![Arduino开发实战指南：机器人卷[按需印刷]](http://images.china-pub.com/ebook3770001-3775000/3770245/zcover.jpg)
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基本信息
【插图】
编辑推荐
本土作者多年科研和教学经验的总结，案例丰富，操作性强。
将Arduino和3D打印机结合进行机器人开发的扛鼎之作。
最全的传感器模块宝典，机器人制作秘笈以及机器人比赛参考指南。
内容简介
书籍
计算机书籍
机器人是一个典型的光机电算一体化系统，它融合了光学、机械、电子、传感器、计算机软硬件和人工智能等众多先进技术，较高的技术门槛阻挡了众多的机器人爱好者。随着Arduino的出现，这一门槛被打破，人们能像搭积木式地组建属于自己的机器人。
黄文恺、伍冯洁、陈虹编著的这本《Arduino开发实战指南(机器人卷)》将Arduino与机器人的开发相结合，注重实例，每一章都附有示例程序，方便学习者巩固每一章的知识。本书最后两章提供了两套采用3D打印制造的全新机器人的详细制作方法和竞赛规则，方便读者开展和组织机器人竞赛活动。书中附带光盘提供了3D打印的STL文件，读者可以打印出来组建自己的机器人。
本书适合机械、电子设计、电子信息工程、通信工程、自动化、计算机、工业设计、交互设计等多个专业学生阅读，也可作为所有机器人爱好者开展Aduino与机器人结合项目开发的参考手册。
计算机书籍
机器人是一个典型的光机电算一体化系统，它融合了光学、机械、电子、传感器、计算机软硬件和人工智能等众多先进技术，较高的技术门槛阻挡了众多的机器人爱好者。随着Arduino的出现，这一门槛被打破，人们能像搭积木式地组建属于自己的机器人。
黄文恺、伍冯洁、陈虹编著的这本《Arduino开发实战指南(机器人卷)》将Arduino与机器人的开发相结合，注重实例，每一章都附有示例程序，方便学习者巩固每一章的知识。本书最后两章提供了两套采用3D打印制造的全新机器人的详细制作方法和竞赛规则，方便读者开展和组织机器人竞赛活动。书中附带光盘提供了3D打印的STL文件，读者可以打印出来组建自己的机器人。
本书适合机械、电子设计、电子信息工程、通信工程、自动化、计算机、工业设计、交互设计等多个专业学生阅读，也可作为所有机器人爱好者开展Aduino与机器人结合项目开发的参考手册。
作译者
黄文恺，毕业于广东工业大学，信号与信息处理方向，现供职于广州大学从事教学与科研工作，研究方向包括电子信息处理、图像处理、智能服务机器人；已申请专利17项，其中12项已获得授权；发表相关论文10篇。他在广州大学建立的机器人实验室拥有由7名教师和120名学生组成的研发队伍，在机器人和飞控方面有深入的研究。
目录
前言
第一篇 Arduino入门篇
第1章 Arduino简介
1.1 认识Arduino
1.2 Arduino资源
1.2.1 Arduino Uno开发板
1.2.2 Arduino Mega 2560开发板
1.3 安装Arduino Uno驱动
1.3.1 常规Arduino Uno驱动程序安装方法
1.3.2 Arduino驱动安装过程出现的问题及解决方法
1.4 Arduino开发环境
第2章 Arduino的基本函数
2.1 数字I/O口的操作函数
2.1.1 pinMode(pin, mode)
2.1.2 digitalWrite(pin, value)
2.1.3 digitalRead(pin)
2.2 模拟I/O口的操作函数
2.2.1 analogReference(type)
2.2.2 analogRead(pin)
2.2.3 analogWrite(pin,value)
第一篇 Arduino入门篇
第1章 Arduino简介
1.1 认识Arduino
1.2 Arduino资源
1.2.1 Arduino Uno开发板
1.2.2 Arduino Mega 2560开发板
1.3 安装Arduino Uno驱动
1.3.1 常规Arduino Uno驱动程序安装方法
1.3.2 Arduino驱动安装过程出现的问题及解决方法
1.4 Arduino开发环境
第2章 Arduino的基本函数
2.1 数字I/O口的操作函数
2.1.1 pinMode(pin, mode)
2.1.2 digitalWrite(pin, value)
2.1.3 digitalRead(pin)
2.2 模拟I/O口的操作函数
