本书以2008年和2011年全国职业院校技能大赛“机器人技术应用”赛项和2008年以来各省（自治区、直辖市）“机器人”赛项的内容为载体，结合高职教育自动化类、机电类、电子信息类专业综合实训教学的要求，同时，立足高职教育工程创新实践能力的培养，集机器人技术传授和文化传承为一体，针对机器人应用的核心技术，由简入繁，由经典竞技任务到开放式实践，将机器人学习融入“故事”形式的任务实现中，力求将学习融于轻松愉悦的环境中，激发学生学习机器人技术的兴趣，培养学生的综合实践能力和创新实践能力。另外，书中还拓展了对多种机器人型号的介绍，随书附带的光盘中包含了机器人视频、教学课件、技术规格、竞赛视频、机器人世界漫游之旅、文档等教学技术资料。



        本书适合作为高等职业教育机器人技术应用类课程的教材，也可作为学生技能大赛、学生创新实践活动、第二课堂的配套教材。

        编写背景



        2008年的全国职业院校技能大赛“机器人技术应用”赛项格外引人瞩目，时隔四年，机器人赛项再次遴选为全国职业院校技能大赛赛项，两次赛项充分体现了自动化、电子信息、机电等大类专业技术的综合应用，同时，也引领了高职院校工程实践创新教育活动的开展。2011年，全国各省（自治区、直辖市）的72支代表队参加了“机器人技术应用”赛项，围绕项目和任务在同一个平台上的多种形式、多种组合、多种创意的机器人让参赛选手和观众眼花缭乱、心潮澎湃；伴随着赛项的进行，“机器人世界漫游之旅”的体验活动囊括了来自世界各个国家的机器人产品、各种类型的机器人设备、各个时期的机器人发展历程，各种环境下的机器人应用，15个国家的学者和留学生，近8000人的观众现场观摩交流，让2011年“机器人技术应用”赛项成为软、硬结合，场内、场外互动，国内、国外交流，融技能竞赛、创新体验、文化传承于一体的机器人的盛大节日。



        回首赛程，那些激动人心的场景依旧在脑海里，看着机器人在比赛场地中穿梭行走，望着同组机器人间相互配合协作，瞧着同场竞技的机器人之间斗智斗勇，所有的人都摒住了呼吸；当机器人出现失误的时候，我们惋惜，也向离去的选手投以赞赏的目光，当机器人出色完成任务的时候，欢呼沸腾的掌声响彻整个赛场。那一刻，机器人比赛牵动着我们每个人的心弦，而今，依旧在那些年轻人的梦里激荡……

“机器人技术应用”大赛已经嵌入了高职人的心中，2011年无疑会成为机器人教学系统嵌入高职专业综合实践、工程创新、学生社团活动的始发年!



        大赛硝烟未散，在教育部高职高专自动化技术类专业教学指导委员会的大力支持下，在吕景泉教授牵头组织下，在大赛的技术执裁人员、参赛队的教师、行业企业人员组成的编写团队的共同努力下，在中国天津海河教育园区内，团队进行了深度交流，经过一次次碰撞和无眠的思考，一本立体化的、围绕工作任务、系统选择实践载体和设计的教材和大家见面了。

教材特点



        本书是教育部高职高专自动化技术类专业教学指导委员会规划并指导编写的任务导向、面向全国职业院校技能大赛、服务高职自动化技术类、电子信息类、机电类专业，培养学生综合实践能力和创新能力的立体化教材，是第四本以全国职业大赛赛项为载体编写的教材，是教育部高职高专自动化技术类专业教学指导委员课程建设团队的又一次坚持的尝试——坚持技能大赛引导高职教育教学改革方向，坚持技能大赛引领高职专业和课程建设，坚持发挥技能大赛更大的示范辐射作用。



        教材分别以TQD嵌入式微型机器人、2011年全国职业院校技能大赛中科机器人平台和国际通用机器人平台为载体，抓住综合实训和创新教育这个特点，针对机器人应用的核心技术，由简入繁，由经典竞技任务到开放式实践，采取任务驱动的形式编写。本书的现实价值不仅是引领一门课程的建设，更是让技能大赛各种成果最终为教育教学改革提供动力的探索。教材编写本着“准确性、实用性、先进性、可读性”的原则，综合运用诙谐的语言，精美的图片、卡通人物以及实况录像，将学习融于轻松愉悦的环境中，力求达到激发学生学习兴趣、达到提高学习效率，易学、易懂、易上手的目的。



        基本内容



        再次与全国职业院校技能大赛相遇，我们倍感荣幸并十分珍惜，更需努力。本教学资源由彩色纸质教材、多媒体光盘、教学资源网站三部分组成。纸质教材共由六篇组成，第一篇是机器人漫游，从机器人走进大赛、走进工业、走进课堂，并以此为线索进行了介绍。本篇由天津中德职业技术学院吕景泉教授和汤晓华副教授共同编写。第二篇是机器人核心技术应用，主要针对机器人创新综合实践所需要的“知识点、技术点”进行了概要讲解。任务一由山东职业学院徐瑞霞老师编写，任务二、三由天津城市职业学院李玉轩老师编写，任务四的子任务一、二由天津工程职业技术学院的王云老师编写，任务四的子任务三、任务五由汤晓华副教授编写。第三篇以天津启诚伟业科技有限公司的专利产品嵌入式微型机器人走迷宫为载体，进行项目实战，任务一、三由天津城市职业学院的贾启升老师、天津中德职业技术学院的白淑贤老师、天津启诚伟业科技有限公司的宋立红总经理共同编写，任务二、四、五由天津冶金职业技术学院的王盟老师、宋立红总经理、汤晓华副教授共同编写。第四篇以2011年全国职业院校技能大赛中科机器人平台为载体，进行创新实践，由天津中德职业技术学院的杜东、王鹏老师，淮安信息职业技术学院的王程民、杨帅老师共同编写。第五篇介绍国际先进的NI机器人创新实践平台，由美国NI公司的刘洋工程师、吕景泉教授、于海祥副教授共同编写。第六篇拓展介绍机器人在其他领域的应用，由吕景泉教授、汤晓华副教授共同编写。多媒体光盘含机器人大赛多个参赛队的典型视频实况、元器件实物图片、资料、软件、教学课件、教学参考等。同时为“教”和“学”提供了生动、直观、便捷、立体的教学资源包。全体编者及天津中德王鹏、叶頔、赵维老师参与了课程资源的建设，本教材配套的课程网站由天津中德职业技术学院的李文教授负责制作。全书由吕景泉教授策划、系统指导并与汤晓华副教授一同对全书进行了统稿。



