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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Arrick, Roger

出品人:

页数:384

译者:

出版时间:2003-10

价格:180.00元

装帧:Pap

isbn号码:9780764540691

丛书系列:

图书标签:

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机器人技术入门与实践：从零开始构建你的第一个智能设备 内容简介 本书旨在为所有对机器人技术充满好奇心，并渴望动手实践的读者提供一个全面、系统且易于理解的入门指南。我们深知，机器人技术看似高深莫测，但其核心原理和实践过程对于任何有决心学习的人来说都是触手可及的。本书将完全避开市面上其他同类书籍可能侧重于的特定品牌或模型介绍，转而聚焦于机器人技术背后的通用原理、跨平台技能和独立解决问题的能力的培养。 第一部分：理解机器人世界的基石 本部分将为读者打下坚实的理论基础，确保在动手之前，你已经对“机器人”这个概念有了深刻的理解，而不仅仅是停留在科幻小说的层面。 第一章：什么是真正的机器人？超越人形外观的定义 我们将探讨机器人的本质——传感器、控制器和执行器三要素的相互作用。不同于仅仅关注组装步骤，本章会深入剖析传感器（如超声波、红外线、编码器）的工作原理，解释它们如何将物理世界的信号转化为电子数据，以及控制器（微处理器/微控制器）如何处理这些数据并做出决策。我们会使用通用术语和概念，让你在面对任何硬件平台时都能迅速适应。 第二章：电子学基础：机器人的“血液”与“神经” 对于初学者来说，电子学常常是一个令人望而却步的领域。本章将以最直观的方式介绍必要的电子学知识，包括电压、电流、电阻的基本概念（欧姆定律的实际应用），以及如何安全地使用面包板进行原型设计。我们将重点讲解如何安全地连接直流电机、舵机，以及如何正确使用晶体管作为开关，这对于控制高功率部件至关重要。 第三章：编程思维与逻辑构建 机器人编程并非简单的代码堆砌，而是一种结构化的逻辑思维。本章将引入高级流程图设计方法，教授如何将复杂的任务分解为一系列可执行的、可测试的小模块。我们将使用伪代码和流程图来阐述控制循环、条件判断和状态机的概念，这些是所有自主机器人运行的核心逻辑。我们不预设任何特定的编程语言，而是侧重于算法的通用性。 第二部分：核心组件的选取与交互 在理解了理论基础后，我们将进入硬件选型和实际连接的阶段，强调兼容性、效率和成本控制的平衡艺术。 第四章：控制核心的选择：从微控制器到单板计算机 本章将对比不同类型控制器的优缺点，例如低功耗微控制器（强调实时响应和资源受限环境）与功能强大的单板计算机（强调复杂算法和网络连接）。我们将深入探讨输入/输出（I/O）引脚的配置、中断处理机制以及如何通过串行通信（UART, I2C, SPI）实现多个芯片之间的高效数据交换。这里的重点在于理解通信协议而非特定芯片的库函数。 第五章：驱动系统：赋予机器身体运动的能力 运动是机器人的关键特征。本章将详细讲解各种驱动技术的选择依据：直流减速电机、步进电机和伺服电机（舵机）各自最适合的应用场景。我们会用图表对比不同驱动器（如H桥）的选择标准，并介绍如何使用脉冲宽度调制（PWM）技术来精确控制电机的速度和方向，确保平稳的动作输出。 第六章：传感器融合与环境感知 一个“智能”的机器人必须能感知周围的世界。本章侧重于传感器数据的获取、清洗和整合。我们会讨论如何处理传感器引入的“噪声”问题，并介绍传感器融合的基本概念，即如何结合来自不同类型传感器（如里程计和陀螺仪）的数据，以获得比单一传感器更准确的环境模型。 第三部分：结构设计与机械集成 本书强调机器人是一个机电一体的系统，因此机械结构的设计与电子元件的集成同等重要。 第七章：机械结构设计原则：强度、重量与布局 我们将教授结构设计中的基本工程原理，包括载荷分布、重心计算和材料选择。读者将学习如何通过简单的几何分析来优化框架的刚性，避免在运动中产生不必要的形变或振动。本章将提供一套通用的设计考量清单，无论你使用何种材料（塑料、铝材或木材），都能确保结构稳定。 第八章：线束管理与电磁兼容性（EMC） 一个专业构建的机器人，其内部布线必须清晰且高效。本章专注于实际的布线技术，包括如何避免电源线与信号线之间的串扰，如何进行合理的接地设计，以及如何使用屏蔽技术来最小化电磁干扰，这对于高精度定位和通信至关重要。 第四部分：软件架构与高级控制 本部分将引导读者构建出更复杂、更健壮的机器人软件系统。 第九章：状态机与任务调度 如何让机器人管理多个并发任务（例如：避障、路径跟踪、数据记录）？本章将系统介绍有限状态机（FSM）的设计与实现，这是管理复杂行为序列的有效工具。我们将展示如何使用状态迁移图来清晰地定义机器人在不同环境刺激下的响应，确保系统行为的可预测性。 第十章：反馈控制入门：PID调节器 对于任何需要精确控制（如保持平衡、精确跟随目标）的机器人，反馈控制是核心。本章将深入浅出地解释比例-积分-微分（PID）控制器的三个参数的物理意义及其对系统稳定性和响应速度的影响。我们将提供一套通用的方法论，帮助读者在没有复杂数学推导的情况下，学会如何手动“整定”PID参数以适应特定的机械负载。 第十一章：自主导航的基本概念 自主移动机器人是机器人技术的终极目标之一。本章将介绍移动机器人的定位、映射和路径规划的初步概念。我们将讨论里程计误差的累积问题，并介绍如何通过简单的定位算法（如三角定位或简单的滤波）来估计机器人在空间中的位置。 结语：持续学习与创新 本书的最终目标是培养一个独立的机器人开发者。我们提供的知识框架是通用的，它允许你在接触任何新型组件或技术时，都能快速地将其融入你已建立的知识体系中。我们鼓励读者将书中学到的原理应用于解决现实世界中的实际问题，不断探索机器人在不同场景下的潜力。

