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第1章 绪论1

1.1 机器人的定义及发展历史1

1.1.1 什么是机器人1

1.1.2 为什么要制造机器人2

1.1.3 机器人的发展历史3

1.2 机器人的结构与分类9

1.2.1 机器人的结构9

1.2.2 机器人的分类10

1.3 机器人控制的基本要求12

1.3.1 机器人控制的主要内容12

1.3.2 机器人控制的学习要求13

习题13

第2章 机器人的本体14

2.1 机器人的机械14

2.1.1 上肢——臂部、腕部、手部15

2.1.2 下肢——移动机构16

2.1.3 躯干——机身19

2.1.4 关节——传动机构22

2.2 机器人的硬件26

2.2.1 处理控制系统27

2.2.2 驱动器系统30

2.2.3 传感器系统37

2.3 机器人的电源系统44

2.3.1 电池的种类44

2.3.2 直流稳压电源48

2.3.3 充电装置51

2.4 机器人机械制作实例55

2.4.1 智能小型足球机器人二轮机械结构制作实例55

2.4.2 智能小型足球机器人四轮全向移动机械设计实例63

2.4.3 智能中型足球机器人的机械设计实例66

习题72

第3章 机器人的信息获取73

3.1 机器人的传感器73

3.1.1 常用传感器75

3.1.2 特殊传感器81

3.1.3 传感器应用实例82

3.2 机器人的信息处理86

3.2.1 常用的数字滤波方法87

3.2.2 小波变换在数字滤波中的应用88

3.3 机器视觉89

3.3.1 机器视觉的组成90

3.3.2 机器视觉的工作原理91

3.3.3 机器视觉应用实例97

习题101

第4章 机器人的底层控制102

4.1 电动机的选择与惯量计算102

4.1.1 电动机选择102

4.1.2 步进电动机104

4.1.3 舵机与转向控制107

4.1.4 惯量计算实例111

4.2 典型驱动PWM114

4.2.1 典型驱动114

4.2.2 PWM驱动原理118

4.2.3 PWM驱动机器人实例120

4.3 运动控制与PID122

4.3.1 电动机正反转分析122

4.3.2 经典PID控制126

4.4 智能PID参数整定128

4.5 机器人底层控制设计实例132

4.5.1 智能小型足球机器人的底层控制设计实例132

4.5.2 智能中型足球机器人的底层控制设计实例139

习题142

第5章 机器人的运动分析143

5.1 轮式机器人的空间描述和坐标变换143

5.1.1 位置方位表示与坐标系描述143

5.1.2 平移和旋转坐标系144

5.1.3 机器人运动模型145

5.1.4 齐次变换及运算147

5.1.5 机器人传感器的观测模型148

5.2 运动学建模150

5.2.1 机器人坐标系150

5.2.2 双轮差速移动机器人运动学建模实例151

5.2.3 全方位移动机器人运动学建模实例152

5.3 动力学建模154

5.3.1 双轮差速移动机器人动力学模型155

5.3.2 全方位移动机器人动力学模型156

5.4 舞动的机器臂——工业机器人159

5.4.1 刚体的描述159

5.4.2 坐标变换160

5.5 机器人运动学方程的建立163

5.5.1 连杆参数和连杆坐标系163

5.5.2 连杆变换165

5.6 六自由度机械臂运动分析实例166

5.6.1 机械臂运动方程的建立168

5.6.2 运动学逆解的求解方法169

5.6.3 运动学逆解的实验验证172

习题172

第6章 机器人的路径规划173

6.1 机器人路径规划方法173

6.1.1 离线路径规划174

6.1.2 在线路径规划175

6.2 智能规划176

6.2.1 栅格建模法176

6.2.2 人工势场法178

6.2.3 遗传算法180

6.2.4 神经网络算法185

6.3 机器人路径规划改进与实例191

6.3.1 人工势场法的改进与实例191

6.3.2 遗传算法的改进195

习题200

第7章 机器人的上层控制201

7.1 机器人操作系统概述201

7.1.1 ROS的基本介绍201

7.1.2 ROS系统架构205

7.1.3 ROS系统工具210

7.1.4 ROS的安装与回顾210

7.2 ROS的应用举例212

7.2.1 控制移动底座213

7.2.2 导航、路径规划和SLAM217

7.2.3 语音识别及语音合成221

7.2.4 机器人的视觉系统224

习题229

第8章 发展与展望231

8.1 机器人的发展与展望231

8.2 机器人的应用举例与展望239

8.2.1 老牌制造业大国德国的“新兵”240

8.2.2 日本服务型机器人崭露头角241

8.2.3 在手术台上大显身手的英国“机器人医生”242

8.2.4 机器人的未来面向家庭243

8.2.5 机器人离我们还有多远245

8.3 机器人控制技术的发展246

8.3.1 机器人技术的发展246

8.3.2 机器人控制技术的发展与展望247

8.4 机器人的情感与伦理展望248

习题250

参考文献251