基于运动智能的机器人开发与控制

本书提出了“运动智能” 的概念，并从该角度详述了 机器人模块控制、整机开发 及控制的理论知识和实践方 法。针对轮毂模块控制和关 节模块控制介绍了智能电机 驱动器和智能伺服舵机的使 用方法。然后通过以轮毂模 块为驱动的平衡小车、麦克 纳姆轮移动平台以及以关节 模块为驱动的五轴机械臂和 四足机器人的开发实例，详 细讲解了机器人运动学模型 建立方法、实物样机组装和 编程控制。本书注重理论联 系实际，将程序代码与理论 公式相对应，便于读者体会 机器人理论建模到编程应用 的实践过程。 本书可作为机器人工程 、人工智能、机械工程、自 动化、机械电子、精密仪器 等专业高年级本科生和研究 生的参考书，也可供从事机 器人驱动器和本体研发的科 技人员阅读。

上篇 运动智能与模块控制 第1章 人工智能与运动智能 1.1 人工智能概述 1.2 运动智能：人工智能的重要组成部分 1.2.1 运动智能对客观世界的作用 1.2.2 运动智能的定义 1.2.3 运动智能与其他智能的互补关系 1.3 常见的运动智能 1.3.1 日常生活中的运动智能 1.3.2 自然界中的运动智能 1.4 运动智能对机器人的意义 1.5 机器人运动智能的组成：驱动器运动智能和本体运动智能 参考文献 第2章 驱动器运动智能 2.1 驱动器运动智能的定义 2.2 智能驱动器的功能 2.2.1 运动控制类功能 2.2.2 参数设置类功能 2.2.3 状态反馈类功能 2.2.4 固件升级类功能 2.2.5 自主决策类功能 参考文献 第3章 智能电动机驱动器：轮毂模块控制 3.1 电动机驱动器的用途 3.2 智能电动机驱动器与普通电动机驱动器的区别 3.3 智能电动机驱动器的使用方式 3.3.1 智能电动机驱动器的结构和电气连接方式 3.3.2 智能电动机驱动器的使用及编程库函数 参考文献 第4章 智能伺服舵机：关节模块控制 4.1 舵机的起源、作用与发展 4.2 舵机的组成及类型 4.3 智能伺服舵机与普通舵机的区别 4.4 智能伺服舵机的应用 4.4.1 人形机器人 4.4.2 多足机器人 4.4.3 机械臂 4.4.4 商用机器人 4.4.5 水下机器人 4.4.6 车模、航模、船模的智能化升级 4.5 智能伺服舵机的使用方式及开发案例 4.5.1 智能伺服舵机的电气连接方式 4.5.2 智能伺服舵机的使用及编程库函数 4.5.3 基于智能伺服舵机的简易开发示例 参考文献 第5章 机器人本体运动智能 5.1 机器人本体运动智能的定义 5.2 描述刚体空间位置与姿态的数学方法 5.2.1 刚体与坐标系的关系 5.2.2 确定刚体位姿的矩阵方法 5.3 D-H参数、变换矩阵和坐标变换 5.3.1 D-H参数简介 5.3.2 基于D-H参数的变换矩阵 5.3.3 利用变换矩阵进行坐标变换 5.4 机器人本体运动智能的技术组成 5.4.1 机器人运动建模 5.4.2 感知与运动决策 5.4.3 轨迹与路径规划 参考文献 下篇 整机开发与控制 第6章 平衡小车开发与控制 6.1 平衡车的起源与发展 6.2 平衡车的功能及用途 6.3 平衡小车动力学理论模型 6.4 平衡小车开发与控制实践 6.4.1 平衡小车的运动控制系统架构 6.4.2 平衡小车的组装与制作 6.4.3 PID控制程序开发 6.4.4 直立平衡和速度控制功能及其程序开发 6.4.5 PID参数整定经验 参考文献 第7章 麦克纳姆轮移动平台开发与控制 7.1 麦克纳姆轮的起源与发展 7.2 麦克纳姆轮移动平台的功能及用途 7.3 麦克纳姆轮移动平台运动学理论模型 7.4 麦克纳姆轮移动平台开发与控制实践 7.4.1 麦克纳姆轮移动平台的控制系统架构 7.4.2 麦克纳姆轮移动平台的组装与制作 7.4.3 指定方向平移功能及其程序开发 7.4.4 原地转弯功能及其程序开发 7.4.5 急停功能及其程序开发 7.4.6 位置和姿态记忆功能及其程序开发 参考文献 第8章 五轴机械臂开发与控制 8.1 机械臂的起源与发展 8.2 机械臂的功能及用途 8.3 五轴机械臂运动学理论模型 8.3.1 五轴机械臂运动学正解模型 8.3.2 五轴机械臂运动学逆解模型 8.4 五轴机械臂开发与控制实践 8.4.1 机械臂运动控制系统架构 8.4.2 五轴机械臂的组装与制作 8.4.3 标定功能及其程序开发 8.4.4 示教编程功能及其程序开发 8.4.5 指定关节角度的运动功能及其程序开发 8.4.6 指定末端位姿的运动功能及其程序开发 参考文献 第9章 四足机器人开发与控制 9.1 四足机器人的起源与发展 9.2 四足机器人的功能及用途 9.3 四足机器人运动学理论模型 9.3.1 四足机器人运动学正解 9.3.2 四足机器人运动学逆解 9.4 四足机器人开发与控制实践 9.4.1 四足机器人控制系统框架 9.4.2 四足机器人的组装与制作 9.4.3 标定功能及其程序开发 9.4.4 坐标系变换及其程序开发 9.4.5 足尖位置控制功能及其程序开发 9.4.6 躯干姿态控制功能及其程序开发 9.4.7 简易步态规划及其程序开发 参考文献 第10章 总结与展望 附录 支持资源