人民郵電出版社教材
書 名 移動機器人原理與設計(工業和信息化普通高等教育“十二五”規劃教材立項項目)叢 書 名 21世紀高等院校電氣工程與自動化規劃教材
標準書號 ISBN 978-7-115-30037-9
作 者 王曙光 主編
責任編輯 李海濤
開 本 16 開
印 張 12.25
字 數 298 千字
頁 數 190 頁
裝 幀 平裝
版 次 第1版第1次
初版時間 2013年3月
本 印 次 2013年3月
首 印 數 -- 冊
定 價 33.00 元
內容提要
本書介紹了小型移動機器人的基礎理論、基本原理及結構。以“創意之星”機器人為例，對機器人中常用的感測器、驅動裝置作了較為詳細的介紹。本書給出了幾個設計實例，供讀者參考；對移動機器人定位導航技術也作了介紹；最後給出了實驗指導，以方便實踐教學。全書由9章組成，分別介紹機器人的概述，移動機器人的運動機構，移動機器人的運動學原理，“創意之星”機器人的開發環境，移動機器人的驅動技術，幾種常用的感測器、不確定性表示及特徵提取，移動機器人導航技術，關於多機器人系統的理論，最後介紹幾個設計實例。
本書簡潔易懂、實踐性較強，可作為高等院校智慧型科學與技術、自動化、機電一體化、機械設計製造及自動化等相關專業的教材。
目錄
第1章 緒論 11.1 引言 1
1.2 機器人的分類與組成 1
1.3 機器人的體系結構 10
1.3.1 分層式體系結構(Hierarchical Architecture) 10
1.3.2 包容式體系結構(Subsumption Architecture) 11
1.3.3 混合式體系結構 12
1.4 移動機器人 13
1.5 機器人競賽 14
1.5.1 機器人足球比賽 15
1.5.2 機器人滅火比賽 16
1.5.3 國際機器人奧林匹克競賽 16
1.5.4 FLL世錦賽 17
1.5.5 中國教育機器人大賽 17
1.5.6 中國機器人大賽暨RoboCup公開賽 17
習題 19
第2章 移動機器人的運動機構 20
2.1 腿足式機器人 20
2.1.1 腿的數目 21
2.1.2 腿的自由度 21
2.1.3 穩定性 21
2.1.4 步態規劃 22
2.1.5 步態設計 24
2.2 輪式移動機器人 27
2.2.1 輪子的設計 27
2.2.2 常見的輪式底盤結構及運動關係 28
2.2.3 輪子和底盤結構選取的原則 30
習題 31
第3章 移動機器人運動學 32
3.1 運動學概述 32
3.2 運動學模型的建立 32
3.2.1 機器人的位置表示 33
3.2.2 運動學模型 34
3.3 運動學約束 36
3.3.1 輪子運動學約束 36
3.3.2 機器人運動學約束 38
3.4 移動機器人的機動性 41
3.4.1 活動性程度 41
3.4.2 可操縱度 42
3.4.3 機動性 43
3.5 運動控制 43
3.5.1 非完整約束和非完整系統 44
3.5.2 移動機器人運動控制 44
3.5.3 點鎮定舉例 46
習題 49
第4章 移動機器人驅動 51
4.1 直流電機及其控制、驅動技術 52
4.1.1 直流電機 52
4.1.2 直流電機驅動電路 52
4.1.3 驅動示例 56
4.2 步進電機及其控制、驅動技術 57
4.2.1 步進電機工作原理 57
4.2.2 步進電機驅動 61
4.3 舵機及其驅動、控制技術 62
4.3.1 舵機的工作原理 62
4.3.2 CDS5500舵機 62
4.3.3 舵機調試軟體RobotSevo Terminal 67
習題 71
第5章 開發平台 72
5.1 硬體系統 72
5.1.1 結構件 72
5.1.2 控制器 72
5.1.3 感測器 73
5.1.4 執行器 79
5.1.5 下載調試器 79
5.2 軟體環境 79
5.2.1 NorthSTAR軟體簡介 79
5.2.2 控制項庫 81
5.2.3 NorthSTAR軟體設計 84
習題 87
第6章 移動機器人感知 88
6.1 移動機器人的感測器 88
6.1.1 感測器分類 88
6.1.2 紅外感測器 89
6.1.3 超音波感測器 91
6.1.4 圖像感測器(攝像頭) 94
6.2 不確定性的表示 97
6.2.1 誤差的統計表示 98
6.2.2 誤差的傳播 98
6.3 特徵提取 99
6.3.1 基於距離數據的特徵提取 100
6.3.2 基於可視表象的特徵提取 101
習題 102
第7章 移動機器人導航 103
7.1 移動機器人定位 103
7.1.1 定位的基本方法 103
7.1.2 定位用的感測器 105
7.1.3 基於雷射雷達的地圖匹配自定位 110
7.1.4 基於視覺的運動目標跟蹤自定位 111
7.1.5 衛星定位 114
7.2 移動機器人導航技術 114
7.2.1 傳統的導航方法 115
7.2.2 智慧型導航方法 116
習題 118
第8章 多機器人系統 119
8.1 多機器人協作 119
8.1.1 多機器人協作的方法 119
8.1.2 多機器人協作的關鍵問題 120
8.2 多機器人定位與建圖 121
8.2.1 多機器人交替定位建圖方法 122
8.2.2 基於柵格地圖的複雜環境建圖 123
8.2.3 基於PF-EKF的相對觀測定位方法 127
8.2.4 基於免疫機理的多機器人建圖方法 127
習題 129
第9章 移動機器人設計開發實例 130
9.1 滅火機器人 130
9.1.1 課題背景 130
9.1.2 模擬房子介紹 130
9.1.3 系統總體設計 131
9.1.4 硬體設計 131
9.1.5 軟體流程 134
9.1.6 系統調試 135
9.1.7 實物圖 136
9.2 擂台機器人 140
9.2.1 課題背景 140
9.2.2 擂台賽場地介紹 140
9.2.3 系統總體設計 141
9.2.4 硬體設計 141
9.2.5 軟體設計 144
9.2.6 系統調試 146
9.2.7 實物圖 146
9.3 吸塵機器人 150
9.3.1 課題背景 150
9.3.2 模擬房子介紹 151
9.3.3 系統總體設計 151
9.3.4 硬體設計 152
9.3.5 軟體設計 154
9.3.6 系統調試 154
9.3.7 實物圖 155
習題 161
課程實驗 162
實驗一 入門實驗 162
實驗二 簡易機械臂 167
實驗三 四輪車 169
實驗四 機器龜 172
實驗五 兩輪自平衡小車 177
實驗六 語音問答實驗 181
實驗七 畫圖機器人 184
參考文獻 190