2.2.1 analogReference(type)
2.2.2 analogRead(pin)
2.2.3 analogWrite(pin,value)
前言
单片机中各种复杂的寄存器曾让众多的学习者望而生畏——要完成某项功能需要耗费大量的时间去熟悉单片机的底层。Arduino的诞生，改变了这一局面。Arduino将各种寄存器封装起来，并提供了易用的接口，极其简洁的界面，C语言编程方式，强大的第三方函数库支持，这些功能赋予其强大的生命力。目前市面上开始出现不少Arduino的学习教程，包括Android+Arduino的教程，但是和机器人应用开发相结合的书籍尚不多见。
机器人是一个典型的光机电算一体化系统，它融合了光学、机械、电子、传感器、计算机软硬件和人工智能等众多先进技术，是目前世界各国高校进行创新思维训练、创新技能训练、工程实践训练最理想的平台，吸引了无数爱好者参与其中。但由于机器人涉及的技术面比较广，门槛较高，往往让人觉得徒有热情，而不知从何下手。Arduino与机器人的结合改变了这一状况，使人们从海量的机器人相关基础知识中解放出来，能快速地实现设计者想要的功能，加速了机器人的研发。目前Arduino已经广泛应用于机器人、3D打印机、无人机等热门的科技项目。从笔者多年的机器人开发经验得出这样一条结论：学好Arduino对掌握机器人技术有较大的帮助。
很多基于Arduino的传感器、机电控制模块、通信模块等已经在市场上大量涌现，但是目前还没有一本教材能系统地把机器人的各个部分与Arduino结合起来，并详细介绍Arduino在机器人设计上的应用，而且机器人更强调的是一种系统工程的设计理念，单个专业的技术层面较为狭窄，不利于机器人的研究和开发。笔者通过不断学习，查阅Arduino的相关资料，并将从事机器人设计与制作六年的工程经验带入到本书中。本书将机器人涉及的光机电算一体化知识进行了融合，让读者能更全面地了解机器人的相关知识，引发读者从多学科交叉的角度去思考与钻研，最终完成机器人的设计和制作。
本书主要内容及面向的读者
机器人的制作非常强调动手能力，本书以实际机器人的制作应用为基础，将制作机器人所需要的必备知识进行一一叙述。首先介绍Arduino的基础知识，接着介绍机器人的运动控制部分，然后介绍机器人的感知部件——传感器，再介绍无线控制的方法，并辅以实例来介绍机器人的制作，最后提供了两套机器人竞赛的平台，其中包含了机器人设计制作和比赛的完整规则。
由于机器人属于跨学科的领域，必须掌握多个学科的知识。本书虽涉及多个学科，但尽量以浅显易懂的语言描述相关知识，没有涉及太深的内容，阅读本书建议有一定的电子知识基础和C语言基础。
根据读者情况的不同，本书的阅读方式也不同。
如果读者完全没有接触过单片机和软件开发，笔者建议从头阅读本书，并借助相关的Arduino书籍来辅助理解，因为本书并不完全是Arduino的基础入门教程。如果读者已经有一定Arduino开发经验，可以直接跳过第一篇，而从第二篇开始学习，掌握各种电机的控制方法。由于传感器种类繁多，本书只挑选了一些机器人常用的传感器来介绍（第三篇），建议读者购买各种传感器套装来配合本书的学习，将传感器接在Arduino板上，亲身体验一下各种传感器的特点和使用方法。第四篇介绍了五种常用的无线通信模块，每种模块各有优劣，读者可以根据项目开发的需要选择所需模块。第五篇介绍了几种机器人的制作，读者可以通过边学边做，逐步掌握机器人的相关知识。第六篇是机器人竞赛篇，里面有两套机器人比赛的完整赛制及所用机器人的制作方法。主要机器人零件均使用3D打印机打印制作。读者可通过访问http://www.hzbook.com查找本书的相关链接，下载书中所有机器人实例的3D打印零件库源文件、程序源代码、地图及部分数据文档。读者可将机器人打印出来进行对抗赛，机械设计相关专业的学生可在本篇学习到机器人机械设计方法，并对零件进行改进。本篇提供的机器人竞赛规则，适合大专或本科院校组织和开展机器人比赛。
致谢
首先要感谢本书的策划编辑张国强先生，感谢他对本书的关心和帮助，提出了很多宝贵的写作建议，并对书稿进行了仔细审阅。
其次要感谢“广州市教育局青少年科技教育计划”对本书的撰写、器材的购买提供的资助。
还要感谢笔者的学生黄冠彬、叶景祥、唐华杰、王朋、李昇圳、王召、黄煜楠、纪孟廷、覃镇波和崔杰城，感谢他们将节假日贡献出来，完成了第15章和第16章的资料整理和程序调试工作。
最后要感谢读者朋友们。感谢您肯花费时间和精力阅读本书。由于时间有限，书中难免存在疏漏与错误，敬请批评指正。希望有更多志同道合的人能加入到机器人的制作中来！