        全体编者衷心感谢本书引用的各种参考文献的作者，是他们的研究成果奠定了本版教材的编写基础。本教材在的编写过程中，得到了中国铁道出版社、天津启诚伟业科技有限公司、北京中科基业国际贸易有限公司、美国NI、天津中德职业技术学院、淮安信息职业技术学院、山东职业学院、天津城市职业学院、天津冶金职业技术学院、天津工程职业技术学院等单位的大力支持，在此表示衷心的感谢！ 



        在本书的编写过程中，多次遇到编写误区和盲点，尽管我们团队非常努力，但囿于学识，恐难以把机器人工程创新教育十分完整地呈现在读者面前，我们深感惶恐。限于编者的经验、水平以及时间，书中难免存在不足和缺陷，敬请读者批评指正。

第一篇 机器人漫游

任务一 走进机器人技术应用大赛 ...............................................2

任务二 机器人走进工业应用 ......................................................7

任务三 机器人走进课堂 ............................................................10

任务一 机器人机械机构 ............................................................14

子任务一 机器人机械构造. .....................15

子任务二 移动装置常用机构...................16

子任务三 上肢常用机构.......................18

子任务四 机器人传动机构.....................21

任务二 机器人传感器技术 ........................................................23

子任务一 用传感器检测物体的有无.............24

子任务二 用传感器检测物体的颜色.............26

子任务三 其他传感器的应用...................28

任务三 机器人电动机驱动技术 .................................................31

子任务一 直流减速电动机在机器人中的应用.....32

子任务二 步进电动机在机器人中的应用.........33

子任务三 伺服电动机在机器人中的应用 ........36

任务四 机器人控制技术 ............................................................38

子任务一 单片机系统控制器...................40

子任务二 嵌入式系统控制器...................45

子任务三 高速PLC系统控制器.................48

任务五 认识机器人的人工智能算法 ..........................................51

子任务一 机器人巡线的策略与算法 ...........51

子任务二 机器人灭火策略及算法...............54

第二篇 机器人核心技术应用

CONTENTS

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2

机 器 人 技 术 应 用

第三篇 竞技型机器人系统制作与应用

第四篇 任务型机器人系统设计与制作

第五篇 基于虚拟仪器技术的机器人

任务一 说说“电脑鼠”比赛的故事 .......................................... 58

子任务一 讲讲“电脑鼠”的故事 ............... 58

子任务二 “电脑鼠”家族的奥林匹克运动会 ...... 60

任务二 “电脑鼠”怎样走迷宫 ................................................. 61

任务三 认识“电脑鼠”的硬件结构及软件环境 ........................ 69

子任务一 嵌入式微型机器人硬件介绍 ........... 69

子任务二 认识IAR EWARM集成开发环境 ...... 74

子任务三 调试“电脑鼠”的嘴巴和眼睛 ......... 77

任务四 嵌入式微型机器人直线运动的控制 ............................... 81

任务五 嵌入式微型机器人的转弯控制 ...................................... 86

任务一 阿宝送面条 ................................................................... 91

子任务一 送面条小车在没有白线的场地上走出一个

正方形 .............................. 98

子任务二 送面条小车沿直线运行 ............... 104

子任务三 送面条小车沿井格白线走Z字形 ........ 110

子任务四 机器人手爪取放物料 ................. 116

子任务五 红绿色面条的识别 ................... 119

任务二 晋阶 ............................................................................ 123

子任务一 面条仓库码放 ....................... 123

子任务二 蔽障送面条 ......................... 126

任务三 挑战 ............................................................................ 129

任务一 虚拟仪器技术与图形化环境LabVIEW ........................ 135

子任务一 虚拟仪器技术的概念 ................ 135

子任务二 虚拟仪器技术与图形化编程环境

LabVIEW.......................... 135

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C O N T E N T S 目 录

3

第六篇 机器人应用及展望

任务二 基于LabVIEW的机器人创新及应用 ............................ 138

子任务一 LabVIEW机器人工具包开发机器人平台

的特点 ............................ 138

子任务二 LabVIEW机器平台进行机器人开发的

优势 .............................. 141

任务三 NI LabVIEW机器人起步包应用 .................................. 142

子任务一 机器人起步包基本介绍 .............. 142

子任务二 机器人起步包上手应用 .............. 144

任务一 机器人在汽车生产线中的应用 .................................... 150

任务二 机器人在物流领域中的应用 ...................................... 152

任务三 机器人在能源领域中的应用 ...................................... 154

任务四 机器人在其他领域中的应用 ...................................... 156

任务五 认识类人机器人NAO ................................................ 158

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