.4.3 将脉冲值转换为角度值 252
7.4.4 将车轮安装到伺服舵机 253
7.5 制作框架 255
7.5.1 标记有机玻璃 255
7.5.2 切割有机玻璃 256
7.5.3 安装电机 258
7.5.4 安装脚轮 258
7.5.5 安装Arduino 260
7.5.6 安装电池 260
7.6 制作传感器 262
7.6.1 前置天线传感器 262
7.6.2 后置碰撞传感器 263
7.7 制作连线 266
7.8 加载代码 267
7.8.1 创建一个延迟 267
7.8.2 变量 268
7.8.3 代码 269
7.9 制作一顶帽子 277
7.10 总结 280
第8章 探险者机器人 281
8.1 如何使探险者机器人工作 282
8.1.1 R/C控制 282
8.1.2 强大的电机 283
8.1.3 电流检测 283
8.1.4 启动视频 283
8.1.5 启动Xbee 284
8.2 探险者机器人的零件清单 284
8.3 制作框架 286
8.3.1 规格 286
8.3.2 添加电池支架 287
8.3.3 切割底部框架支架 289
8.3.4 切割顶部框架支架 289
8.3.5 切割和弯曲主框架板 290
8.3.6 添加横杆和安装脚轮 291
8.3.7 有机玻璃甲板（任选） 293
8.4 制作电机控制器 293
8.4.1 电流检测和限流 293
8.4.2 H桥设计 294
8.5 设置Arduino 298
8.5.1 连接H桥 299
8.6 设置Xbee 300
8.6.1 测试Xbee 302
8.7 添加摄像头 303
8.7.1 二自由度云台 304
8.7.2 制作第一个支架 305
8.7.3 制作第二个支架 306
8.8 加载代码 307
8.9 总结 316
第9章 机器船 318
9.1 开场白 319
9.2 机器船的零件清单 319
9.2.1 聚苯乙烯泡沫塑料 321
9.2.2 环氧树脂 322
9.2.3 手套 323
9.2.4 玻璃纤维布 323
9.2.5 胶水 324
9.2.6 泡沫塑料切割机和美工刀 325
9.2.7 杂项 325
9.3 机器船设计 325
9.4 组装机器船 327
9.4.1 模板 327
9.4.2 将模板胶合到EPS/ XPS板上 329
9.4.3 切出分段 330
9.4.4 把分段胶合在一起 332
9.4.5 插入泡沫锚 333
9.4.6 涂层 334
9.4.7 涂抹成品 335
9.4.8 鳍 336
9.4.9 上色 336
9.4.10 甲板 336
9.4.11 完成组装 337
9.5 推进装置 338
9.5.1 底板 340
9.5.2 枢轴 340
9.5.3 管子 341
9.5.4 舵角 342
9.5.5 电机 343
9.5.6 舵机 344
9.5.7 推杆 344
9.6 电子设备 344
9.6.1 系统的核心——ArduPilot PCB 345
9.6.2 GPS模块 346
9.6.3 电子调速器（ESC） 346
9.6.4 电机 347
9.6.5 舵机 347
9.6.6 电池组 347
9.6.7 安装电子设备 348
9.7 软件和任务规划 351
9.7.1 GPS接收器 351
9.7.2 软件 352
9.7.3 安装软件 372
9.7.4 任务规划 377
9.8 全部放在一起 380
9.8.1 集成系统 381
9.8.2 船，欢呼吧！ 383
9.9 故障排除 383
9.9.1 电机/螺旋桨的推力不够 384
9.9.2 电机不启动 385
9.10 总结 385
第10章 草地机器人400 386
10.1 如何使草地机器人400工作 387
10.1.1 割草机甲板 388
10.1.2 大容量电池 388
10.1.3 钢框架 389
10.1.4 卸料斗 389
10.1.5 充气轮胎 390
10.1.6 前灯 390
10.1.7 失效保护 390
10.2 工具和零件列表 391
10.2.1 割草机 391
10.2.2 零件清单 391
10.3 轮子 392
10.3.1 前脚轮 393
10.3.2 后驱动轮 393
10.3.3 安装链轮 394
10.4 框架 395
10.5 传动系统 402
10.5.1 安装电机支架 403
10.5.2 安装链条 406
10.6 电机控制器 408
10.6.1 选购一个电机控制器 408
