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本书以送餐机器人为例，从机械结构建模与装配、控制电路设计与装调和控制程序编写与调试三方面详细介绍设计与制作机器人的过程。第1章为机器人机械结构建模与装配，采用SoilWorks软件，先对每个零部件进行建模，然后进行整体的装配，符合实际的需求，并通过3D打印、激光切割对部分零件进行制作。第2章为控制电路设计与装调，先采用Altium Designer 10软件对电路的原理图、PCB板进行设计，然后通过制板设备自行完成PCB板的制作，之后选择合适的元件进行安装、调试，从而满足机器人控制的要求。第3章为控制程序编写与调试，送餐机器人功能包含人机交互、语音提示、自动避障、自动定位运行等功能，通过Linkboy图形化编程软件，简单直观的完成相关控制功能。

第1章  机器人的发展历程与应用领域	1
1.1  发展历程	1
1.2  应用领域	5
1.2.1  巡检机器人	5
1.2.2  AGV机器人	5
1.2.3  安防机器人	6
1.2.4  餐厅送餐机器人	6
1.2.5  酒店服务机器人	7
1.2.6  工业机器人	7
1.2.7  军事机器人	8
第2章  机器人机械结构的建模与装配	9
2.1  初识SOLIDWORKS	9
2.1.1  SOLIDWORKS基本操作	9
2.1.2  SOLIDWORKS用户界面	11
2.2  驱动电机	15
2.2.1  直流电机	16
2.2.2  减速装置	22
2.2.3  电机转轴	25
2.2.4  定位安装孔	28
2.3  电机支座	30
2.4  轮毂与轮胎	34
2.4.1  轮毂	35
2.4.2  轮胎	41
2.5  万向轮	43
2.6  螺栓与螺母	49
2.6.1  M4半圆头螺栓	51
2.6.2  M4螺母	55
2.6.3  M3沉头螺栓	58
2.7  超声波传感器及固定架	63
2.7.1  超声波传感器	64
2.7.2  超声波固定架	66
2.8  红外传感模块	70
2.9  人机交互模块	73
2.9.1  液晶	74
2.9.2  按钮	78
2.10  底盘与顶板	81
2.10.1  底盘	81
2.10.2  顶板	82
2.11  整机装配	83
2.11.1  电机支架配合	85
2.11.2  驱动电机配合	86
2.11.3  轮毂配合	89
2.11.4  轮胎配合	91
2.11.5  万向轮配合	93
2.11.6  镜像零部件	95
2.11.7  顶板配合	96
2.11.8  超声波支架配合	100
第3章  机器人控制电路的设计与制板	102
3.1  印制电路板设计流程	103
3.2  Altium Designer基本操作	104
3.2.1  启动与新建	104
3.2.2  保存与退出	105
3.3  原理图的绘制	106
3.3.1  新建原理图	106
3.3.2  放置元件	107
3.3.3  原理图布线	113
3.3.4  端口放置	113
3.3.5  网络标签放置	114
3.3.6  输出接口放置	115
3.4  元件符号的制作	115
3.4.1  新建原理图库	115
3.4.2  元件的添加	117
3.4.3  元件符号绘制	118
3.4.4  元件引脚放置	119
3.5  元件封装的制作	120
3.5.1  新建PCB元件库	121
3.5.2  元件封装的添加	122
3.5.3  焊盘放置与参数修改	123
3.5.4  元件外框的绘制	124
3.6  PCB的设计	124
3.6.1  新建PCB	125
3.6.2  封装的修改	125
3.6.3  元件的导入	127
3.6.4  元件的布局	128
3.6.5  禁止布线层的绘制	129
3.6.6  布线规则的设置	129
3.6.7  自动布线与优化	132
3.7   PCB制板流程	135
3.7.1  线路打印	135
3.7.2  覆铜板清洗	137
3.7.3  线路转印	137
3.7.4  线路腐刻	139
3.7.5  焊盘打孔	140
3.7.6  PCB清洗	140
第4章  机器人控制程序的编程与调试	141
4.1  linkboy用户界面	141
4.1.1  工具栏	141
4.1.2  指令栏	142
4.1.3  元素栏	142
4.1.4  模块栏	143
4.1.5  设计区	143
4.2  液晶显示	144
4.2.1  任务要求	144
4.2.2  模块选择	144
4.2.3  线路连接	145
4.2.4  程序编调	146
4.3  参数设置	148
4.3.1  任务要求	148
4.3.2  模块选择	149
4.3.3  线路连接	150
4.3.4  程序编调	150
4.4  语音提示	153
4.4.1  任务要求	153
4.4.2  模块选择	153
4.4.3  线路连接	154
4.4.4  程序编调	154
4.5  定位运行	156
4.5.1  任务要求	156
4.5.2  模块选择	156
4.5.3  线路连接	157
4.5.4  程序编调	158
附录A  主控板原理图	162
附录B  循迹模块原理图	163
参考文献	164

现代社会的发展，科学技术正起着越来越重要的作用，这其中一个佼佼者便是机器人。机器人集成了材料技术、光学技术、仿生科学、自动化技术、电子技术、人工智能技术等诸多领域的技术，是一种现代科学技术集大成式的代表。将来，各种类型的机器人将在工业、农业、军事、科研、交通、生活、医疗救护、社会服务等各个领域发挥无法估量的巨大作用。学习、理解、使用、甚至开发和制造机器人，对青少年的知识积累和成长成材都会起到极大的促进作用。这也是我们设置机器人课程，编写机器人教材的根本缘由所在。
本书不准备探究机器人的高端技术、专业理论、数学工具、复杂算法或最新科研成果，仅从简单易行的普通送餐机器人入手，介绍其设计与制作的知识与方法，让学习者从机器人机械结构的建模与装配、机器人控制电路的设计与制板、机器人控制程序的编写与调试三个方面学会机器人从无到有的开发流程。使学习者能够将所学的知识进行综合的应用，实现专业知识的有效结合，开发出实际生产生活所需的机器人。
本课程基于产品过程的开发理念，详细地讲述了送餐机器人设计与制作的具体流程和方法。内容介绍中既兼顾知识性、专业性，又注重实用性和可行性，以使本课程成为一门联系生活、浅显易懂，生动实用、操作性强的专业课程。
本书共分4章，参考学时为108，各章节参考课时如下所示：

序    号	课程内容	参考课时
1	第1章 机器人的发展历程与应用领域	4
2	第2章 机器人机械结构的建模与装配	36
3	第3章 机器人控制电路的设计与制板	32
4	第4章 机器人控制程序的编程与调试	36
	合计	108
本课程在具体实施过程中，可根据具体教学资源、学生实际学习完成情况进行适当的调整，充分发挥学生的能力特长。
本教材是各位作者协商合作以及辛勤劳动的结晶。各编著者负责内容为：项建峰负责编写第1章、第4章和附录，周新妹负责编写第2章，周丽娇负责编写第3章，由项建峰负责全书的审阅和统稿工作。
在编写的过程中，本教材得到了平湖市职业中等专业学校贺陆军、姚雁、刘春风等老师的帮助，在此一并表示衷心感谢。
由于编者水平有限，时间仓促，书中难免有错误和不足之处，希望使用本书的师生对本书中出现的错误和不足给予批评与指正。

编  者
2020.05

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机器人的设计与制作