第1章機器人概述
1.1機器人的概念及發展歷史
1.1.1機器人的概念
1.1.2機器人的發展歷史
1.1.3機器人三定律
1.2機器人的分類及應用
1.3機器人關鍵技術
1.3.1關鍵零部件設計
1.3.2伺服驅動控制技術
1.3.3多傳感器的數據融合
1.3.4定位與導航技術
1.3.5中央控制繫統
1.3.6機器人的控制方法
1.4機器人的發展趨勢
1.4.1關鍵技術的發展
1.4.2新興應用領域
1.4.3新技術在機器人領域的拓展
1.4.4留給未來的難題

第2章機器人結構設計基礎
2.1機器人本體
2.1.1機器人運動機構
2.1.2機器人執行機構
2.2常見的傳動機構
2.2.1傳動機構概述
2.2.2機械傳動
2.2.3傳動機構設計
2.3執行器
2.3.1末端執行器概述
2.3.2手指式手爪
2.3.3吸盤式手部
2.3.4工具式手部
2.4結構件常用材料及其選擇
2.4.1金屬材料
2.4.2非金屬材料
2.4.3復合材料
2.4.4材料選擇方法
2.53D打印技術
2.5.13D打印技術的概念與起源
2.5.23D打印技術的發展與未來
2.5.33D打印技術工藝介紹
2.5.4零部件3D打印的實現

第3章機器人控制技術基礎
3.1控制器的種類及功能
3.1.1常見的機器人控制器
3.1.2STM32單片機介紹
3.2常用傳感器
3.2.1傳感器基本分類
3.2.2內傳感器
3.2.3外傳感器
3.2.4多傳感器信息融合
3.3驅動器及其控制技術
3.3.1驅動器的分類與選取原則
3.3.2驅動器的控制技術
3.4經典控制方法
3.5現代控制方法
3.5.1魯棒控制
3.5.2自適應控制
3.5.3神經網絡控制
3.5.4模糊邏輯控制
3.5.5機器學習

第4章機器人繫統設計軟件
4.1結構設計軟件
4.1.1二維設計
4.1.2三維設計
4.2結構分析仿真軟件
4.2.分析
4.2.2動力學仿真
4.3電路設計軟件
4.3.1Altium Designer
4.3.2PADS
4.3.3Cadence Allegro
4.4電路仿真軟件
4.4.1Cadence/OrCAD PSpice
4.4.2Multisim
4.4.3Electronic Workbench
4.4.4Proteus
4.5機器人繫統仿真軟件
4.5.1Simbad
4.5.2Webots
4.5.3MATLAB
4.6控制算法實現軟件
4.6.1MDK5 
4.6.2Visual Studio
4.6.3IAR
4.6.4Arduino

第5章全向移動機器人設計與實現
5.1全向移動機器人及其分類
5.1.1基於全向輪的移動機器人
5.1.2基於麥克納姆輪的移動機器人
5.2全向移動機器人的總體方案設計
5.2.1機械結構設計
5.2.2硬件繫統設計
5.2.3通信繫統設計
5.3麥克納姆輪的運動分析
5.3.1麥克納姆輪的結構
5.3.2麥克納姆輪的布局及運動學分析
5.4全向移動機器人的控制繫統
5.4.1控制繫統總體架構
5.4.2繫統的功能結構
5.4.3繫統主要模塊工作原理
5.5全向移動機器人的應用與展望
5.5.1全向移動機器人的應用
5.5.2全向移動機器人的展望

第6章機械臂組成與控制
6.1常見機械臂
6.1.1機械臂組成
6.1.2常見機械臂介紹
6.1.3常見機械臂執行機構介紹
6.2機械臂控制方法
6.2.1氣動控制
6.2.2液壓控制
6.2.3電動控制
6.2.4機械式驅動
6.3機械臂的應用

