机器人系统设计及其应用技术(第2版高等学校电子信息类专业系列教材)

本书系统论述了机器人 系统的设计方法及其应用技 术，阐述了机器人技术的概 念、运动和动力学规律及算 法。全书共9章，主要包括4 方面的内容：机器人基础内 容，介绍机器人发展史、机 器人定义、阐述机器人技术 的概念；机器人系统设计内 容，介绍机器人基础理论、 应用技术，对机器人系统的 4部分（机械系统、电气系 统、控制系统、软件系统） 进行详细分析讲解，并论述 机器人设计的方法；机器人 系统感知内容，介绍机器人 各类传感器原理及实际器件 硬件和软件代码；机器人系 统仿真开发内容，介绍机器 人设计开发仿真软件和实际 系统，给出具体的智能搬运 机器人项目，包括机械设计 软件SolidWorks和控制设计 软件LabVIEW的内容。全书 提供了大量实际应用中的实 例，提供了实际机器人系统 的各个传感器和控制器源代 码，读者根据书中内容可独 立自主设计出一台机器人。 本书适合作为高等学校 机电类、机器人类、仪器类 、电子信息类、计算机类等 专业机器人课程的教材，也 可供广大科技工作者和研究 人员参考。

赵建伟，中国矿业大学（北京）智能控制与机器人系副主任、副教授、清华大学博士后、常州市“十大科技新锐”称号获得者。研究机器人近20年，主持国家自然科学基金面上项目、国家社会科学基金“十三五”规划2020年度教育学一般课题、国家“十二五”和“十三五”科技项目子课题、“国家02重大专项”子课题等10余项；主持横向课题20余项；独立发表论文48篇（其中SCI论文15篇，EI论文25篇）；主编教育部高等学校电子信息类专业教学指导委员会规划教材1部；获得国际专利2项、国家专利18项。曾担任《工矿自动化》青年编委，中国科协财政项目评审专家、全国青少年科技创新大赛、中国青少年机器人竞赛、全国青年科普创新实验暨作品大赛、“明天小小科学家”奖励活动、北京金鹏科技论坛、全球发明大会、中国机器人大赛暨Robocup机器人世界杯中国赛、中国大学生计算机设计大赛等评委。

第1章 绪论 1.1 机器人的出现 1.1.1 机器人的发展 1.1.2 现代意义上的机器人 1.2 机器人的定义及其特点 1.2.1 机器人的定义及组成 1.2.2 机器人的特征 1.3 国内外机器人的发展 1.3.1 国外机器人的发展 1.3.2 国内机器人的发展 1.4 各种典型的机器人 1.4.1 军用机器人 1.4.2 工业机器人 1.4.3 服务机器人 1.4.4 仿生机器人 1.4.5 智能机器人 1.4.6 无人机 1.4.7 其他机器人 1.5 机器人带来的影响 1.6 机器人的展望 简答题 讨论题 第2章 机器人的应用技术 2.1 机器人控制技术 2.1.1 机器人开环控制 2.1.2 机器人闭环控制 2.1.3 机器人PID控制 2.1.4 助老机器人的开环、闭环控制系统设计实例 2.2 机器人定位技术 2.2.1 基于航迹推算的定位技术 2.2.2 基于地图的定位方法 2.2.3 基于视觉的定位方法 2.3 基于多传感器的信息融合技术 2.3.1 多传感器信息融合技术的定义 2.3.2 多传感器信息处理的方法 2.3.3 多传感器的分布格局 2.4 机器人模糊控制技术 2.4.1 模糊控制的发展 2.4.2 模糊控制的定义 2.4.3 模糊控制的特点 2.4.4 模糊控制的应用 2.5 机器人的路径规划技术概述 2.5.1 机器人路径规划的定义 2.5.2 实现机器人路径规划的方法模型 简答题 设计题 第3章 机器人系统设计基础 3.1 行走机构简介 3.1.1 足式行走机构 3.1.2 履带式行走机构 3.1.3 轮式行走机构 3.2 机器人底盘结构设计 3.2.1 底盘材料及结构选择 3.2.2 基于轮式机器人的底盘结构分析 3.3 电机选型 3.3.1 步进电机 3.3.2 直流电机 3.3.3 各种电机的区别 3.3.4 交流电机 3.3.5 特种电机：超声电机 3.3.6 电机选型实际案例 3.3.7 机器人实际驱动电机选型案例 3.3.8 电机控制环路调试 3.4 机械臂机构设计 3.4.1 机械臂的分类 3.4.2 机械臂的作用 3.4.3 机械臂的设计要求 3.5 机器人整体结构材料的选择原则 3.6 机器人软件系统设计 3.6.1 软件系统设计概要 3.6.2 软件系统总体设计 3.6.3 软件系统开发工具介绍 3.6.4 软件开发工具的分类 3.6.5 SolidWorks软件简介 填空题 简答题 计算题 第4章 基于智能车的机器人本体设计 4.1 基于智能车底盘的安装设计 4.1.1 智能车的底盘部分组成 4.1.2 智能车底盘的安装过程 4.1.3 车轮部件的特点 4.2 系统硬件组成及安装说明 4.2.1 直流电机及驱动模块的选型 4.2.2 电源及稳压模块的选择 4.2.3 主控模块 4.2.4 传感器模块 4.3 智能车的机械臂设计 4.3.1 机械臂的材料选择 4.3.2 机械臂的结构特征 4.3.3 机械臂整体特点 4.4 基于C语言的控制程序编写实例 4.4.1 智能物流机器人开环控制及程序设计 4.4.2 智能物流机器人闭环控制及程序设计 4.4.3 超声波传感器的控制程序设计 4.4.4 红外传感控制部分 4.4.5 火焰传感器控制部分 4.4.6 电子罗盘控制部分 4.4.7 智能车的机械臂控制实例 4.5 智能物流机器人的车身结构设计 4.5.1 车身模块组成 4.5.2 车身零部件材料的选择 4.5.3 车身模块的安装过程 4.5.4 基于智能物流机器人的整体机械结构 填空题 简答题 第5章 机器人视觉系统 5.1 机器人视觉简述 5.1.1 机器人视觉的相关定义 5.1.2 机器人视觉的基本原理 5.1.3 机器人视觉的要求 5.1.4 机器人视觉的应用 5.2 摄像机模型 5.2.1 单目视觉模型 5.2.2 双目视觉模型 5.3 机器人图像处理技术 5.3.1 图像处理技术概述 5.3.2 图像的采集 5.3.3 图像的转换 5.3.4 图像处理软件简介 5.3.5 图像处理技术的研究内容 5.4 滤波算法概述 5.4.1 常见的滤波方法 5.4.2 滤波电路的分类 5.4.3 图像滤波处理 5.4.4 智能机器人复合滤波算法的实验研究实例 5.5 基于摄像头路径识别的智能机器人控制系统设计 5.5.1 硬件结构与方案设计 5.5.2 控制策略 5.5.3 舵机转向控制分析以及驱动电机转速调节 思考题 第6章 机器人传感器技术 6.1 传感器的作用 6.2 传感器的分类 6.3 内部传感器 6.3.1 电位器 6.3.2 编码器 6.3.3 陀螺仪 6.3.4 电子罗盘 6.3.5 GPS 6.3.6 路径规划 6.4 外部传感器 6.4.1 接近开关 6.4.2 光电开关 6.4.3 红外传感器 6.4.4 超声波传感器 6.5 传感器的检测 6.5.1 位置和角度检测 6.5.2