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这本书的行文风格极其具有亲和力，读起来完全没有压力，就像一个学长在跟你分享他这些年走过的弯路和积累的经验。我特别喜欢其中穿插的一些“历史小花絮”或者“设计哲理”。比如，在讲解机器人的运动学基础时，它会简要回顾一下早期工业机器人的设计理念，以及这些理念如何影响了现代的结构选择。这些看似与当前操作无关的内容，实则极大地丰富了我的知识背景，让我对所操作的每一个螺丝钉、每一行代码都有了一种历史的厚重感和敬畏心。这本书的“结构化引导”非常出色，它没有把所有内容一股脑地塞给你。它设定了一个清晰的进度线——从基础的材料准备、工具认识，到简单的电路连接，再到编程逻辑实现，最后过渡到复杂的多传感器融合。每完成一个阶段，都会有一个“知识检查点”，这让我能够及时回顾和巩固前一阶段的学习成果，确保没有知识盲区。最让我印象深刻的是，它对于调试和测试的重视程度。书中明确指出：“一个没有经过充分测试的机器人，不应该被视为一个‘完成品’。”它提供了一套系统的测试用例，比如重复性测试、负载能力测试等，引导我以一种近乎工程学的严谨态度来对待我的“玩具”。总而言之，这本书提供了一种全面、扎实且充满乐趣的学习体验，成功地将一个原本令人生畏的领域，转化为一个可以亲手实现梦想的游乐场。

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这本书简直是为我这种对机器人技术一窍不通的“小白”量身定做的！我记得我刚拆开包裹，看到那厚厚的、略显枯燥的封面时，心里其实是打鼓的。我之前尝试过看一些更“硬核”的编程和电子学书籍，结果往往是打开两页就陷入了复杂的公式和晦涩的术语中，感觉自己像在啃一本外星文。但是，**《机器人建造入门指南》**（暂且这么称呼它，因为我确实没找到那本《Robot Building for Dummies》）完全颠覆了我的认知。它没有一上来就让我焊接电路板或者理解复杂的傅里叶变换。相反，第一章就用一种非常幽默且接地气的方式，把机器人的“骨骼”、“肌肉”和“大脑”比喻成我们日常生活中能接触到的东西。比如，讲解伺服电机时，它没有直接抛出“PWM信号控制”这种术语，而是拿家里的遥控玩具车来举例，说明如何精确地控制角度和速度。这种“润物细无声”的教学方式，极大地降低了我的畏难情绪。更让我印象深刻的是，它在讲解如何选择合适的微控制器时，不是简单地推荐某个型号，而是列举了几个实际的应用场景——比如，如果你想做一个能避障的小车，那么选择A；如果你想做一个能进行简单数据采集的固定装置，那么选择B。这种基于项目导向的讲解，让我立刻就能将理论知识与实际操作联系起来，感觉自己不是在学习，而是在规划我的第一个机器人项目。这本书的排版也极为友好，大量使用彩色的图示和清晰的步骤分解，即便是最复杂的布线图，也能被拆解成一个个小块，让人一目了然，完全没有传统技术手册那种令人头疼的压迫感。