第7章機甲大師機器人
7.1RoboMaster機甲大師賽
7.2機甲大師機器人兵種
7.2.1步兵機器人
7.2.2英雄機器人
7.2.3工程機器人
7.2.4哨兵機器人
7.2.5空中機器人
7.2.6飛鏢繫統和雷達簡介
7.3步兵機器人的設計與實現
7.3.1總體方案設計
7.3.2底盤設計
7.3.3雲臺設計
7.3.4發射繫統設計
7.3.5視覺識別繫統
7.4英雄機器人
7.4.1上供彈發射機構設計方案
7.4.2下供彈發射機構設計方案
7.4.3雙發射機構設計方案
7.5工程機器人
7.5.1登島設計方案
7.5.2取礦設計方案
7.6哨兵機器人
7.6.1發射布置策略
7.6.2驅動方案
7.7空中機器人
7.8飛鏢繫統與雷達
7.8.1飛鏢繫統
7.8.2雷達
7.9結語

參考文獻

附錄
附錄A機器人主要賽事
附錄B機器人學相關學術期刊和會議
附錄C機器人視覺識別繫統

機器人繫統設計與實戰主要面向機器人工程專業，采用項目驅動和賽事引導的方法將機器人技術基礎的理論學習和實踐訓練融合起來，為培養機器人專業人纔提供一個可以詳盡了解機器人繫統設計相關知識的通識性教材。本書講解機器人設計相關知識的同時，設計的實驗項目由淺入深，包含單模塊化項目驗證到綜合性競賽項目，從機械結構設計出發到機器人整體控制方法，能全方位多樣化地為學生提供訓練平臺。更可以讓學生開發自己的創意想法，能充分調動學生的學習積極性，了解自己日後從事的專業方向，從中找到自己未來的科研方向，提升學生分析問題解決問題的能力。
本書的特色之處在於對沒有機器人知識基礎的初學者甚是友好。學習本書內容之後，將充分了解機器人基本知識，包括機械機構設計基礎、控制與傳感器技術基礎等方面，同時了解各個組成部分的研究方法，包括結構設計軟件、電路設計軟件以及繫統仿真方法等。通識的認知主要是讓初學者從專業的角度去認識機器人技術及其應用領域，掌握學習方法和熟悉機器人領域的關鍵技術。在對基礎知識模塊化學習的過程中，初學者利用對應的機器人實驗箱進行一個個知識點的實踐。引入賽事競爭的學習方式，讓學生獨立完成模塊化的功能實踐內容，培養自己的實踐能力。在模塊化學習完成後，掌握了基礎的實踐方法和調試能力，在此基礎上，進行綜合性的賽事實踐。學生將從查閱資料、設計方案、結構設計、仿真分析、硬件調試、競賽項目驗收等一繫列的工作中完成本書的學習。這個學習過程充分調動學生的積極性和創新性，整個學習過程會一直經歷“遇到問題、分析問題、解決問題、總結經驗”的歷程，能很好地培養學生的專業興趣和工程實踐能力。
本書的基本內容包括第1章為機器人概述： 機器人的概念及發展歷史、機器人的分類及應用、機器人關鍵技術、機器人的發展趨勢。第2章為機器人結構設計基礎： 機器人本體、常見的傳動機構、執行器、結構件常用材料及其選擇、3D打印技術。第3章為機器人控制技術基礎： 控制器的種類及功能、常用傳感器、驅動器及其控制技術、經典控制方法、現代控制方法。第4章為機器人繫統設計軟件： 結構設計軟件、結構分析仿真軟件、電路設計軟件、電路仿真軟件、機器人繫統仿真軟件、控制算法實現軟件。第5章為全向移動機器人設計與實現： 全向移動機器人及其分類、全向移動機器人的總體方案設計、麥克納姆輪的運動分析、全向移動機器人的控制繫統、全向移動機器人的應用與展望。第6章為機械臂組成與控制： 常見機械臂、機械臂控制方法、機械臂的應用。第7章為機甲大師機器人： RoboMaster機甲大師賽、機甲大師機器人兵種、步兵機器人的設計與實現、英雄機器人、工程機器人、哨兵機器人、空中機器人、飛鏢繫統與雷達。附錄部分介紹了機器人主要賽事，機器人學相關學術期刊和會議，以及機器人視覺識別繫統。
全書由張志安擬定編寫大綱，統稿編寫。雷曉雲負責部分章節的編寫、全書的校對、各個章節內容的修整、圖表處理等工作。書中所涉及的實驗項目由南京機御科技有限公司負責完成，並提供實驗設備支持。
限於編寫者的水平，書中可能存在不專業甚至錯誤之處，敬請廣大讀者批評指正。

作者
2023年2月於南京