机器人是一个典型的光机电算一体化系统，它融合了光学、机械、电子、传感器、计算机软硬件和人工智能等众多先进技术，是目前世界各国高校进行创新思维训练、创新技能训练、工程实践训练最理想的平台，吸引了无数爱好者参与其中。但由于机器人涉及的技术面比较广，门槛较高，往往让人觉得徒有热情，而不知从何下手。Arduino与机器人的结合改变了这一状况，使人们从海量的机器人相关基础知识中解放出来，能快速地实现设计者想要的功能，加速了机器人的研发。目前Arduino已经广泛应用于机器人、3D打印机、无人机等热门的科技项目。从笔者多年的机器人开发经验得出这样一条结论：学好Arduino对掌握机器人技术有较大的帮助。
很多基于Arduino的传感器、机电控制模块、通信模块等已经在市场上大量涌现，但是目前还没有一本教材能系统地把机器人的各个部分与Arduino结合起来，并详细介绍Arduino在机器人设计上的应用，而且机器人更强调的是一种系统工程的设计理念，单个专业的技术层面较为狭窄，不利于机器人的研究和开发。笔者通过不断学习，查阅Arduino的相关资料，并将从事机器人设计与制作六年的工程经验带入到本书中。本书将机器人涉及的光机电算一体化知识进行了融合，让读者能更全面地了解机器人的相关知识，引发读者从多学科交叉的角度去思考与钻研，最终完成机器人的设计和制作。
本书主要内容及面向的读者
机器人的制作非常强调动手能力，本书以实际机器人的制作应用为基础，将制作机器人所需要的必备知识进行一一叙述。首先介绍Arduino的基础知识，接着介绍机器人的运动控制部分，然后介绍机器人的感知部件——传感器，再介绍无线控制的方法，并辅以实例来介绍机器人的制作，最后提供了两套机器人竞赛的平台，其中包含了机器人设计制作和比赛的完整规则。
由于机器人属于跨学科的领域，必须掌握多个学科的知识。本书虽涉及多个学科，但尽量以浅显易懂的语言描述相关知识，没有涉及太深的内容，阅读本书建议有一定的电子知识基础和C语言基础。
根据读者情况的不同，本书的阅读方式也不同。
如果读者完全没有接触过单片机和软件开发，笔者建议从头阅读本书，并借助相关的Arduino书籍来辅助理解，因为本书并不完全是Arduino的基础入门教程。如果读者已经有一定Arduino开发经验，可以直接跳过第一篇，而从第二篇开始学习，掌握各种电机的控制方法。由于传感器种类繁多，本书只挑选了一些机器人常用的传感器来介绍（第三篇），建议读者购买各种传感器套装来配合本书的学习，将传感器接在Arduino板上，亲身体验一下各种传感器的特点和使用方法。第四篇介绍了五种常用的无线通信模块，每种模块各有优劣，读者可以根据项目开发的需要选择所需模块。第五篇介绍了几种机器人的制作，读者可以通过边学边做，逐步掌握机器人的相关知识。第六篇是机器人竞赛篇，里面有两套机器人比赛的完整赛制及所用机器人的制作方法。主要机器人零件均使用3D打印机打印制作。读者可通过访问http://www.hzbook.com查找本书的相关链接，下载书中所有机器人实例的3D打印零件库源文件、程序源代码、地图及部分数据文档。读者可将机器人打印出来进行对抗赛，机械设计相关专业的学生可在本篇学习到机器人机械设计方法，并对零件进行改进。本篇提供的机器人竞赛规则，适合大专或本科院校组织和开展机器人比赛。
致谢
首先要感谢本书的策划编辑张国强先生，感谢他对本书的关心和帮助，提出了很多宝贵的写作建议，并对书稿进行了仔细审阅。
其次要感谢“广州市教育局青少年科技教育计划”对本书的撰写、器材的购买提供的资助。
还要感谢笔者的学生黄冠彬、叶景祥、唐华杰、王朋、李昇圳、王召、黄煜楠、纪孟廷、覃镇波和崔杰城，感谢他们将节假日贡献出来，完成了第15章和第16章的资料整理和程序调试工作。
最后要感谢读者朋友们。感谢您肯花费时间和精力阅读本书。由于时间有限，书中难免存在疏漏与错误，敬请批评指正。希望有更多志同道合的人能加入到机器人的制作中来！
书摘
第一篇
Arduino入门篇
第1章
Arduino简介
1.1认识Arduino
Arduino是一款源自意大利的开放源代码硬件项目平台，该平台是一块USB接口Simple I/O接口板（包括12通道数字GPIO，4通道PWM输出，6-8通道10bit ADC输入通道），并且使用类似Java、C语言的IDE（集成开发环境）。
Arduino的核心是基于AVR指令集的单片机，但它简化了单片机工作的流程，对AVR库进行了二次编译封装，将复杂的单片机底层代码封装成简单实用的函数，使用者无需关心单片机编程繁琐的细节，如寄存器、地址指针等，从而大大降低了单片机系统开发难度，特别适合老师、学生和业余爱好者使用。
