Arduino 机器人制作、编程与竞赛（中级）

本书以教娱机器人的制作应用和竞赛机器人的制作竞赛为目标，结合硬件模块和软件编程，循序渐进地讲解每个模块所需专业知识和技术，然后将这些知识和技术应用到产品制作和开发中。本书第1章介绍了Arduino的基础知识，以方便一些基础比较薄弱的读者跳过入门教程直接学习中级教程。接着介绍循线音乐机器人的制作，重点讲解如何将一首曲子转换成电子音乐数据，然后如何制作播放器，并将播放器与循线程序结合，让机器人达到边循线边播放音乐的效果，而且做到完美集成。第3章介绍超声避障机器人的制作，重点是超声波传感器的距离测量和Arduino脉冲时间测量函数的应用，并讲解智能电子产品设计中要注意的容错问题，然后完成一个超声避障漫游机器人的制作。第4章讲解超声跟随机器人的设计和制作，重点引入P控制器的算法和编程，讲解闭环控制的概念和编程实现方法，最后制作出一个反应灵敏的跟随机器人。第5章介绍红外遥控机器人的制作，重点讲解红外遥控编码和解码，了解红外编码协议和解码程序的编写方法，最后制作出一个红外遥控机器人。第6章将前5章的功能集成，制作出一个由红外遥控器控制的具备四种工作模式的教娱机器人产品，重点讲解如何利用Arduino的中断功能将各个功能模块完美集成到一起，同时结合产品开发过程，按照构思、设计、实现和操作四个步骤来讲解具体产品的开发流程。第7章结合红外测距传感器的应用，讲解AD接口模拟量和数字量的概念和模数转换技术，并将其应用到红外测距传感器，制作红外云台漫游机器人。第8、9和10章结合中国教育机器人大赛项目，在原有教娱机器人基础上进行改造和拓展，制作智能搬运、擂台和灭火机器人。重点介绍竞赛规则，竞赛策略的编程和完整竞赛程序的设计和实现。

秦志强，男，华中科技大学与香港科技大学联合培养博士，上海交通大学博士后，高级工程师，鸥鹏机器人、中科乐活动中心创始人，中国教育机器人大赛策划人，著名的教育专家，长期从事教育机器人的教育和研究工作，著作丰富，其中有多部获评十二五国家规划教材。

目 录
第 1章　为什么要制作OpenBot …………………………………………………… 001
1．1 OpenBot 是什么？ ……………………………………………………………… 001
1．2 认识 OpenBot 2E的控制器Arduino QTSTEAM ……………………………… 002
1．3 组装一辆标准的 OpenBot 2E …………………………………………………… 005
1．4 测试组装好的 OpenBot 2E机器人 …………………………………………… 005
1．5 OpenBot 2E 演示软件的设计 …………………………………………………… 008
1．6 OpenBot 2E 的拓展和竞赛 ……………………………………………………… 008
第 2章　OpenBot 2E循线音乐程序设计 ………………………………………… 009
2．1 循线程序设计 …………………………………………………………………… 009
2．2 音乐播放程序设计 ……………………………………………………………… 017
2．3 循线音乐播放程序综合设计 …………………………………………………… 031
第 3章　OpenBot 2E超声避障程序设计 ………………………………………… 039
3．1 超声波传感器测量距离 ………………………………………………………… 040
3．2 超声波测距避障程序设计 ……………………………………………………… 042
3．3 超声波测距扫描与高级导航程序设计 ………………………………………… 045
第 4章　OpenBot 2E超声跟随程序设计 ………………………………………… 049
4．1 简易跟随程序设计 ……………………………………………………………… 050
4．2 高级跟随程序设计 ……………………………………………………………… 052
第 5章　OpenBot 2E红外遥控程序设计 ………………………………………… 055
5．1 迷你红外遥控器 ………………………………………………………………… 055
5．2 红外编码基础 …………………………………………………………………… 056
5．3 红外遥控解码程序设计 ………………………………………………………… 060
5．4 红外遥控程序的测试和调试 …………………………………………………… 072
5．5 红外遥控机器人 ………………………………………………………………… 072
第 6章　OpenBot 2E综合演示程序 ……………………………………………… 075
6．1 综合演示程序构思――产品开发需求 ………………………………………… 075
6．2 综合演示程序设计 ……………………………………………………………… 076
6．3 综合演示程序实现 ……………………………………………………………… 084
6．4 综合演示程序的操作竞赛和改进 ……………………………………………… 109
第 7章　OpenBot 2E拓展：红外测距导航 ……………………………………… 113
7．1 红外测距传感器的拓展安装 …………………………………………………… 114
7．2 红外测距程序实现 ……………………………………………………………… 117
7．3 双红外测距导航程序设计 ……………………………………………………… 121
7．4 红外测距云台安装和测试 ……………………………………………………… 122
7．5 红外测距云台导航机器人 ……………………………………………………… 128
第 8章　人机擂台机器人大战 ……………………………………………………… 137
8．1 人机擂台机器人竞赛规程 ……………………………………………………… 137
8．2 红外搜索擂台机器人的制作和编程 …………………………………………… 141
8．3 超声波搜索擂台机器人的制作和编程 ………………………………………… 143
8．4 遥控擂台机器人的制作和编程 ………………………………………………… 143
8．5 人机大战 ………………………………………………………………………… 144
第 9章　机器人搬运竞赛 …………………………………………………………… 145
9．1 搬运竞赛规程 …………………………………………………………………… 145
9．2 智能搬运机器人传感器的选型安装和程序调试 ……………………………… 145
9．3 智能搬运小车程序的整合设计 ………………………………………………… 152
第 10章　灭火机器人制作与竞赛 …………………………………………………… 179
10．1 机器人灭火竞赛规则 ………………………………………………………… 179
10．2 灭火机器人传感器选型和安装 ……………………………………………… 181
10．3 编写寻找火源和灭火程序 …………………………………………………… 184
10．4 迷宫导航程序设计 …………………………………………………………… 187
10．5 迷宫导航和灭火程序的整合设计 …………………………………………… 189
附录 A　本书用到的套件和器材 …………………………………………………… 209
A．1 OpenBot 2E 套件零配件清单 …………………………………………………… 209
A．2 OpenBot 2E 组装分解图 ………………………………………………………… 210
A．3 红外测距传感器拓展包 ………………………………………………………… 213
A．4 智能搬运机器人拓展包 ………………………………………………………… 213
A．5 擂台机器人套件 ………………………………………………………………… 214
A．6 灭火机器人拓展包 ……………………………………………………………… 215
附录 B　Arduino的基本函数 ………………………………………………………… 216
B．1 数字 I/O接口的操作函数 ……………………………………………………… 216
B．2 模拟 I/O接口的操作函数 ……………………………………………………… 216
B．3 高级 I/O接口函数 ……………………………………………………………… 217
B．4 时间函数 ………………………………………………………………………… 218
B．5 中断函数 ………………………………………………………………………… 219
B．6 串口通信函数 …………………………………………………………………… 219
附录 C　中国教育机器人大赛介绍 ………………………………………………… 221