本书是“服务机器人应用开发（初级）”职业技能等级证书的配套教材之一，内容根据《服务机器
人应用开发职业技能等级标准》以及《服务机器人应用开发职业技能考核大纲》相应要求编写。全书分
为两大部分共十一个项目，第一部分为拼搭机器人应用开发，基于Arduino 平台的拼搭机器人展开，共
有六个项目；第二部分为人形机器人应用开发，围绕树莓派平台的Yanshee 人形机器人展开，共有五个
项目。
第一部分的项目一介绍了针对Arduino 的Blockly 编程方法，项目二至六介绍了针对相关任务在
Arduino IDE 上采用C 语言的编程方法；第二部分重点介绍Python 语言的编程方法。
本书可作为培养基于Arduino 和树莓派的服务机器人的应用型、技能型人才的教材，也可供从事服
务机器人应用的开发人员学习参考。
为方便教学，本书配备电子课件等教学资源。凡选用本书作为授课教材的教师均可登录机械工业
出版社教育服务网www.cmpedu.com 注册后免费下载。如有问题请致信cmpgaozhi@sina.com，或致电
010-88379375 联系营销人员。

前 言

近年来，随着机器人产业的升温，服务机器人行业取得长足发展。国际机器人联合
会对服务机器人给出了初步定义：服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它
能完成有益于人类健康的服务工作，但不包括从事生产的设备。在各种服务机器人中，
家用服务机器人单价低、需求数量巨大，成为全球服务机器人产业中发展前景最好和增
速最快的领域。其中基于Arduino 和树莓派的机器人是智能服务机器人的入门级类型。
2019 年，国家发展和改革委员会、、财政部、国家市场监督管理总局联合印
发了《关于在职业院校实施“学历证书+ 若干职业技能等级证书”制度试点方案》，部署
启动“学历证书+ 若干职业技能等级证书”（简称1+X 证书）制度试点工作。1+X 证书
制度目的是让职业院校的教育更加符合企业对人才的需求。“1”为学历证书，“X”为若
干职业技能等级证书。学校教育要全面贯彻党的教育方针，落实立德树人根本任务，是
培养德智体美劳全面发展的高素质劳动者和技术技能人才的主渠道，学历证书全面反映
学校教育的人才培养质量，在国家人力资源开发中起着不可或缺的基础性作用。职业技
能等级证书是毕业生、社会成员职业技能水平的凭证，反映职业活动和个人职业生涯发
展所需要的综合能力。通俗来说“1”代表专业，本质不能丢，也就是学历、毕业证；“X”
是根据自己能力、爱好选择的职业技能。
“服务机器人应用开发职业技能等级证书”就是众多职业技能等级证书的一种，设
置有初、中、高三个级别。针对“1+X”标准化框架，《服务机器人应用开发职业
技能等级标准》已经发布，该标准也会与时俱进，逐步修订完善，更加符合服务机器人
行业发展趋势和职业技能需求。本书是“服务机器人应用开发职业技能等级证书”初级
的配套教材，内容根据《服务机器人应用开发职业技能等级标准》以及《服务机器人应
用开发职业技能考核大纲》相应要求编写。本书内容分为两大部分共十一个项目，第一
部分基于Arduino 平台的拼搭机器人展开，共有六个项目；第二部分围绕树莓派平台的
Yanshee 人形机器人展开，共有五个项目。具体项目见表0-1。
表0-1 本书项目安排
第一部分 拼搭机器人应用开发第二部分 人形机器人应用开发
项目一 RGB 炫彩灯
项目二 遥控发光音乐盒
项目三 巡线机器人
项目四 导盲避障机器人
项目五 智能停车场
项目六 LED 点阵广告牌
项目七 人形机器人组装与调试
项目八 机器人Python 语言编程
项目九 机器人运动控制
项目十 与机器人对话
项目十一 让服务机器人感知世界

第一部分的项目一是Arduino 的入门部分，用Blockly 编程控制灯颜色变换；项目二
是控制开发板的蜂鸣器播放音乐，让LED 灯一起随音乐闪烁；项目三是搭建一个巡线小
车；项目四是在巡线小车基础上增加超声波距离传感器，使小车可以避障；项目五是用4
位数码管显示空余车位，并通过红外测距传感器探测车辆，对停车场入场的抬杆进行控
制；项目六是用一个8×8LED 点阵作为广告牌的显示系统。
第二部分的项目七是Yanshee 人形机器人的搭建、校准、测试、设置等；项目八是
针对树莓派的Python 编程语言的语法和编程环境的搭建；项目九是通过对API 的调用实
现对机器人运动控制；项目十是介绍语音识别、NLP 等方面的内容，目的是实现人与机
器人的完整语音对话功能；项目十一是介绍其他的常见用来感知外界的传感器，以及让
机器人对这些传感器进行读取以感知世界。
编程语言方面，第一部分的项目一介绍了针对Arduino 的Blockly 编程方法，项目二
至六都是在Arduino IDE 上采用C 语言编程；第二部分均采用Python 语言编程。
在编写风格上，本书不追求对服务机器人的基础知识做大而全的介绍，而是基于技
能认证项目需求，稍微做一定的知识扩展。每个项目都紧密围绕证书大纲和标准，通过
项目导入、知识链接、任务实施的递进方式开展，并通过任务拓展的方式，启发读者对
相关知识的进一步的学习和领会。
本书是集体智慧的结晶，编写团队由深圳职业技术学院具有多年相关专业教学经验
的老师以及深圳市优必选科技股份有限公司从事教育产品研发、培训的专家构成。其中，
马亲民、彭艳、杨欧、钟永担任主编，李粤平、李晓明、陈泽兰、彭建、刘肖担任副主
编，庞建新、唐欣玮、李亮、马蒙蒙、郭一明参与了本书的编写。全书由马亲民统稿。
在本书的编写过程中，得到了赵志强的帮助，在此表示感谢。
编 者