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坦率地说，市面上的很多“XX入门”书籍，读起来总有一种强烈的营销味，恨不得下一页就让你购买他们合作商的特定产品。然而，这本书却展现出一种令人信赖的中立性和客观性。它在介绍不同类型的传感器（比如超声波、红外、激光雷达）时，会公平地分析各自的优缺点、成本效益以及适用环境，而不是偏袒某一家厂商的产品。我特别赞赏它对开源社区的推崇。它鼓励读者去查阅官方的数据手册（Datasheet），去GitHub上寻找最新的项目代码，而不是将所有信息都封闭在自己的书本里。这种“授人以渔”的教育理念，让我深刻体会到，机器人技术是一个不断发展和迭代的领域，学会如何自主学习比记住书本上的固定知识要重要得多。书中引用的许多代码示例，都是用一种非常易于阅读和修改的编程语言编写的，注释清晰到几乎不需要二次解释。当我需要移植某个功能到我自己的平台上时，我发现可以直接复制粘贴核心逻辑，然后稍微调整一下引脚定义，整个过程非常顺畅。这极大地缩短了我从“概念”到“原型”的时间。这本书不是一个终点，而是一个坚实可靠的发射台，让你有信心飞向更广阔的机器人技术世界。

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这本书的内容编排逻辑，简直像一个经验丰富的老教授带着你做毕业设计，节奏把握得恰到好处，没有丝毫拖泥带水，却又保证了知识的深度和广度。我尤其欣赏它对“失败”的探讨。很多入门书籍总是营造一种“只要照做，你就能成功”的假象，一旦读者在实际操作中遇到比如元件烧毁、代码逻辑错误或者电机驱动不起来的问题时，往往会感到极度沮丧，不知道该从何处排查。而这本书，似乎预料到了这些“技术灾难”。它专门辟出一个章节，详细列举了常见的十种错误情景，并配上了“如果你看到指示灯闪烁频率异常，请检查电源模块输出电压是否稳定”这样的具体诊断流程。这不像是在写书，更像是在编写一本机器人故障排除手册，实用性极强。此外，它对于软件部分的处理也相当高明。我以前总觉得编程和硬件是两个独立的世界，直到读了这本书，才明白两者是如何无缝衔接的。它在介绍如何编写控制代码时，非常注重“模块化”的思想，教你如何先写一个稳定的电机驱动模块，然后再将传感器输入模块整合进来。这种分层设计理念，不仅保证了代码的可读性和可维护性，更重要的是，它培养了一种系统工程的思维，让我意识到，建造一个机器人，远比单纯地把零件拧在一起要复杂和有趣得多。这本书对“安全”的强调也值得称赞，尽管只是入门书籍，但对于电池安全、防止短路等基础知识的讲解，丝毫没有马虎，展现了严谨的专业态度。

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这本书带给我的最大震撼，在于它对“创造力释放”的推动作用。许多技术指南读完之后，你或许能复制书中的那个小车或者机械臂，但一旦要你脱离范例，设计属于自己的东西时，大脑就一片空白了。这本书很巧妙地避免了这一点。它在每完成一个核心模块的讲解后，都会提出一个“下一步的挑战”或者“你可以尝试的变体”。例如，在讲解了基础的循迹模块后，它会建议读者：“试着增加一个颜色传感器，让你的小车在遇到红色区域时停止，而不是简单地保持循迹。”这些小小的引导，就像是给大脑安装了一个“创意开关”。我开始不再被动地接受信息，而是主动思考：“如果我用舵机代替步进电机，会发生什么？”“如果我想让它听从声音指令，需要添加什么新元件？”这种主动探索的过程，极大地激发了我的学习热情。而且，这本书似乎深谙如何平衡理论深度与实操难度。它不会让你陷入那些只在学术论文中出现的复杂算法，但它会清晰地解释为什么在特定情景下，一个简单的PID控制回路比一个复杂的模糊逻辑控制器更加高效和可靠。这种对“恰当选择”的指导，是任何纯粹的代码堆砌或者硬件规格罗列的书籍所无法比拟的。这本书的价值，不在于教你“怎么做”，而在于教你“为什么这么做”以及“接下来可以怎么做得更好”。

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