10.6.2 散热风扇 410
10.6.3 电机控制器反馈 411
10.7 Arduino 413
10.7.1 固定好连接以防行驶颠簸 413
10.8 失效保护 417
10.8.1 无线电遥控拨动开关 418
10.8.2 功率继电器 420
10.8.3 避免无线电遥控本身的失效保护 421
10.9 连接电路 422
10.10 代码 423
10.11 美化和添加附件 429
10.11.1 喷漆 429
10.11.2 前灯 430
10.11.3 卸料斗 430
10.11.4 割草机安全开关 432
10.12 总结 432
第11章 赛格威机器人 434
11.1 如何使赛格威机器人工作 435
11.1.1 惯性测量单元 435
11.1.2 转向和增益 436
11.1.3 啮合器 436
11.2 赛格威机器人的零件清单 436
11.3 选择合适的传感器 438
11.3.1 3.3V电源 439
11.3.2 加速度计 440
11.3.3 陀螺仪 442
11.3.4 陀螺仪和加速度计的总结 443
11.3.5 角度滤波 444
11.4 制作惯性测量单元适配板 445
11.5 选择电机 446
11.5.1 卸掉电力制动器 448
11.5.2 电机安装位置 450
11.6 选择电机控制器 451
11.6.1 SoftwareSerial库 452
11.6.2 Sabertooth控制器的简化串口 453
11.7 电池 454
11.7.1 密封铅酸蓄电池 455
11.7.2 充电 456
11.7.3 12V供电 456
11.8 框架 456
11.8.1 框架设计 458
11.8.2 制作框架 458
11.9 输入装置 462
11.9.1 转向 462
11.9.2 增益 462
11.9.3 啮合器 463
11.9.4 水平启动 463
11.9.5 安装输入装置到框架上 463
11.10 安装电子设备 467
11.10.1 焊接输入装置 470
11.10.2 连接线路 470
11.11 分析代码 471
11.11.1 sample_accel()函数 472
11.11.2 sample_gyro()函数 473
11.11.3 检查角度读数 474
11.11.4 calculate_angle() 函数 475
11.11.5 read_pots()函数 476
11.11.6 auto_level()函数 477
11.11.7 update_motor_speed() 函数 479
11.11.8 time_stamp()函数 482
11.11.9 serial_print_stuff()函数 482
11.11.10 完整代码 484
11.12 测试 491
11.13 总结 493
11.14 参考资料 493
第12章 格斗机器人 494
12.1 机器人格斗的诞生 496
12.1.1 格斗机器人的规章制度 496
12.1.2 没有价格限制 497
12.2 格斗机器人零件清单 498
12.3 输入控制 500
12.3.1 Fly Sky CT-6：32美元、5通道、2.4GHz无线控制器备选方案 501
12.4 电子设备 504
12.4.1 Arduino 504
12.4.2 电机控制器 505
12.5 框架 507
12.5.1 是买，还是做 508
12.5.2 改装轮子 509
12.5.3 制作框架 510
12.6 传动系统 513
12.6.1 齿轮传动装置 514
12.6.2 链条张力调整螺母 515
12.7 电池 520
12.8 安装电子设备 522
12.8.1 保护好你的大脑 522
12.8.2 连接线路 524
12.9 代码 526
12.10 盔甲 532
12.11 武器 534
12.12 附加信息 540
12.13 总结 541
第13章 其他控制方式 542
13.1 用Processing来解码信号 543
13.2 其他控制方式所用零件清单 543
13.3 选择输入设备 544
13.4 Processing必备文件 545
13.5 遵照协议 546
13.6 检查Processing的代码 546
13.6.1 代码解析 549
13.6.2 测试Processing 551
13.7 检查Arduino的代码 553
13.8 总结 560
· · · · · · (收起)

