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PVCBOT超简单机器人设计与制作(第2版)pdf/doc/txt格式电子书下载

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PVCBOT超简单机器人设计与制作(第2版)pdf/doc/txt格式电子书下载

书名:PVCBOT超简单机器人设计与制作(第2版)pdf/doc/txt格式电子书下载

推荐语:

作者:梁玮,伍杰,李衡延,李震

出版社:人民邮电出版社

出版时间:2016-08-01

书籍编号:30333608

ISBN:9787115429131

正文语种:中文

字数:291891

版次:1

所属分类:互联网+-人工智能

全书内容:

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特别感谢


在第1册书正式出版的一年之后,当前的第2册书终于面世了。


在这里,首先我要一如既往地感谢我的团队,在大家的通力合作下,本书最终得以顺利完成。然后,我要感谢我的父母和我的太太,是他们的理解和支持免去了我的后顾之忧,让我能够安心、专注地完成本书的编写。同时,我还要感谢《无线电》杂志社的房桦主编以及本书的责任编辑周明先生,还有人民邮电出版社所有参与本书出版的工作人员,为了保证本书的出版质量,他们都付出了很多的心血。另外,我还要感谢一直以来关注我们的朋友们,在大家的鼓励和帮助下,我们才得以不断进步。


为了让更多的人能够了解PVCBOT、喜欢PVCBOT,本书在正式出版之前,我们在网上发起了针对本书的预售活动,得到了广大网友们的大力支持,当前已经有超过90位支持者不同程度地支持了我们的项目,这里我代表整个团队对他们表示衷心的感谢,他们分别是(排名不分先后):


刘 凯  郝凡静  刘文蓉  唐岸水  朱 彤  刘作桂  周 正


吴 敏  吴雪奇  黄 平  陈松华  奚小平  余启明  倪 凡


王新海  陈 丹  余 伟  张 勐  何 磊  倪颖杰  关健妍


范进勇  郝艳广  刘 军  粘 颢  高 攀  许浩然  郑昭毅


徐振锋  杨佩尧  楼元廷  孙培璟  黄 峰  吴怡斐  尹劲松


卫 兴  葛 成  卢绪玲  王英豪  姜 腾  李文良  王晓欣


李志超  陈 波  刘旺才  金 梦  向 金  李玉华  叶奇颖


华浩金  杨 凯  曾祥潘  邵春阳  欧阳国栋  李俊厚  李唯一


张永豪  张骑奔  梁振华  陈庆点  李 鹏  朱赵君  陈 欣


刘君玲  高 峰  周晓娇  王旭阳  张永吉  戴文婷  陈 武


窦国慧  王啸虎  武迪生  阮 蔚  汪大成  刘绍镇  常新朝


李 俊  于江玲  吴 宇  孙 炜  林 活  谢锡忠  欧贻位


林翠琴  欧善清  黎贵福  高泽海  陈秋岸


由于出版进度的原因,对于在定稿后给予我们支持的人,我们无法在此一一感谢,还望大家谅解。最后,我们要对所有已经支持我们以及即将支持我们的朋友们说声:感谢你们!


梁玮( Jason)


2014年8月2日

前言


“DIY”为“Do It Yourself”的英文缩写,直译就是“自己动手制作”,而“BOT”则为机器人英文“Robot”的简写,所以这里的“DIY-BOT”也就是“自己动手制作机器人”的意思。


DIY机器人是一项非常有意义的活动,国内外都有着众多的爱好者。但是由于DIY机器人对个人能力的要求是比较综合的,这其中涉及机械、电子、计算机软硬件等多个不同的学科领域,要想同时掌握那么多的知识,往往精力有限;而且DIY机器人需要投入高昂的资金,又要求一定的机械加工能力,还需要有专业的工具、设备,多数人都不具备这样的条件。这些原因导致了国内DIY机器人活动“看热闹的人多,真正参与的人少”。


“独乐乐不如众乐乐”,与其自己一个人玩,我们更希望有更多的朋友一起加入DIY机器人这项活动。基于这个原因,我们策划了DIY-BOT.NET这个DIY机器人网络交流社区,让更多的机器人爱好者能够加入进来,大家一起交流心得与体会、分享资源与经验,互相学习,共同进步。


在此,为了方便广大机器人爱好者,我们将从DIY-BOT.NET网络社区中精选出不同系列的DIY机器人教程,编辑整理成为自己动手制作机器人系列教程。


当前的“PVCBOT系列机器人”介绍的是一种以PVC线槽作为基本结构材料的机器人DIY活动,其重点在于以项目式教学的方式,对各种机器人DIY项目实例从设计原理、器材准备、制作过程、调试完善等多个方面进行完整而翔实的介绍。同时,为了与时俱进、不断发展,该系列将以多期连载的方式不定期推出新册,每册有不同的主题都可以独立成书,而各册之间则遵循由浅入深的原则最终构成一个连续的教程体系。


