本书介绍如何根据机器人比赛的规则巧妙地构思机器人系统，进行机器人的总体设计；介绍如何综合运用所学的基础知识对移动载体、智能、功能执行机构、传感、运动控制等各分系统进行设计，以及系统检测调试方面的知识；扼要地讲解与比赛机器人的设计制作有关的机械、电子、传感、控制、驱动、材料等方面的基础知识。总之，内容涉及策划、组织、设计、制作、调试与演练等开发的整个过程。

本书可作为大学生课外机器人创意设计与制作的辅导用书，也可以作为理工科学生补充机械电子学、机器人工程、人工智能、计算机控制、生产过程自动化等领域知识的参考书，还可以作为工程师、大专学生和技工提高专业知识的读物。

本书介绍如何根据机器人比赛的规则巧妙地构思机器人系统，进行机器人的总体设计；介绍如何综合运用所学的基础知识对移动载体、智能、功能执行机构、传感、运动控制等各分系统进行设计，以及系统检测调试方面的知识；扼要地讲解与比赛机器人的设计制作有关的机械、电子、传感、控制、驱动、材料等方面的基础知识。总之，内容涉及策划、组织、设计、制作、调试与演练等开发的整个过程。

本书可作为大学生课外机器人创意设计与制作的辅导用书，也可以作为理工科学生补充机械电子学、机器人工程、人工智能、计算机控制、生产过程自动化等领域知识的参考书，还可以作为工程师、大专学生和技工提高专业知识的读物。

