微小型无人系统设计与制作"
本书适应21世纪传感、测控、无人、人工智能等技术发展的需要，详细讨论了陆上及低空无人系统的设计方法与制作技巧，即以编者团队近年指导学生参加全国教育机器人大赛、“恩智浦”（原“飞思卡尔”）杯全国大学生智能车竞赛等的获奖作品为核心，从总体方案设计、硬件设计、软件设计、软/硬件调试技巧等几个方面详细介绍微小型无人系统的设计制作方法。本书思路清晰、案例具体、可操作性强，特别适合95后机器人、无人机等爱好者作为入门实践教程，高等院校机械电子、自动化、测控技术与仪器等专业相关课程的教材，以及大学生智能车竞赛和电子设计竞赛基础培训教学用书。
微小型无人系统技术是根据无人系统的特殊功能和特性，应用微机电系统（MEMS）、机器人、感知、控制等先进技术而综合起来的光机电一体化技术。国际上的科学家、战略思想家和未来学家认为：“机器人技术、先进的动力与推进技术、微型化技术、移动和自适应数字网络技术、飞速发展的生物科学，这5种常常重叠的技术最有可能在今后15~20年发生革命性变化”。微小型无人系统就是20世纪90年代美国等先进工业国家开始发展的融合了这些技术的新概念设备，在基础理论、设计、制造与试验技术等方面具有革命性的创新，广泛应用于日常生活的方方面面，并引领着相关技术的进步。 新时代各类大学生学科竞赛方兴未艾，全国教育机器人大赛、“恩智浦”（原“飞思卡尔”）杯全国大学生智能车竞赛、大学生电子设计竞赛等赛事常常以微小型无人系统为平台。陆军炮兵防空兵学院张金教授自2005年开始，一直组织学生参加全国大学生电子设计竞赛、全国大学生教育机器人大赛，获全国特等奖3项、一等奖4项、二等奖5项、安徽赛区一等奖3项。合肥工业大学张阳副教授自2006年也一直组织学生参加“恩智浦”杯全国大学生智能车竞赛、光电设计大赛、“互联网+”大学生创新创业大赛等，共计获得全国一等奖9项、全国二等奖25项、赛区一等奖70余项，在微小型无人系统的软/硬件调试、系统构建方面积累了丰富的经验。 本书结合95后、00后大学生思维活跃、动手实践欲望强的特点，以参加各类竞赛获奖作品为基础，让读者以一个创客的身份进入学习训练任务，体系结构清晰，开发细节完善，适合初学者学习。全书共10章，沿用“软硬结合，实践先行”的写作风格，由浅入深、图文并茂。第1章简要介绍微小型无人系统的概念、组成分类及相关技术发展现状。第2章至第10章介绍Arduino智能搬运小车、Arduino虚拟现实感知小车、声音导引系统、四旋翼无人飞行器、Arduino六足机器人、直立智能车、电磁智能车、摄像头智能车、智能车多机交互等具体作品，包括作品的总体设计方案，硬件平台、接口，软件编程，以及软/硬件调试的方法、技巧等内容，引导读者体验竞赛过程，锻炼创新实践能力。 全书由陆军炮兵防空兵学院张金教授统稿，参与本书编写工作的还有合肥工业大学仪器科学与光电工程学院张阳副教授、陆军炮兵防空兵学院吴斌教授、郑玲玲副教授、刘芳讲师、余红霞讲师、岳伟甲讲师、王鑫助教及研究生董子华、王学彬等。 本书的编写参考了许多同行们的著作，无法一一列出，在此表示衷心的感谢。 本书所用电路图均为竟赛资料中的原图，对图中元器件的电路图形符号及参数标识等未做统一处理。 由于编者水平有限，纰漏、不妥之处在所难免，敬请读者批评指正，并欢迎与编者联系，JGXYZhangJin@163com。
第1章概述 11基本概念 12组成分类 13微小型无人系统的发展对技术的挑战 14微小型无人系统的关键技术 第2章Arduino智能搬运小车的设计与制作 21总体设计方案 211智能搬运小车的结构 212智能搬运小车的功能 22硬件设计 221伺服电动机 222QTI传感器 223超声波传感器 224颜色传感器 23软件设计 231软件总体设计 232QTI传感器的寻线算法 233超声波定位算法 234白平衡和颜色识别算法 235搬运过程 24设计心得 第3章Arduino虚拟现实感知小车的设计与制作 31总体方案设计 311系统的组成 312系统组成模块 313系统结构图 32硬件设计 321控制系统 322动力系统 323底盘系统 33软件设计 第4章声音导引系统的设计与制作 41设计任务 42设计要求 421基本要求 422补充说明 43方案比较与论证 431需求分析 432系统设计方案 433声源定位方案的选择 44理论分析与计算 441测量原理 442系统计算模型 