欢迎访问PVCBOT专题网站: http://www.diy-bot.net/pvcbot

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从能源的不同,到动力系统的差异,再到传动方式的区别,最终到驱动形式的多样,PVCBOT系列尽可能涵盖各种不同类型的机器人。


1.1 PVCBOT的基本构成


1.2 PVCBOT的能源类型


1.3 PVCBOT的动力分类


1.4 PVCBOT的传动方式


1.5 PVCBOT的驱动形式


1.1 PVCBOT的基本构成


机器人的基本组成部分主要包括:


(1)能源系统:为机器人提供能量来源的部分,就像人体的消化以及循环系统;


(2)动力系统:提供动力的部分,能够让机器人运动起来,就像人体的运动系统;


(3)控制系统:主要由电子电路组成,能够为机器人的行为提供决策,就像人体的神经系统,也可以通俗地理解成大脑 ;


(4)传感系统:各种传感器,也就是能够从外界获取各类环境信息的元器件,可以让机器人感知外界的环境变化,就像人类的眼睛、耳朵、鼻子等感觉器官一样。

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简单的无意识、随机运动的机器人,只要包含前面的能源系统以及动力系统就足够了;而具备一定智能、能够自主控制的机器人,则还需要具备控制系统以及传感系统。


PVCBOT要能够运动起来,最简单的构成要包括:能源、动力引擎、传动机构、驱动机构。


能源:比较容易理解,就是能量的来源。PVCBOT所使用的能量主要是电能,而电能的来源就是电源。


动力引擎:就是能够产生动力的装置。PVCBOT的动力引擎就是能够利用电能产生动力的装置,通常为电机。


机构:字面意思就是机械结构,指的是为传输、转换运动或实现特定的运动而由若干零件组成的机械装置。


传动机构:就是传输动力的机械结构。动力引擎产生的动力,一般不直接驱动机器人,而是需要先通过传动机构进行一定的传输和转换(如形式、速度、方向等)。


驱动机构:就是驱动整体进行运动的机械结构。动力被传动机构进行一定的转换之后,被传输到驱动机构(如车轮),由驱动机构带动整个机器人运动起来。

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以上的能源其实就是机器人的能源系统,而动力引擎、传动机构、驱动机构都属于机器人的动力系统。


在本册书里,我们将主要从PVCBOT的能源系统和动力系统的不同角度介绍多种简单机器人的设计与制作,而最后作为提高,再引入几个具备了控制系统以及传感系统的简单智能型机器人项目。


1.2 PVCBOT的能源类型


PVCBOT以电能作为能源,也就是说需要电源。把PVCBOT按照电源类型或者提供方式的不同来划分,则主要包括常规系列、光能系列、蓄能系列、微能系列等几大类。


1.2.1 常规系列


常规系列采用常规一次性电池作为电源。


常规一次性电池主要指普通干电池(锌锰电池)和微型的纽扣电池(锂锰电池)。


这些电池的用途很广,价格比较低,且容易买到。但是,它们的电能容量有限,导致机器人持续运动的时间受到限制。另外,由于常规电池属于一次性使用的,假如经常使用,则需要不断购买新的电池来替换旧的,时间长了,总体上的成本还是比较高的。

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从通用性以及降低重量的角度考虑,PVCBOT常规系列机器人主要使用普通的7号(AAA)干电池,比如第1册书中介绍的项目“0号DC型——振动机器昆虫”,以及本册书后续的项目“29号——疾行者”“30号——速行者”“33号——守卫者”“1号——疯狂的小强”等;另外对于一些小型机器人,有时候也使用微型的纽扣电池,比如第1册书中介绍的项目“0号A型——暴走的臭虫”和“0号C型——两眼发光的臭虫”。


提示:对于使用普通7号干电池(电压1.5V)的常规系列机器人,可以把干电池换成同样尺寸的可充电的镍镉、镍氢等电池(电压1.2V),甚至换成7号磷酸铁锂电池(电压3.7V)。这种情况下,虽然已经不再使用一次性的电池,但一般还是把机器人看成是常规系列的,毕竟它最初是依据一次性干电池的标准来设计的。


1.2.2 光能系列


光能系列采用太阳能电池作为电源,因而也被称为太阳能系列。“光能”的英文为Light-Power、Solar-Power,这里简称为LPower。所谓光能,也就是利用太阳能电池把光能转换为电能。