第1章 概述

1.1 机器人名词的由来1

1.2 机器人赛事3

1.3 RobocoN和中国“首届全国大学生机器人电视大赛”12

1.3.1 RobocoN的背景12

1.3.2 亚太地区大学生机器人比赛14

1.3.3 中国“首届全国大学生机器人电视大赛”15

1.4 比赛机器人的性能评价16

1.5 机器人赛事与创新17

基础篇

第2章 比赛机器人的创意与设计

2.1 创意与提案 26

2.2 初步设计28

2.2.1 初步设计的内容28

2.2.2 设计任务书31

2.3 详细设计 31

2.4 调试与演练32

2.4.1 分系统调试32

2.4.2 系统总调试33

2.4.3 演练33

2.5 电机选择的方法34

2.5.1 负载估算方法35

2.5.2 转动惯量（飞轮矩GD2）的计算39

2.6 材料、构件与轻量化设计42

2.6.1 材料与型材42

2.6.2 轻量化设计43

2.7 传感器与控制系统43

第3章 机器人的驱动与控制

3.1 直流电机的特性46

3.1.1 直流电机的结构特点46

3.1.2 直流电机的运行特性47

3.2 PWM功率放大电路 50

3.2.1 直流电机的驱动50

3.2.2 PWM功率放大原理50

3.2.3 标准的PWM功率放大器52

3.2.4 集成PWM功率放大器54

3.3 直流电机的伺服控制56

3.3.1 伺服系统的一般结构56

3.3.2 全数字伺服系统57

3.3.3 伺服系统的数字PID算法59

3.3.4 使用集成电机控制器构成的电机伺服系统61

3.3.5 多轴电机运动控制器简介64

3.4 步进电机运行原理68

3.5 步进电机的驱动74

3.5.1 步进电机的单极性驱动74

3.5.2 步进电机的双极性驱动77

3.5.3 步进电机的细分驱动78

3.6 舵机驱动与控制80

3.6.1 舵机的结构及工作原理80

3.6.2 舵机驱动电路80

3.6.3 舵机的控制电路81

3.6.4 几种舵机的参数及使用方法81

3.6.5 舵机应用的例子84

第4章 无线遥控收发装置

4.1 无线遥控基本原理85

4.2 无线遥控收发模块86

4.2.1 无线遥控接收模块86

4.2.2 无线遥控发射模块88

4.3 无线遥控收发装置90

4.4 遥控距离为1 000 m的三通道无线遥控器的调试92

第5章 机器人的感觉

5.1 五官与传感器94

5.2 感知与认识95

5.3 机器人的传感器95

5.4 开关96

5.5 巡线传感器96

5.5.1 红外光电反射式传感器97

5.5.2 辨色传感器100

5.5.3 安装与调试101

5.5.4 加大检测距离的方法103

5.5.5 由反射光的强度检测距离103

5.6 超声波传感器105

5.6.1 原理105

5.6.2 超声波距离传感器的应用举例107

5.7 旋转编码器109

5.8 陀螺110

5.9 加速度传感器112

5.10 人体传感器112

5.11 压感传感器112

第6章 视觉在机器人比赛中的应用

6.1 机器人视觉系统的组成及工作原理113

6.2 比赛机器人视觉技术的应用115

6.2.1 赛球识别115

6.2.2 网格识别116

6.2.3 对阵形势的实时识别116

6.3 图像处理的容错技术与竞赛决策规划117

6.4 视觉系统与机载计算机的通信119

第7章 能源

7.1 电池121

7.1.1 一次电池121

7.1.2 蓄电池122

7.2 电池的选用方法125

7.3 充电器/放电器 126

7.4 CPU用5 V电源电路127

竞赛实践篇

第8章 机器人大赛的规则与创意设计

8.1 “读懂”规则131

8.1.1 场地131

8.1.2 机器人的体量133

8.1.3 机器人的编组133

8.1.4 上场队员与机器人的关系134

8.1.5 赛程与赛制安排135

8.1.6 其他战术环节135

8.2 比赛机器人的创意设计原则138

8.3 比赛机器人的基本机械结构138

8.3.1 移动方式的选择138

8.3.2 车体重心分布及其稳定性150

8.3.3 投球方式选择151

8.3.4 车体结构153

8.4 手控机器人154

8.4.1 手控机器人的战略作用154

8.4.2 储球和拾球154

8.4.3 投球和取球158

8.4.4 线控与遥控160

8.4.5 手控机器人设计要点160

8.5 自动机器人161

8.5.1 多箭齐发VS单打独斗161

8.5.2 快速冲顶VS稳扎稳打162

8.5.3 固定路线VS可变战术163

8.5.4 视觉引导VS瞎子爬山164

8.5.5 自动机器人的投球165

8.5.6 机器人的对抗166

第9章 “雪莲花”号与“藏羚羊”号机器人的制作与实践

9.1 “雪莲花”号自动机器人168

9.1.1 主要技术规格168

9.1.2 “雪莲花”号自动机器人的整体设计构思169

9.1.3 自动机器人的系统构成169

9.2 “藏羚羊”号手控机器人186

9.2.1 主要技术规格186

9.2.2 “藏羚羊”号手控机器人的结构187

9.2.3 手控机器人的移动载体188

9.2.4 遥控器189

9.2.5 手控机器人的策略189

第10章 机器人系统的调试与演练

10.1 机器人系统调试与演练的准备190

10.2 “藏羚羊”号手控机器人的调试193

10.2.1 分系统调试193

10.2.2 整机调试194

10.3 “雪莲花”号自动机器人的调试196

10.3.1 分系统（模块）调试196

10.3.2 整机调试200

10.4 系统演练204

10.4.1 智能决策204

10.4.2 决策程序功能模块的划分204

10.4.3 决策程序的参数204

10.4.4 数据设计205

10.4.5 整体攻防策略的运用208

10.4.6 得分权值208

10.4.7 投取球个数的关系权值209

10.4.8 登顶战略的运用210

10.5 手控机器人与自动机器人的配合211

10.6 系统总体评价212

10.7 对抗型实战演练212

第11章 比赛的组织与辅导

11.1 赛前准备214

11.1.1 报名214

11.1.2 发动与组队216

11.2 临战准备221

11.3 实战——命运掌握在自己手中222

11.4 输赢落定，学无止境225

附录

附录A首届全国大学生机器人电视大赛主题及规则（2002年）226

附录B第2届全国大学生机器人电视大赛主题及规则（2003年）232

附录C第2届泰国曼谷亚广联机器人大赛简要准备情况240

参考文献