机器人系统设计及其应用技术

作者: 赵建伟

出版社: 清华大学出版社

出版时间: 2017-11

版次: 1

ISBN: 9787302475033

定价: 39.00

装帧: 其他

开本: 16开

纸张: 胶版纸

页数: 173页

字数: 295千字

分类: 教材教辅考试>教材>大学教材>工程技术

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本书系统地论述了机器人系统的设计方法及其应用技术，内容包括绪论、机器人应用技术、机器人系统设计基础、智能车机器人本体设计、机器人视觉系统、机器人传感器技术、机器人系统仿真和机器人系统开发。本书注重将机器人基础理论与应用技术相结合，力求反映国内外机器人研究领域的新进展，使读者能深入理解机器人系统的四个组成部分（机械系统、电气系统、控制系统和软件系统），真正地将理论学习与实际应用相结合。
本书可作为高等学校机电类、仪器类、电子信息类与计算机类专业的本科生教材，也可作为相近专业的研究生和中高职学生的参考教材，还可供有关科技人员参考。作者简介赵建伟男，中国矿业大学（北京）矿山机器人研究中心副主任、测控系实验室副主任，高级工程师，硕士生导师。清华大学，精密仪器与机械学系博士后。为本科生和研究生开设 “机器人技术基础”、“自动控制系统”、“机电控制系统”等课程。自2005年从事机器人研究，完成了50多台机器人的研发，其中柔性两轮自平衡仿生自主学习机器人为“世界上第一台”具有运动平衡自学习的机器人并获得一系列奖项；清华大学“国家02重大专项”开发的CMP化学抛光传输机器人已投入生产；自制的煤矿巡视机器人，太阳能探测机器人，地质勘探机器人等获得“挑战杯”一等奖、美国NI大赛全球二等奖。机器人在中央一套新闻联播、北京新闻联播获得报道。受邀参展活动：出席2015、2016年世界机器人大会；2016年中国-蒙古国博览会；2016年为乌克兰总统列昂尼德•克拉夫丘克、李德毅院士展示机器人；2016年参与全国科普日活动；2016年参加全国大众创业万众创新活动周。作为项目负责人

目录

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、组成和特征

1.2.1机器人的定义和组成

1.2.2机器人的特征

1.2.3机器人的开发准则

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其他机器人

1.5机器人带来的影响

1.6机器人展望

第2章机器人应用技术

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、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方法

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机器人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典型方法

