機器人技術是當前具有巨大應用前景的熱門科學技術之一。機器人正逐漸被應用到社會的各個領域，工廠、醫院甚至家庭都在加快使用機器人完成各類工作的步伐。為了能讓更多的人更好地了解機器人技術，與機器人相關的新聞報道、講座、書籍層出不窮，各類機器人比賽正如火如荼地舉行。無論是國際的還是國內的，無論是科研人員還是業余愛好者，無論是中小學還是高校，都積極地參與到機器人比賽的熱潮中。

早在2003年，我國教育部把中小學機器人比賽納入“全國中小學電腦制作活動”，將“人工智能技術及簡易機器人制作”列入普通高中新課程的選修內容時，我國的機器人比賽就真正開啟了它的發展歷程。雖然與國際知名的RoboCup、FIRA等機器人比賽相比，我國的比賽水平尚存在較大的差距，但其發展速度迅猛。幾年時間，從國家、省市到地區，都舉辦了一系列規模不同、層次不同的機器人比賽，至今已形成一套可行的機器人比賽體系。

機器人比賽能否繼續順利地發展，競技水平能否得到快速的提高，其中一個極其重要的因素是有沒有優秀的教師參與這項活動。那么，如何給中小學輸送高質量的能夠完成教學任務并指導學生參加機器人比賽的教師成為高等師范院校面臨的新挑戰。當前，許多高等師范院校為其計算機專業學生增設了機器人課程。

本書的編寫目的在于，給高等師范院校的機器人課程提供一本合適的教材，讓學生既能簡單了解機器人知識，把握機器人比賽動態，又能掌握機器人比賽常見項目的實現方法，使即將到中小學工作的“準教師”們奠定扎實的機器人知識基礎。

本書主要介紹了機器人的概況、機器人的硬件、機器人的比賽、機器人的編程和機器人的仿真五個方面的內容。全書共分8章：第1章介紹機器人概況；第2章介紹機器人的總體架構；第3章介紹機器人的控制器；第4章介紹機器人的傳感器；第5章介紹機器人的動力裝置；第6章介紹機器人比賽；第7章介紹仿真足球機器人程序設計；第8章介紹仿真機器人程序設計。

本書適合高等師范院校計算機科學與技術（師范）、電子技術（師范）、教育科學專業學生的教學之用。

全書由吳東、盧利瓊任主編，洪偉銘、張立敏、吳濤任副主編。感謝嶺南師范學院的張子石、郭春才、曾紹庚等老師提供的寶貴建議，尤其要感謝楊俊杰教授，他中肯的意見和準確的修正對本書起到了至關重要的作用。

在編寫過程中，我們參考并引用了大量機器人相關方面的資料，限于篇幅，不能在文中一一列舉，在此對其作者致以衷心的感謝。

由于編者水平有限，書中內容難免存在不足和錯誤，懇請廣大讀者給予批評指正。

本書的出版受廣東省計算機科學與技術專業綜合改革試點項目（粵教高函〔2013〕113號）、廣東省計算機實驗教學示范中心項目（粵教高函〔2015〕133號）、廣東高校優秀青年教師培養計劃項目（YQ2014117）經費資助。

序
前言

第1章 機器人概述 1
1 機器人的由來 1
2 機器人的定義 1
3 機器人的發展史 2
4 機器人的應用現狀 4
5 機器人的發展趨勢 12
6 機器人與人類的關系 14
7 小結 15
8 思考題 15
第2章 機器人的總體架構 16
1 機器人的組成 16
2 軌跡機器人 17
3 PINO機器人 18
4 小結 19
5 思考題 20
第3章 機器人的控制器 21
1 控制器的定義 21
2 控制器的分類 21
3 常用控制器的簡述 23
4 控制器的發展 29
5 小結 31
6 思考題 32
第4章 機器人的傳感器 33
1 傳感器的定義及組成 33
2 傳感器的分類 34
3 機器人的常用傳感器 36
4 傳感器的基本特性 46
5 小結 47
6 思考題 47
第5章 機器人的動力裝置 48
1 驅動方式的分類 48
2 直流電動機 49
3 步進電動機 52
4 伺服電動機 55
5 電動驅動器 56
6 動力傳遞簡介 57
7 齒輪傳動 57
8 帶傳動 59
9 鏈傳動 60
10 連桿傳動 61
11 小結 63
12 思考題 64
第6章 機器人比賽概況 65
1 機器人比賽的現狀 65
1.1 RoboCup 66
1.2 FIRA Cup 67
1.3 WER 67
1.4 中國機器人大賽暨RoboCup公開賽 68
1.5 中國青少年機器人競賽 68
1.6 全國中小學電腦制作活動 69
1.7 廣東省省級機器人比賽 69
1.8 廣東省各市、地區機器人比賽 70
2 機器人比賽的常見項目 70
2.1 機器人滅火比賽 70
2.2 機器人足球比賽 72
2.3 FLL機器人工程挑戰賽 74
2.4 VEX機器人工程挑戰賽 75
2.5 2D仿真足球比賽 76
3 機器人比賽的特點 77
4 機器人比賽的發展趨勢 78
5 小結 79
6 思考題 80
第7章 仿真足球機器人程序設計 81
1 概述 81
2 AI-RCJ仿真足球機器人平臺簡介 81
3 AI-RCJ仿真足球機器人編程基礎 85
4 AI-RCJ仿真足球機器人基本動作設計 90
4.1 仿真足球機器人的移動和轉動 90
4.2 比賽相關信息的獲取 92
4.3 仿真足球機器人基本動作 99
5 AI-RCJ仿真足球機器人團隊構建 113
5.1 隊友信息的獲取與應用 114
5.2 仿真足球機器人團隊成員設計 116
6 AI-RCJ仿真足球機器人的事件驅動編程 121
7 AI-RCJ仿真足球機器人的數據輸出 122
8 小結 124
9 思考題 124
第8章 仿真機器人程序設計 125
1 概述 125
2 VJC仿真平臺介紹 125
3 VJC仿真機器人的架構 127
4 VJC仿真機器人的基本動作 129
4.1 運動 129
4.2 信息顯示 132
4.3 亮度檢測 133
4.4 聲音檢測 134
4.5 碰撞檢測 136
4.6 紅外測障 138
4.7 地面檢測 140
4.8 轉角檢測 141
4.9 擴展電機 143
5 VJC仿真機器人的復雜行為 144
5.1 沿線走 144
5.2 跳格子 148
5.3 越障跑 151
5.4 趨光運動 155
5.5 房間中的趨光運動 157
5.6 房間瀏覽 159
6 小結 163
7 思考題 163
附錄 164
參考文獻 169

1. 工業機器人技術應用（ABB） [主編 盧玉鋒 胡月霞]