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第1章 ROBO-ONE介绍1

1.1 ROBO-ONE大赛的魅力2

1.1.1 引言2

1.1.2 ROBO-ONE简介2

1.1.3 ROBO-ONE的诞生2

1.1.4 正式迈向业余爱好机器人：KHR-1的诞生3

1.1.5 ROBO-ONE更进一步的发展3

1.1.6 ROBO-ONE大赛的历史［2］4

1.1.7 追求新功能5

1.1.8 参加者范围扩大5

1.1.9 仿人机器人6

1.1.10 宇宙应用6

1.1.11 抛掷站立7

1.1.12 仿真8

1.1.13 基于模型的集成开发［6］9

1.1.14 培养技术人员9

1.1.15 结语9

参考文献9

1.2 ROBO-ONE竞赛规则及未来发展10

1.2.1 引言10

1.2.2 ROBO-ONE机器人的规格要求10

1.2.3 预赛11

1.2.4 机器人格斗竞技的技法12

1.2.5 结语15

参考文献15

第2章 双足步行机器人部件的结构17

2.1 电子元器件18

2.1.1 引言18

2.1.2 电阻器18

2.1.3 电容器18

2.1.4 线圈19

2.1.5 二极管20

2.1.6 LED20

2.1.7 晶体管21

2.1.8 光电晶体管21

2.1.9 TTL集成电路与逻辑电路22

2.1.10 运算放大器22

2.1.11 三端子稳压器23

2.1.12 RS485驱动器集成电路23

2.1.13 扩音器23

2.1.14 按钮开关24

2.1.15 结语24

2.2 传感器24

2.2.1 引言24

2.2.2 角度传感器24

2.2.3 超声波传感器25

2.2.4 光电传感器26

2.2.5 PSD距离传感器26

2.2.6 人体传感器28

2.2.7 陀螺仪传感器29

2.2.9 重力加速度传感器／加速度传感器30

2.2.10 FSR（力传感器）30

2.2.11 压力传感器31

2.2.12 结语32

参考文献32

2.3 伺服电机32

2.3.1 引言32

2.3.2 无线遥控用伺服电机33

2.3.3 机器人用串口型伺服电机33

2.3.4 串口通信34

2.3.5 伺服电机的位置控制34

2.3.6 Dynamixel伺服电机控制表36

2.3.7 Dynamixel协议38

2.3.8 近藤科学生产的串口型伺服电机40

2.3.9 双叶电子工业生产的指令式伺服电机41

2.3.10 伺服电机的特性42

2.3.11 串口通信型伺服电机的电源线44

2.3.12 结语45

参考文献45

2.4 借助LabVIEW活用传感器45

2.4.1 引言45

2.4.2 关于LabVIEW［1］46

2.4.3 Dynamixel配置器46

2.4.4 RS485通信微处理器基板46

2.4.5 用重力加速度传感器求取角度47

2.4.6 智能超声波传感器48

2.4.7 超声波距离传感器48

2.4.8 PSD距离传感器49

2.4.9 力觉传感器51

2.4.10 机器人用伺服电机角度精度的验证方法52

2.4.11 机器人用伺服电机瞬态特性的测量方法52

2.4.12 机器人用伺服电机转矩的测量方法53

2.4.13 脚底传感器的调整方法53

2.4.14 结语53

参考文献54

2.5 电池54

2.5.1 二次电池54

2.5.2 锂离子电池的工作原理54

2.5.3 锂离子电池的构造55

2.5.4 锂离子电池的特点55

2.5.5 锂离子电池的处理55

2.5.6 对锂离子电池的冲击56

2.5.7 锂离子电池的外部短路56

2.5.8 锂离子电池的充电56

2.5.9 锂离子电池的放电57

2.5.10 锂离子电池的保管57

2.5.11 锂离子电池的特性58

参考文献58

第3章 机器人开发环境59

3.1 概述60

3.2 编程工具60

3.2.1 GCC Developer Lite60

3.2.2 LabVIEW62

3.3 机器人用控制器63

3.4 ROBO-ONE对硬件的要求65

3.4.1 电机65

3.4.2 控制器66

3.5 以PC为主机的程序66

3.5.1 使用带串口I/F的PC启动电机之前66

3.5.2 GCC Developer Lite和Dynamixel Windows库的准备67

3.5.3 Dynamixel Windows库的雏形与编译方法67

3.5.4 用DXLIB2驱动电机69

3.5.5 通过LabVIEW使用DXLIB275

3.6 以机器人用控制器为主机的程序76

3.6.1 使用Dynamixel库77

3.6.2 使用FREEDOM Ⅲ库78

3.7 结语78

第4章 双足步行机器人的开发软件79

4.1 机器人编程基础80

4.1.1 引言80

4.1.2 双足步行机器人的设计80

4.1.3 双足步行机器人系统80

4.1.4 自律神经系统81

4.1.5 FREEDOM jr.Ⅲ的准备81

4.1.6 驱动双足步行机器人的编程86

4.1.7 结语99

参考文献99

4.2 机器人的控制程序99

4.2.1 引言99

4.2.2 陀螺仪传感器99

4.2.3 脚底传感器的使用方法101

4.2.4 倾斜传感器控制104

4.2.5 轮廓控制104

4.2.6 超出控制范围时的处理105

4.2.7 结语105

参考文献105

4.3 利用MATLAB Simulink Embedded Coder进行编程105

4.3.1 引言105

4.3.2 双足步行机器人的逆运动学106

4.3.3 双足步行模式的生成106

4.3.4 生成C语言代码108

4.3.5 结语111

参考文献111

第5章 无线通信113

5.1 概述114

5.2 Wi-Fi114

5.3 WWAN115

5.4 蓝牙116

5.5 2.4GHz波段无线设备118

5.6 结语119

第6章 人机界面121

6.1 机器人的控制方法122

6.1.1 控制终端的种类与特点122

6.1.2 机器人指令的内容124

6.1.3 机器人控制的基础125

6.1.4 对应ROBO-ONE竞技大赛的操作方法125

6.2 主从控制126

6.2.1 主从控制的特点126

6.2.2 主从控制装置的制作129

6.3 其他控制方法133

6.3.1 PC控制（GUI）133

参考文献139

6.3.2 使用Wii控制器的控制139

参考文献143

6.3.3 使用iPhone的控制143

第7章 双足步行机器人制作示例149

7.1 钢铁战士的制作150

7.1.1 引言150

7.1.2 第一步：学习市面上出售的工具包150

7.1.3 第二步：改造市面上出售的工具包151

7.1.4 第三步：挑战独创的机器人152

7.1.5 第四步：制作运动部分161

7.1.6 结语163

7.2 TokoToko号的制作示例163

7.2.1 TokoToko号简介163

7.2.2 机构设计概要167

7.2.3 步行运动部分168

72.4 结语171

7.3 能抓握物品的手部结构（DokaHarumi）171

7.3.1 双足步行机器人的手171

7.3.2 手指的结构172

7.3.3 能捕球的手172

7.3.4 拿鸡蛋的手175

7.3.5 开启瓶盖的手180

7.3.6 结语183

7.4 大型机器人的构造（OmniZero）183

7.4.1 机器人的大型化183

7.4.2 框架强度188

7.4.3 安全性190

7.4.4 制作示例（OmniZero.7）191

7.4.5 制作示例（OmniZero.9）192

7.5 “凯撒王”机器人制作示例193

7.5.1 引言193

7.5.2 “凯撒王”系列机器人193

7.5.3 轻量级机器人197

7.5.4 能在ROBO-ONE大赛取胜的机器人202

7.5.5 结语203