太阳能电池虽说是绿色环保的,但功率和效率都较低,一般只适合用在小型或者微型的机器人上,具体实例就比如本册书中的项目“0号L型——晒太阳的甲虫”;也有个别运用在对动力要求不是太高的机器人上,比如本册书的项目“31号——光行者”。而介于光能与常规电能之间的混合动力的机器人,一般划归光能系列,毕竟光能系列相对常规系列来说是一个提升,具体实例比如本册书的项目“33号——耀行者”。


关于光能系列机器人的更详细资料请参见“2 光能篇”。

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1.2.3 蓄能系列


蓄能系列采用可充、放电的超级电容作为电源。“蓄能”的英文为Storage-Power,这里简称为SPower。所谓蓄能,实际上是指对超级电容进行充电蓄能,然后再利用超级电容放电提供电能。

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“超级电容”也叫“法拉电容”或“黄金电容”,由于它具有大容量、可快速充电、大电流放电等特性,我们也可以把它作为PVCBOT微型机器人的一种电源。蓄能系列机器人的具体制作实例可以参看本册书中的项目“0号S5型——法拉蜘蛛”“0号S6型——觅食的蚂蚁”。


蓄能系列包括具体的机器人项目以及配套的充电转接线,详细资料请参见“3 蓄能篇”。


1.2.4 微能系列


微能系列采用微型锂电池作为电源。“微能”的英文为Micro-Power,这里简称为MPower。所谓微能,指用微型锂电池作为电源,这里的“微”指体积微小,而不是说电能微弱,实际上它的电能非但不微弱,相反还很“强大”。


这里采用的微型锂电池主要是聚合物锂离子电池,它具有体积小、重量轻、能量密集、安全可靠、可反复充电循环使用等优点,非常适合用在PVCBOT这样的小型机器人上。


微能系列包括具体的机器人项目以及配套的锂电池电源模块和充电器,将在后续出版的书中再进行介绍。

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1.3 PVCBOT的动力分类


PVCBOT的主要动力来源是电机,也就是能够把电能转换为机械能的装置。


电机通上电源之后,它的轴就会高速转动,就是说电机可以产生转动形式的动能(机械能的一种)。然后再通过不同的机械结构把这转动的动能转化成其他形式的动能,最后就可以用不同的方式去驱动机器人运动。


以上所提到的能够驱动机器人运动的各种动能,主要包括振动的动能、流体(流动)的动能,当然也包括电机直接提供的转动(旋转)的动能。


引擎,即发动机,也就是能够产生动力的装置。对于PVCBOT来说,引擎就是电机(含附属的机械结构),对应到此前提到的驱动机器人的不同形式的动能,那么PVCBOT常见的动力引擎就可以分为振动引擎、流体引擎、转轴引擎。


提示:更多关于电机的工作原理可以参看第1册书“5.2.1 入门篇—振动机器昆虫—基本原理—驱动原理—电机的工作原理”。


1.3.1 振动引擎


所谓振动引擎,就是产生振动的动能驱动机器人运动的引擎。


PVCBOT所用的振动引擎由电机以及安装在电机轴上的偏心锤组成,具体原理就是用电机带动偏心锤转动,产生强烈的振动,再带动整个机器人的肢体振动,从而产生位移,形成运动。


第1册书中所介绍的各种振动机器人项目都采用了振动引擎,而本册书中即将介绍的项目“0号L型——晒太阳的甲虫”“0号S5型——法拉蜘蛛”“0号S6型——觅食的蚂蚁”等也都采用了振动引擎。

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提示:更多关于振动的原理请参看第1册书“5.2.1 入门篇—振动机器昆虫—基本原理—驱动原理—振动器的工作原理”。


1.3.2 流体引擎


所谓流体引擎,主要就是利用流体(气流、水流)流动的动能驱动机器人运动的引擎。


PVCBOT常用的流体引擎就是电机以及电机所带动的类似螺旋桨的机构,具体原理就是用电机带动螺旋桨高速转动,然后推动流体(气流、水流)向后高速运动(喷射),再利用反作用力驱动整个机器人向前运动。


船、飞机、火箭的发动机都属于流体引擎,它们所依靠的流体分别是水流、气流、高温气流。


关于采用了流体引擎的PVCBOT项目,可以参看本册书 “28号——风行者”,这是一个利用气流推动机器人小车运动的项目,更多关于流体引擎的工作原理也在该项目中有详细介绍(“4.1.4 风能篇—风行

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