实用机器人设计 竞赛机器人PDF|Epub|txt|kindle电子书版本网盘下载

实用机器人设计 竞赛机器人PDF格式电子书版下载

注意：本站所有压缩包均有解压码： 点击下载压缩包解压工具

第1章 竞赛机器人1

1.1 概述1

1.2 机器人竞赛和工程教育1

1.3 新加坡的机器人竞赛2

1.3.1 平衡杆机器人竞步2

1.3.2 爬壁机器人竞赛2

1.3.3 机器人聚类3

1.3.4 类人机器人比赛3

1.3.5 其他比赛及开放类别4

1.4 世界范围的机器人竞赛5

1.5 全书概览9

参考文献10

第2章 机器人技术基础11

2.1 机器人系统简介11

2.1.1 机器人的专用术语11

2.2 坐标变换和空间移动物体的定位12

2.2.1 复合旋转14

2.2.2 齐次变换矩阵15

2.2.3 复合变换16

2.2.4 物体的数学描述18

2.3 移动机器人的轮式驱动方式25

2.3.1 差动驱动26

2.3.2 Ackermann操纵（类似汽车驱动）27

2.3.3 履带驱动28

2.3.4 全向轮驱动28

2.3.5 里程计29

2.3.6 实例研究：一个差动驱动机器人的里程计29

2.4 机械臂36

2.4.1 前向运动学解决方案37

2.4.2 逆向运动学解决方案37

2.4.3 实例研究：三连杆铰接式机械臂38

参考文献42

第3章 传感器43

3.1 用于竞赛机器人的传感器44

3.1.1 测量机器人速度44

3.1.2 测量机器人朝向和倾角46

3.1.3 测量距离47

3.1.4 颜色检测50

参考文献52

第4章 机器人视觉53

4.1 概述53

4.2 机器人摄像系统54

4.3 图像生成54

4.4 数字图像处理基础57

4.4.1 颜色和颜色空间模型57

4.5 基本图像处理运算59

4.5.1 卷积59

4.5.2 平滑滤波61

4.6 特征提取算法62

4.6.1 阈值法62

4.6.2 边缘检测65

4.6.3 颜色检测67

4.7 符号特征提取方法69

4.7.1 霍夫变换70

4.7.2 连通区域标注75

4.8 实例研究：着色球的跟踪80

4.9 小结82

参考文献82

第5章 电机和驱动系统基本原理84

5.1 机器人执行机构84

5.2 电力执行机构85

5.2.1 发电和电驱动的基本概念85

5.2.2 直流电机86

5.2.3 交流电动机驱动90

5.3 机器人驱动的特殊要求91

5.3.1 直流永磁电动机91

5.3.2 伺服电动机91

5.3.3 步进电动机92

5.3.4 无刷直流电动机97

5.4 驱动系统100

5.4.1 直流电动机控制100

5.4.2 步进电动机驱动器102

5.4.3 无刷直流电动机驱动器105

5.5 小结108

参考文献109

第6章 移动机器人电机功率选择和减速箱传动比设计110

6.1 移动机器人减速箱传动比110

6.2 驱动电机的功率要求111

6.2.1 电机惯性和摩擦力的作用112

6.3 典型的电机特性参数113

6.4 线性运动系统的摩擦力测量114

6.5 减速箱传动比的初步研究116

6.6 进一步研究以传动比为函数的系统性能120

6.7 步进电机减速箱传动比设计122

6.8 非地面移动机器人的设计流程123

6.9 小结128

参考文献128

第7章 控制基础129

7.1 机器人控制理论129

7.2 对象的类型130

7.2.1 线性或非线性对象130

7.2.2 时不变或时变对象130

7.3 基于控制系统的分类131

7.3.1 模拟或数字系统131

7.3.2 开环或闭环系统131

7.4 智能机器人结构的需求132

7.5 一个典型的机器人控制系统133

7.6 控制的发展趋势134

7.7 小结134

参考文献135

第8章 数学建模、传递函数、状态方程和控制器回顾136

8.1 概述136

8.2 建模的重要性136

8.3 传递函数模型137

8.3.1 传递函数的不同形式138

8.4 建模的步骤138

8.5 控制系统中常用到的基本部件139