Arduino系列控制器具有的特色如下：
1）开放源代码的电路图设计，程序开发接口免费下载，也可根据需求自行修改。
2）可以采用USB接口供电，也可以外部供电。
3）支持ISP在线烧写，可以将新的“bootloader”固件烧入Arduino的CPU芯片。有了bootloader之后，可以通过USB更新程序。
4）可依据官方提供的PCB和SCH电路图（Eagel格式）来简化Arduino模组，完成独立运作的微处理控制。可简单地与传感器、电子元件等连接，如红外线、光敏电阻、热敏电阻、超声波、舵机等。
5）支持多种互动程序，如：Flash、Max/Msp、VVVV、C、Processing等。
6）在应用方面，利用Arduino突破了以往只能使用鼠标、键盘、CCD等输入方式获取互动内容，而是可以更简单地达成单人或多人游戏互动。
1.2Arduino资源
Arduino的出现，大大降低了互动设计的门槛，越来越多没有学过电子知识的人，如艺术家、设计师等，开始使用Arduino制作各种充满创意的作品。为了满足不同应用领域的要求，Arduino设计了多款不同型号的开发板，如Arduino Duemilanove、Arduino Nano、Arduino mini、Arduino BT、Arduino Fio、Arduino Uno等。本书针对后面章节的需要，介绍Arduino Uno与Arduino Mega2560两种开发板。
1.2.1Arduino Uno开发板
Arduino Uno具有14个数字I/O口，6个模拟I/O口，一个复位开关，一个ICSP下载口，支持USB接口。其中，可通过USB接口直接供电，也可以使用单独的7～12V电源供电，具体的资源分配如图1.1所示。
Arduino Uno开发板的各引脚定义如下：
数字引脚：0～13
Arduino入门篇
第1章
Arduino简介
1.1认识Arduino
Arduino是一款源自意大利的开放源代码硬件项目平台，该平台是一块USB接口Simple I/O接口板（包括12通道数字GPIO，4通道PWM输出，6-8通道10bit ADC输入通道），并且使用类似Java、C语言的IDE（集成开发环境）。
Arduino的核心是基于AVR指令集的单片机，但它简化了单片机工作的流程，对AVR库进行了二次编译封装，将复杂的单片机底层代码封装成简单实用的函数，使用者无需关心单片机编程繁琐的细节，如寄存器、地址指针等，从而大大降低了单片机系统开发难度，特别适合老师、学生和业余爱好者使用。
Arduino系列控制器具有的特色如下：
1）开放源代码的电路图设计，程序开发接口免费下载，也可根据需求自行修改。
2）可以采用USB接口供电，也可以外部供电。
3）支持ISP在线烧写，可以将新的“bootloader”固件烧入Arduino的CPU芯片。有了bootloader之后，可以通过USB更新程序。
4）可依据官方提供的PCB和SCH电路图（Eagel格式）来简化Arduino模组，完成独立运作的微处理控制。可简单地与传感器、电子元件等连接，如红外线、光敏电阻、热敏电阻、超声波、舵机等。
5）支持多种互动程序，如：Flash、Max/Msp、VVVV、C、Processing等。
6）在应用方面，利用Arduino突破了以往只能使用鼠标、键盘、CCD等输入方式获取互动内容，而是可以更简单地达成单人或多人游戏互动。
1.2Arduino资源
Arduino的出现，大大降低了互动设计的门槛，越来越多没有学过电子知识的人，如艺术家、设计师等，开始使用Arduino制作各种充满创意的作品。为了满足不同应用领域的要求，Arduino设计了多款不同型号的开发板，如Arduino Duemilanove、Arduino Nano、Arduino mini、Arduino BT、Arduino Fio、Arduino Uno等。本书针对后面章节的需要，介绍Arduino Uno与Arduino Mega2560两种开发板。
1.2.1Arduino Uno开发板
Arduino Uno具有14个数字I/O口，6个模拟I/O口，一个复位开关，一个ICSP下载口，支持USB接口。其中，可通过USB接口直接供电，也可以使用单独的7～12V电源供电，具体的资源分配如图1.1所示。
Arduino Uno开发板的各引脚定义如下：
数字引脚：0～13