用户评价

对于那些追求极致性能和效率的资深爱好者来说，这本书的价值体现在其对性能优化和底层细节的挖掘上。它没有停留在IDE提供的默认设置上，而是深入到编译器优化选项、内存布局以及寄存器级别的操作。书中展示了如何通过精妙的位操作和周期级的精确控制，来榨取硬件的每一分性能，这对于那些对响应时间有严格要求的项目来说，至关重要。举例来说，它对特定指令集的效率对比分析，以及如何编写与特定硬件架构高度兼容的优化代码，这些内容在其他同类书籍中是极其罕见的。它甚至探讨了在资源受限的环境下，如何设计高效的数据结构和算法，以最小的内存占用实现复杂的功能。这不仅仅是一本“怎么做”的书，更是一本“怎样做得最好”的教科书。阅读这些章节时，我感觉自己正在进行一场深入的“硬件解剖”，了解了代码是如何被真正地转化为物理世界的运动和响应的，这种深度的剖析，让我对整个电子工程领域的敬畏之心油然而生。

这本书简直是电子爱好者们的福音，特别是对于那些像我一样，对微控制器世界充满了好奇和热情的初学者来说。它深入浅出地讲解了各种底层原理，从最基础的数字逻辑到复杂的传感器接口，每一个概念都配有详尽的图解和代码示例，让你感觉不再是面对一堆枯燥的文字，而是手里拿着一个可以触摸、可以交互的实验平台。作者的叙述方式非常平易近人，没有过多的术语堆砌，即便是初次接触这类技术的人也能很快跟上节奏。我尤其欣赏它对“为什么”的解释，而不仅仅是“怎么做”。比如，当讲解到PWM调光时，它不仅仅给了代码，还详细说明了为什么用脉冲宽度调制比简单的电阻分压更有效率，这对于建立扎实的理论基础至关重要。而且，书中提供的大量实战项目，从简单的LED闪烁到更复杂的环境监测系统，每一个项目都设计得循序渐进，让你在解决实际问题的过程中，不知不觉就掌握了高级技巧。这种“做中学”的模式，对我这种动手能力比纯理论学习更强的人来说，简直是量身定做。读完这些章节后，我感觉自己不再是那个对电路板望而生畏的门外汉了，而是有信心去探索更深层次的嵌入式系统开发的“准工程师”了。

这本书的阅读体验是极其沉浸式的，仿佛作者就坐在我的旁边，耐心地解答我每一个细微的疑惑。它的语言风格非常富有个性，充满了对技术的热情和一种近乎哲学的思考。书中不仅仅是技术手册，更像是一部关于人与机器如何协同工作的“思想录”。比如，在讨论用户界面设计时，它超越了简单的按钮和液晶屏的接线，深入探讨了交互设计的心理学基础，思考如何设计出更符合人类直觉的控制逻辑。这种高度的人文关怀融入到技术讲解中，使得学习过程充满了乐趣，而不是枯燥的任务。特别是关于电源管理和信号完整性的章节，作者用了很多生动的比喻来解释电磁兼容性（EMC）和去耦电容的作用，这些原本是高级工程师才会深入研究的话题，在这里被简化成了生活中的常识，让我茅塞顿开。它教会我关注细节，关注那些常常被忽视的“小问题”，因为这些小问题往往是导致项目失败的罪魁祸首。总而言之，它培养的不仅仅是技术能力，更是一种严谨、全面的工程思维。

这本书的结构安排堪称一绝，它仿佛是一位经验丰富的老教授，带着你一步步攀登知识的高峰。它并没有急于展示那些炫酷的花哨项目，而是将精力放在了构建坚实的地基上。我特别欣赏它对软件架构和代码组织艺术的阐述。在很多入门书籍中，代码往往是零散的、功能堆砌的片段，但在这本书里，作者强调了模块化编程的重要性，并展示了如何使用函数、库和清晰的命名规范来管理大型项目。这种前瞻性的指导，对于我们这些计划未来要进行更复杂开发的人来说，是无价的财富。书中对于实时性、中断处理的讲解，丝毫不含糊，虽然这部分内容对新手来说可能略显晦涩，但作者巧妙地通过实际的计时器应用案例将其具体化，让抽象的概念瞬间变得具体可感。更值得称赞的是，它对错误排查（Debugging）的技巧进行了详尽的论述，许多调试的“玄学”在这里被系统地解构，教会我们如何像侦探一样去寻找隐藏的逻辑错误和硬件故障。读完这些章节，我感觉自己不仅学会了如何让硬件动起来，更重要的是学会了如何让它“稳定、高效”地运行起来。

老实说，我之前尝试过几本号称“权威”的指南，但大多内容陈旧或者侧重于某个特定硬件平台而缺乏通用性。然而，这本书展现出一种罕见的广博视野。它在深入探讨核心技术的同时，还花了不少篇幅去介绍了如何集成和管理第三方生态系统，比如如何有效地利用开源社区的资源，如何安全地将云服务接入到本地控制单元中。书中对不同类型传感器的性能对比分析非常客观和透彻，不是简单地罗列参数，而是基于实际应用场景，分析了它们的优缺点、抗干扰能力和成本效益，这对于项目方案的制定者来说，是极其宝贵的参考资料。我尤其欣赏其中关于固件更新机制的讨论，如何设计一个健壮的OTA（Over-The-Air）升级流程，以确保设备在远程部署后仍能安全、可靠地迭代升级，这无疑是面向工业物联网（IIoT）应用的关键能力。这本书真正做到了“权威”，因为它不仅告诉你当前的技术栈是什么，更引导你思考未来几年技术发展的趋势。

尽量少发技术类书，不过这本语言平实，讲到的项目很实用，好多没接触过电子的朋友也可以看看，做个割草机也是不错的选择。

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