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机器人路径规划技术

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

第3章机器人系统设计基础

3.1行走机构设计

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电动机选型

3.3.1步进电动机简介

3.3.2步进电动机选型

3.3.3直流电动机简介

3.3.4直流电动机选型

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机器人软件系统设计概要

3.6.2机器人软件系统总体设计

3.6.3机器人软件系统开发工具简介

3.6.4机器人软件系统开发工具的分类

第4章智能车机器人本体设计

4.1智能车的底盘安装设计

4.1.1智能车的底盘部分组成

4.1.2智能车的底盘安装过程

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直流电动机及驱动模块的选型

4.2.2电源及稳压模块的选取

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机械臂材料选择

4.3.2机械臂结构特征

4.4基于C语言的控制程序编写实例

4.4.1智能车开环控制及程序设计

4.4.2智能车闭环控制及程序设计

4.4.3声呐传感器的控制程序设计

4.4.4红外传感控制程序

4.4.5火焰传感控制程序

4.4.6电子罗盘控制程序

4.4.7智能车的机械臂控制实例

4.5智能车的车身结构设计

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智能车的整体机械结构

第5章机器人视觉系统

5.1机器人视觉简介

5.1.1机器人视觉相关定义

5.1.2机器人视觉基本原理

5.1.3机器人视觉要求

5.1.4机器人视觉应用

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图像处理技术

5.3.1图像处理技术简介

5.3.2图像采集

5.3.3图像格式转换

5.3.4图像处理软件简介

5.4滤波算法简介

5.4.1常见的滤波方法

5.4.2滤波电路的分类

5.4.3智能车的复合滤波算法实验研究实例

5.5基于摄像头路径识别的智能车控制系统设计

5.5.1硬件结构与方案设计

5.5.2控制策略

5.5.3电动机转向控制及转速调节

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

6.3.5GPS

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速度和角速度的测量

6.5.3加速度和角加速度的测量

6.5.4姿态检测

6.6驱动器

6.7传感器编程应用案例

6.8小结

第7章机器人系统仿真

7.1基于SolidWorks的智能车建模

7.1.1零部件的绘制方法

7.1.2底盘模块的三维建模

7.1.3机械臂的建模

7.1.4智能车的虚拟装配

7.2机器人仿真系统

7.2.1机器人仿真应用

7.2.2机器人仿真概念

7.3搭建机器人仿真模型

7.3.1Model Builder简介

7.3.2导入机器人仿真模型

7.3.3构建机器人仿真模型

7.4机器人仿真

7.4.1Simulator Project简介

7.4.2拼装机器人仿真模型

7.4.3构建机器人模型

7.5搭建机器人仿真环境

7.5.1LabVIEW简介

7.5.2创建仿真场景模型

7.5.3创建仿真环境

7.6典型机器人仿真案例分析

7.7小结

第8章机器人系统开发

8.1myRIO简介

8.2创建项目

8.2.1创建LabVIEW项目

8.2.2添加FPGA目标

8.3部署应用程序

8.3.1NI myRIO与LabVIEW

8.3.2NI LabVIEW RIO架构简介

8.3.3部署应用程序至实时控制器

8.4基于myRIO的视觉应用案例

8.4.1视觉小车的电气系统规划

8.4.2算法设计思想及流程

8.4.3图像采集模块

8.4.4图像处置与阐述模块

8.4.5视觉小车抓取过程

8.4.6LabVIEW嵌入式开发模块技术要点

8.5小结

参考文献
内容简介:
本书系统地论述了机器人系统的设计方法及其应用技术，内容包括绪论、机器人应用技术、机器人系统设计基础、智能车机器人本体设计、机器人视觉系统、机器人传感器技术、机器人系统仿真和机器人系统开发。本书注重将机器人基础理论与应用技术相结合，力求反映国内外机器人研究领域的新进展，使读者能深入理解机器人系统的四个组成部分（机械系统、电气系统、控制系统和软件系统），真正地将理论学习与实际应用相结合。
本书可作为高等学校机电类、仪器类、电子信息类与计算机类专业的本科生教材，也可作为相近专业的研究生和中高职学生的参考教材，还可供有关科技人员参考。
作者简介:
作者简介赵建伟男，中国矿业大学（北京）矿山机器人研究中心副主任、测控系实验室副主任，高级工程师，硕士生导师。清华大学，精密仪器与机械学系博士后。为本科生和研究生开设 “机器人技术基础”、“自动控制系统”、“机电控制系统”等课程。自2005年从事机器人研究，完成了50多台机器人的研发，其中柔性两轮自平衡仿生自主学习机器人为“世界上第一台”具有运动平衡自学习的机器人并获得一系列奖项；清华大学“国家02重大专项”开发的CMP化学抛光传输机器人已投入生产；自制的煤矿巡视机器人，太阳能探测机器人，地质勘探机器人等获得“挑战杯”一等奖、美国NI大赛全球二等奖。机器人在中央一套新闻联播、北京新闻联播获得报道。受邀参展活动：出席2015、2016年世界机器人大会；2016年中国-蒙古国博览会；2016年为乌克兰总统列昂尼德•克拉夫丘克、李德毅院士展示机器人；2016年参与全国科普日活动；2016年参加全国大众创业万众创新活动周。作为项目负责人
目录:

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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、组成和特征

1.2.1机器人的定义和组成

1.2.2机器人的特征

1.2.3机器人的开发准则

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其他机器人

1.5机器人带来的影响

1.6机器人展望

第2章机器人应用技术

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、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方法

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机器人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典型方法

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机器人路径规划技术

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

第3章机器人系统设计基础

3.1行走机构设计

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电动机选型

3.3.1步进电动机简介

3.3.2步进电动机选型

3.3.3直流电动机简介

3.3.4直流电动机选型

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机器人软件系统设计概要

3.6.2机器人软件系统总体设计

3.6.3机器人软件系统开发工具简介

3.6.4机器人软件系统开发工具的分类

第4章智能车机器人本体设计

4.1智能车的底盘安装设计

4.1.1智能车的底盘部分组成

4.1.2智能车的底盘安装过程

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直流电动机及驱动模块的选型

4.2.2电源及稳压模块的选取

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机械臂材料选择

4.3.2机械臂结构特征

4.4基于C语言的控制程序编写实例

4.4.1智能车开环控制及程序设计

4.4.2智能车闭环控制及程序设计

4.4.3声呐传感器的控制程序设计

4.4.4红外传感控制程序

4.4.5火焰传感控制程序

4.4.6电子罗盘控制程序

4.4.7智能车的机械臂控制实例

4.5智能车的车身结构设计

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智能车的整体机械结构

第5章机器人视觉系统

5.1机器人视觉简介

5.1.1机器人视觉相关定义

5.1.2机器人视觉基本原理

5.1.3机器人视觉要求

5.1.4机器人视觉应用

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图像处理技术

5.3.1图像处理技术简介

5.3.2图像采集

5.3.3图像格式转换

5.3.4图像处理软件简介

5.4滤波算法简介

5.4.1常见的滤波方法

5.4.2滤波电路的分类

5.4.3智能车的复合滤波算法实验研究实例

5.5基于摄像头路径识别的智能车控制系统设计

5.5.1硬件结构与方案设计

5.5.2控制策略

5.5.3电动机转向控制及转速调节

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

6.3.5GPS

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速度和角速度的测量

6.5.3加速度和角加速度的测量

6.5.4姿态检测

6.6驱动器

6.7传感器编程应用案例

6.8小结

第7章机器人系统仿真

7.1基于SolidWorks的智能车建模

7.1.1零部件的绘制方法

7.1.2底盘模块的三维建模

7.1.3机械臂的建模

7.1.4智能车的虚拟装配

7.2机器人仿真系统

7.2.1机器人仿真应用

7.2.2机器人仿真概念

7.3搭建机器人仿真模型

7.3.1Model Builder简介

7.3.2导入机器人仿真模型

7.3.3构建机器人仿真模型

7.4机器人仿真

7.4.1Simulator Project简介

7.4.2拼装机器人仿真模型

7.4.3构建机器人模型

7.5搭建机器人仿真环境

7.5.1LabVIEW简介

7.5.2创建仿真场景模型

7.5.3创建仿真环境

7.6典型机器人仿真案例分析

7.7小结

第8章机器人系统开发

8.1myRIO简介

8.2创建项目

8.2.1创建LabVIEW项目

8.2.2添加FPGA目标

8.3部署应用程序

8.3.1NI myRIO与LabVIEW

8.3.2NI LabVIEW RIO架构简介

8.3.3部署应用程序至实时控制器

8.4基于myRIO的视觉应用案例

8.4.1视觉小车的电气系统规划

8.4.2算法设计思想及流程

8.4.3图像采集模块

8.4.4图像处置与阐述模块

8.4.5视觉小车抓取过程

8.4.6LabVIEW嵌入式开发模块技术要点

8.5小结

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