443误差信号的产生 444误差的计算 45声音导引系统的硬件设计 451总体设计 452无线收/发电路的设计 453电机驱动及控制电路的设计 454音频产生和接收电路的设计 455语音指示电路的设计 456控制电路的设计 46声音导引系统的软件设计 461系统工作流程 462定位参数的计算 463软件流程 47系统测试 471测试使用的仪器 472指标测试 第5章四旋翼无人飞行器的设计与制作 51概述 52总体设计 521四旋翼无人飞行器的飞行控制平台 522四旋翼无人飞行器的结构及控制原理 53硬件设计 531系统组成 532微控制系统模块 533飞行姿态检测模块 534电机驱动模块 535超声波测距模块 536红外避障模块 537电源模块 54四旋翼无人飞行器的软件设计 541软件总体设计 542软件开发平台 55飞行姿态解算算法及程序 551加速度传感器检测数据解算 552陀螺仪检测数据解算 553卡尔曼滤波与平均值滤波 56PID控制算法 57四旋翼无人飞行器的制作与调试 571电子调速器对电机控制的调试 572MPU6050传感器测量调试 573超声波测距调试 574红外避障调试 575四旋翼无人飞行器整体调试 第6章Arduino 六足机器人的设计与制作 61六足机器人的总体设计方案 611六足机器人的主要功能 612六足机器人肢体结构设计 613六足机器人控制系统方案总体设计 62六足机器人的步态分析 621三角步态原理 622六足机器人直行步态 623六足机器人定点转弯步态 63硬件设计及组装 631Arduino主控制板 632舵机 633舵机控制板 634遥控器 64六足机器人的组装 641舵机的组装 642安装六足机器人的支架 643舵机接口的连接 644PS2手柄接收器与舵机控制器的连接 645六足机器人与Arduino主控制板的连接 65软件设计 651舵机上位机软件 652六足机器人超声波摇头避障 653六足机器人穿越火线 654六足机器人红外遥控 655六足机器人红外防跌落 第7章直立智能车的设计与制作 71总体方案设计 72机械方案设计 721直立车模与控制原理 722机械方案的设计原则 723机械结构的设计 73硬件方案设计 731电源模块 732MCU模块 733电磁信号处理模块 734姿态传感模块 735编码器模块 736电机驱动模块 737蓝牙通信模块 74软件方案设计 741角度环控制 742速度环控制 743转向环控制 744电机PWM波的输出及各控制环之间的耦合关系 75系统调试 751直立车模的直立调试 752直立车模的速度调试 753直立车模的转向调试 第8章电磁智能车的设计与制作 81系统总体方案设计 82系统硬件设计 821主控板 822电磁传感器模块 823电机驱动模块 83系统软件的设计 831传感器数据采集处理算法 832位置偏差获取算法 833路径规划 834控制算法 84系统调试 841电磁传感器模块的调试 842参数整定 第9章摄像头智能车的设计与制作 91总体方案设计 911系统目标功能 912系统整体设计 92摄像头传感器的安装 93摄像头智能车的硬件设计 931电源管理模块 932超声波传感器 933编码器模块 934摄像头传感器 935辅助调试模块 936舵机驱动模块 94图像分析与处理 941提取边界 942计算中线 943十字元素的识别及处理 944横断元素的识别及处理 945坡道元素的识别及处理 946弯道元素的识别及处理 947小S弯道元素的识别及处理 948斑马线元素的识别及处理 95控制算法及其应用 951PID控制算法 952PID参数调整 953PID控制器在舵机控制中的应用 954PID控制器在电机控制中的应用 96系统总体调试 961电机参数的调试 962转向舵机的调试 963车体机械调整 964其他调试方法 第10章智能车多机交互的设计与制作 101通信手段 1011蓝牙模块 1012NRF24L01模块 1013WIFI模块 102双车追逐方案设计 1021系统总体设计 1022通信测距模块的选择 1023双车距离的控制 1024调试方法 103双车超车方案的设计 1031比赛规则 1032超车方案 104双车会车方案的设计 1041竞赛规则 1042会车方案 105空-地协同方案的设计 1051硬件系统 1052机械部分 1053软件系统