前 言
第一部分 拼搭机器人应用开发
项目一 RGB 炫彩灯 002
项目导入002
项目任务003
学习目标003
1. 知识目标003
2. 能力目标003
知识链接003
1. 服务机器人003
2. Arduino006
3. 创意机器人教学套件009
4. Blockly 011
任务实施017
任务1.1 使用Blockly 控制RGB 炫彩灯闪烁 017
任务1.2 使用Arduino IDE 控制RGB 炫彩灯闪烁 021
任务评价 024
任务拓展 025
项目小结025
项目二 遥控发光音乐盒 026
项目导入 026
项目任务027
学习目标027
1. 知识目标027
2. 能力目标027
知识链接027
1. 蜂鸣器 027
2. 红外传感器 029
3. LED 灯 030
4. 面包板031
5. Arduino 常用基本函数032
任务实施037
任务2.1 让蜂鸣器发声 037
任务2.2 让LED 闪烁038
任务2.3 遥控发光音乐盒 039
任务评价040
任务拓展041
项目小结041
项目三 巡线机器人 042
项目导入042
项目任务043
学习目标 043
1. 知识目标043
2. 能力目标043
知识链接043
1. 电机 043
2. 灰度传感器 044
3. Arduino 常用变量与常量046
4. 条件判断语句——if 047
任务实施048
任务3.1 搭建巡线机器人 048
任务3.2 编程实现巡线机器人 052
任务评价055
任务拓展 055
项目小结055
项目四 导盲避障机器人 056
项目导入056
项目任务 057
学习目标 057
1. 知识目标057
2. 能力目标 057
知识链接057
1. 舵机 057
2. 超声波传感器058
3. 静态变量static 059
4. 关键字const 060
任务实施061
任务4.1 搭建导盲避障机器人模型061
任务4.2 编程实现导盲机器人避064
任务评价066
任务拓展067
项目小结067
项目五 智能停车场 068
项目导入068
项目任务069
学习目标 069
1. 知识目标069
2. 能力目标 069
知识链接069
1. 数码管069
2. 红外传感器 072
3. unsigned long 变量073
4. unsigned char 变量 073
5. 布尔运算符073
任务实施074
任务5.1 搭建停车场模型 .074
任务5.2 编程实现智能停车场.078
任务评价079
任务拓展079
项目小结079
项目六 LED 点阵广告牌 080
项目导入080
项目任务081
学习目标081
1. 知识目标 081
2. 能力目标 081
知识链接081
1. LED 点阵 081
2. LED 点阵显示屏 083
3. 8×8 LED 点阵引脚检测 084
任务实施084
任务6.1 编程控制点亮第一个LED085
任务6.2 编程显示“I U”图案087
任务评价088
任务拓展088
项目小结088
项目七 人形机器人组装与调试 090
项目导入 090
项目任务091
学习目标091
1. 知识目标.091
2. 能力目标 091
知识链接091
1. 智能机器人 091
2. 人形机器人 .093
3. 舵机及其相关操作 096
4. 远程连接工具VNC 097
任务实施097
任务7.1 机器人的组装与网络连接 097
任务7.2 机器人的舵机校正101
任务7.3 通过VNC 连接机器人 .102
任务7.4 对机器人进行运动控制 .105
任务评价108
任务拓展109
项目小结109
项目八 机器人Python 语言编程 110
项目导入110
项目任务 111
学习目标111
1. 知识目标 111
2. 能力目标 111
知识链接 111
1. Python 语言. 111
2. 树莓派 113
3. Python 语言开发环境 114
4. Python 语言基础编程. 116
任务实施127
任务8.1 编写Python 语言循环语句 127
任务8.2 使用Python 语言实现机器人语音播报功能 130
任务评价 132
任务拓展133
项目小结133
项目九 机器人运动控制 134
项目导入134
项目任务135
学习目标135
1. 知识目标 135
2. 能力目标.135
知识链接135
1. 电动机与舵机 135
2. SDK 与API 138
3. YanAPI 139
任务实施143
任务9.1 调用API 设置机器人音量143
任务9.2 调用API 控制机器人运动跳舞145
任务9.3 调用同步函数与异步函数API 完成鞠躬和舞蹈 147
任务评价148
任务拓展 149
项目小结149
项目十 与机器人对话 150
项目导入 150
项目任务 151
学习目标151
1. 知识目标.151
2. 能力目标 151
知识链接 151
1. 机器感知声音 151
2. 语音识别技术（ASR）152
3. 自然语言处理技术（NLP）153
4. 语音合成技术（TTS）154
5. 机器人语音交互技术 155
任务实施163
任务10.1 机器人语音转文本 163
任务10.2 机器人语义理解.164
任务10.3 机器人文本转语音 165
任务10.4 与机器人实现对话 .166
任务评价167
任务拓展167
项目小结 167
项目十一 让服务机器人感知世界 168
项目导入168
项目任务 169
学习目标 169
1. 知识目标169
2. 能力目标169
知识链接 169
1. 传感器的概念、组成及分类169
2. 机器人传感器170
3. 传感器在机器人中的应用 175
任务实施 185
任务11.1 读取机器人传感器列表 185
任务11.2 读取机器人外接传感器数据 186
任务11.3 让机器人自动进行摔倒爬起.188
任务评价190
任务拓展 191
项目小结 191
参考文献 192