8.5.1 电气元件139

8.5.2 机械部件140

8.6 方框图概念141

8.6.1 方框图化简141

8.7 一些系统示例142

8.8 状态方程148

8.8.1 从微分方程建立状态方程的基本概念148

8.8.2 从对对象的认知建立状态方程149

8.8.3 直接从传递函数建立状态方程151

8.9 用传递函数求时域解157

8.9.1 质量块-弹簧-阻尼器闭环系统的解析解157

8.9.2 质量块-弹簧-阻尼器闭环系统的模拟解158

8.9.3 PID控制器的响应159

8.10 状态方程的时域解161

8.10.1 用解析方法得到时域解161

8.11 调节控制器和伺服控制器166

8.12 小结166

参考文献167

第9章 数字控制基础和控制器设计168

9.1 概述168

9.2 数字控制概览168

9.2.1 信号采样器169

9.2.2 数字控制器170

9.2.3 零阶保持器170

9.3 数字系统中的信号表示171

9.3.1 采样过程171

9.3.2 信号的Z变换172

9.4 数字系统中的对象表示175

9.4.1 ZOH的传递函数176

9.4.2 包含ZOH的对象的Z变换176

9.4.3 Tustin近似177

9.5 闭环系统的传递函数177

9.5.1 应用数字仪表的系统179

9.6 离散时间系统的响应及Z反变换180

9.6.1 部分分式法180

9.6.2 差分方程法180

9.6.3 用MATLAB求时域解181

9.7 典型控制器的软件实现183

9.7.1 积分计算183

9.7.2 微分计算184

9.7.3 数字控制器的实现184

9.8 离散状态空间系统185

9.8.1 从离散传递函数建立离散状态空间系统185

9.8.2 从连续状态空间模型建立离散状态空间模型185

9.8.3 离散状态空间系统的时域解188

9.9 离散状态反馈控制器191

9.9.1 状态可控性的概念191

9.9.2 状态可观测性的概念192

9.9.3 采样数据系统的可控性和可观测性的共同条件193

9.9.4 用状态反馈设计极点配置调节器194

9.9.5 稳态二次型最优控制197

9.9.6 简易伺服控制器199

9.10 典型的控制器硬件实现202

9.11 小结203

参考文献203

第10章 平衡杆和爬壁机器人实例研究205

10.1 概述205

10.2 平衡杆机器人206

10.2.1 数学建模206

10.2.2 摆杆角控制的传递函数213

10.2.3 平衡杆机器人状态模型214

10.2.4 从机器人和电机数据建立平衡杆机器人的状态模型217

10.2.5 伺服输入用作补偿的极点配置控制器218

10.2.6 伺服输入用作补偿的LQC控制器221

10.2.7 应用DSP处理器实现平衡杆机器人控制器设计224

10.2.8 2自由度平衡杆机器人229

10.2.9 通过实验估计PBR的角摩擦系数b230

10.3 爬壁机器人234

10.3.1 蹼式爬壁机器人234

10.3.2 使用动态吸力的爬壁机器人设计238

10.4 小结240

参考文献240

第11章 建图、导航和路径规划241

11.1 概述241

11.2 感知241

11.2.1 从传感器数据到知识模型242

11.2.2 地图表达244

11.2.3 量度图244

11.2.4 拓扑图248

11.3 导航250

11.3.1 墙沿跟踪250

11.3.2 应用矢量场直方图方法避障252

11.4 路径规划259

11.4.1 波前规划器259

11.4.2 使用人工势场法进行路径规划261

11.4.3 使用拓扑图进行路径规划268

参考文献272

第12章 机器人自治、决策和学习273

12.1 概述273

12.2 机器人自治273

12.3 决策274

12.3.1 经典决策275

12.3.2 反应式决策275

12.3.3 混合决策281

12.4 机器人学习281

12.4.1 人工神经网络282

12.4.2 Q学习法291

12.5 小结297

参考文献297