“机器人综合设计与实践”是高等院校机器人工程专业最核心的实践环节必修课程。本书紧扣读者需求，采用实例分析的形式，深入浅出地讲述了机器人系统设计的内容、步骤和关键技术。本书共分为6 章，内容全面覆盖了机器人设计与制作的核心领域，包括绪论、机器人机械结构设计与实践、机器人控制系统设计与实践、机器人视觉系统设计与实践、机器人操作系统设计与实践、机器人导航系统设计与实践。本书内容基于CDIO（构思-设计-实现-运作）的理念进行设计，通过一个具体而富有挑战性的工程案例，引导读者在真实的工程环境中亲身体会从构思到运作的完整过程。
为便于教学，本书配有免费的电子课件、工程案例源代码、实验报告模板等资源。本书既可作为高等院校机器人工程、电子工程相关专业本科生、研究生的教材，又可作为相关专业工程技术人员的参考用书。

通过一个具体而富有挑战性的工程案例，引导读者在真实的工程环境中亲身体会从构思到运作的完整过程。
为便于教学，本书配有免费的电子课件、工程案例源代码、实验报告模板等资源。

如今科技飞速发展，机器人技术不仅以其独特的魅力和广泛的应用潜力引领着技术革命的新潮流，更成为衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。随着人工智能、大数据、云计算等技术与机器人技术的不断融合与创新，机器人技术正以前所未有的速度改变着人们的生产和生活方式，为人类社会的进步和发展带来了前所未有的机遇与挑战。为了满足社会对机器人工程专业人才的迫切需求，我们精心编写本书，旨在为读者提供一本集系统性、实践性、创新性于一体的专业指南，助力读者在机器人技术的道路上深入探索、勇攀高峰。
本书共分为6章，内容全面覆盖了机器人设计与制作的核心领域。从绪论开始，引领读者了解机器人的发展历程、分类及应用前景，还着重探讨了机器人系统设计的内容和步骤，以期激发读者对机器人技术的兴趣和探索精神。随后的5章则分别探讨机器人机械结构设计与实践、机器人控制系统设计与实践、机器人视觉系统设计与实践、机器人操作系统设计与实践、机器人导航系统设计与实践中的关键技术，力求将理论知识与实际应用紧密结合，帮助读者在掌握理论知识的同时，培养解决实际问题的能力，提升读者的工程实践能力和创新思维。
本书的最大亮点是基于CDIO（构思-设计-实现-运作）的理念进行设计，通过一个具体而富有挑战性的工程案例，引导读者在真实的工程环境中，亲身体会从构思到运作的完整过程。这种以项目式学习为核心的教学方法，不仅有利于提升读者的工程实践能力、创新思维和团队协作能力，也有助于锻炼工程实践
能力，期望培养出更多具有竞争力、能够适应未来工程实践需求的机器人工程技术人才。相信通过这种学习方式，读者将能够更好地掌握机器人设计与制作的核心技术，展现出卓越的创新能力和实践价值。
本书由北京工业大学范青武、张利国担任主编，和薇、左国玉和刘旭东参与编写。在编写过程中，我们得到了众多专家、学者和工程师的大力支持与帮助，他们的宝贵意见和建议使得本书更加完善，特此致谢。
由于编者水平有限，书中难免存在不足和疏漏之处，请读者批评指正。最后对支持本书编写和出版的所有人员表示衷心的感谢。
编者

高等院校教师

目录
前言
第1章绪论
1.1机器人与机器人技术
1.1.1机器人的定义与分类
1.1.2机器人技术的发展历程
1.2机器人的组成
1.2.1机械结构
1.2.2传感器系统
1.2.3控制系统
1.2.4动力系统
1.2.5人机交互界面
1.3机器人系统设计内容与步骤
1.3.1设计需求分析
1.3.2概念设计
1.3.3详细设计
1.3.4制造与装配
1.3.5测试与评估
1.3.6改进与优化
1.4机器人系统设计的关键技术
1.4.1感知技术
1.4.2控制技术
1.4.3人工智能与机器学习
1.4.4人机交互技术
第2章机器人机械结构设计与实践
2.1机器人机械结构设计的一般流程
2.1.1机器人机械结构设计的内容
2.1.2机器人机械结构设计的步骤
2.2机器人机械结构设计实例分析
2.2.1需求分析
2.2.2方案设计
2.3机器人机械结构设计综合实践
2.3.1实验一：SOLIDWORKS绘零件图
2.3.2实验二：SOLIDWORKS绘装配图
第3章机器人控制系统设计与实践
3.1机器人控制系统设计入门
3.1.1C语言复习
3.1.2编程思想
3.1.3固件库入门
3.1.4软件工具
3.2机器人控制系统设计实例分析
3.2.1硬件设计
3.2.2软件设计
3.3机器人控制系统设计综合实践
3.3.1实验一：电动机驱动
3.3.2实验二：电动机控制
3.3.3实验三：底盘控制
第4章机器人视觉系统设计与实践
4.1图像处理知识
4.1.1图像的基础知识
4.1.2灰度化
4.1.3图像滤波
4.1.4二值图像
4.1.5腐蚀和膨胀
4.1.6边缘检测
4.2机器人视觉系统设计实例分析
4.2.1机器人视觉系统的整体设计
4.2.2视觉系统的硬件设计
4.2.3目标检测算法设计
4.3机器人视觉系统设计综合实践
4.3.1国产版Jetson Nano烧录系统
4.3.2Nano系统的环境搭建
4.3.3样本采集与标注
4.3.4YOLOv5实现训练自己的数据集
4.3.5模型优化与部署
第5章机器人操作系统设计与实践
5.1机器人操作系统
5.2机器人操作系统的设计
5.2.1控制策略设计
5.2.2ROS环境搭建
5.2.3系统移植
5.3机器人操作系统设计综合实践
5.3.1实验一：ROS基本命令使用
5.3.2实验二：基于topic的通信实验
5.3.3实验三：基于service的通信实验
5.3.4实验四：基于action的通信实验
5.3.5实验五：ROS节点参数实验
5.3.6实验六：WiFi通信模块实验
5.3.7实验七：雷达节点模块实验
第6章机器人导航系统设计与实践
6.1机器人导航系统
6.1.1SLAM
6.1.2机器人导航
6.2机器人导航系统设计思路
6.3机器人导航系统设计综合实践
6.3.1实验一：激光雷达仿真实验
6.3.2实验二：地图建模仿真实验
6.3.3实验三：路径规划仿真实验
6.3.4实验四：SLAM与自主导航
参考文献