第1章 概述
自己动手做智能机器人
1.1 机电一体化技术的变革
早期的机电一体化技术主要以机械设备或装置为主体，实现机械设备的电气化。人们能够通过操作按钮来控制设备的运行，因而解放了一部分劳动力，使工厂环境变得更简洁。后期随着计算机技术的发展，机电一体化设备由“人控”转为“程控”，实现了自动化控制。在各种设备中，机电一体化技术被广泛应用，并出现在我们生活周边，如自动豆浆机、自动门、自动电梯等。
在互联网技术高速发展的今天，机电一体化技术和互联网结合到了一起，德国的“工业4.0”、美国的“工业互联网”、我国的“中国制造2025”无一不与其相关。这种情况出现的原因就在于互联网提供了互联互通和信息融合的工具及技术，使机电一体化设备的功能出现了无限的可能性，因此像智能硬件之类的产品出现了井喷式的发展，并无时无刻不在触动着人们的神经。智能硬件中的大多数都是我们身边常见并解决人类需求的个人消费品。除互联网技术外，CPU运算能力的发展和高度集成、语音与图像识别等人工智能技术的发展也为机电一体化的升级和变革提供了有力的支撑。
机电一体化技术涉及机械、传感器、控制器、驱动器及执行器的设计技术。其中机械设计中采用新材料、新工艺、新方法，如采用碳纤维材料、各种3D打印制造工艺、3D建模设计和有限元分析等，使机械设计过程变得简单快捷，样机研发成本降低，构型更具有想象力，产品质量更精准可靠。在传感器方面，随着微机电系统（MEMS）技术的发展和微处理器在传感器上的应用，软件矫正补偿技术正逐步提高传感器的性能，降低功耗和缩小体积。同时也是处理器技术的发展推动了控制器、驱动器的发展，小型化的强大嵌入式处理系统在大大小小的系统中得到了广泛的应用。
“卓越之星”模块化工程套件是一套主要用于构建机电一体化样机或者模型的套件，具有多种材料、多种形态的结构件，多种等级的控制器和多种通信方式。“卓越之星”结合当前时代技术特点进行设计，能满足多数创客及样机研发人员在快速搭建物理样机方面的使用需求，比如快速搭建常见的智能家居系统、智能建筑系统、智能农场等。例如，关于智能电梯的设计，本书提供了详细的步骤及方法。目标是设计一个智能电梯，该电梯能通过语音识别乘客的目标楼层，然后通过模块化控制器实现自动控制、自动升降、自动开关门。使用者可以按照以下6步实现这个样机。
（1）使用产品提供的铝型材搭建出电梯的支撑框架。
（2）使用结构件搭建出轿厢本体。
（3）通过植入总线式数字舵机配合连杆机构实现对轿厢的自动门驱动。
（4）通过卷扬机构实现对轿厢的升降驱动。
（5）连接多媒体控制器和STM32单片机控制器，实现对电梯的逻辑控制和语音控制。
（6）利用图形化编程软件，通过拖拽图标实现程序控制逻辑。