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第Ⅰ部分：嵌入式系统4

第1章 机器人与控制器4

1.1移动机器人4

1.2嵌入式控制器6

1.3接口9

1.4操作系统11

1.5参考文献14

第2章 中央处理器16

2.1逻辑门16

2.2功能单元20

2.3寄存器和存储器24

2.4 Retro26

2.5算术逻辑单元28

2.6控制单元30

2.7中央处理单元30

2.8参考文献40

第3章 传感器41

3.1传感器分类41

3.2二值传感器43

3.3模拟与数字信号传感器43

3.4轴编码器44

3.5 A/D转换器45

3.6位置敏感传感器46

3.7电子罗盘48

3.8陀螺仪、加速度传感器、倾角传感器49

3.9数字摄像机52

3.10参考文献59

第4章 执行器61

4.1直流电机61

4.2 H桥64

4.3脉宽调制65

4.4步进电机67

4.5伺服器67

4.6参考文献68

第5章 控制69

5.1开关控制69

5.2 PID控制74

5.3转速控制和位置控制79

5.4多电机直线行驶80

5.5 νω接口82

5.6参考文献84

第6章 多任务处理85

6.1协作式多任务处理85

6.2抢占式多任务处理87

6.3同步88

6.4调度92

6.5中断和定时器激活的任务94

6.6参考文献96

第7章 无线通信97

7.1通信模型97

7.2消息99

7.3容错自配置100

7.4用户接口和远程控制102

7.5应用程序范例104

7.6参考文献105

第Ⅱ部分：移动机器人设计109

第8章 行驶机器人109

8.1单轮驱动109

8.2差速驱动110

8.3履带机器人113

8.4同步传动114

8.5阿克曼转向115

8.6行驶运动学117

8.7参考文献121

第9章 全向机器人122

9.1 Mecanum轮122

9.2全向行驶124

9.3运动学125

9.4全向机器人设计126

9.5行驶程序127

9.6参考文献129

第10章 平衡机器人130

10.1仿真130

10.2倒立摆机器人131

10.3二级倒立摆134

10.4参考文献135

第11章 步行机器人137

11.1六足机器人的设计137

11.2双足机器人设计139

11.3行走机器人的传感器143

11.4静态平衡144

11.5动态平衡146

11.6参考文献151

第12章 自动驾驶飞机153

12.1应用153

12.2控制系统和传感器154

12.3飞行程序156

12.4参考文献159

第13章 自主水上和水下机器人160

13.1应用160

13.2动力学模型161

13.3 AUV设计实例Mako162

13.4 AUV设计实例USAL165

13.5参考文献167

第14章 机器人手臂169

14.1齐次坐标169

14.2运动学170

14.3仿真和编程173

14.4参考文献174

第15章 仿真系统175

15.1移动机器人仿真175

15.2 EyeSim仿真系统176

15.3多机器人仿真180

15.4 EyeSim应用181

15.5 EyeSim环境和参数文件182

15.6 SubSim仿真系统186

15.7执行器和传感器模型187

15.8 SubSim应用189

15.9 SubSim环境和参数文件191

15.10参考文献193

第Ⅲ部分：移动机器人应用198

第16章 定位与导航198

16.1定位198

16.2概率定位202

16.3坐标系205

16.4环境表示206

16.5可视图208

16.6维诺图209

16.7势场法212

16.8漫游观看位算法213

16.9 BUG算法系列214

16.10迪杰斯特拉算法217

16.11 A*算法220

16.12参考文献221

第17章 迷宫探索223

17.1微型鼠竞赛223

17.2迷宫探索算法225

17.3仿真与真实的迷宫程序231

17.4参考文献232

第18章 地图生成233

18.1地图生成算法233

18.2数据表示235

18.3边界跟踪算法236

18.4算法执行236

18.5仿真实验238

18.6机器人实验239

18.7结果241

18.8参考文献242

第19章 实时图像处理244

19.1摄像机接口244

19.2自动亮度245

19.3边缘检测246

19.4运动检测248

19.5颜色空间249

19.6彩色物体检测250

19.7图像分割254

19.8图像坐标与全局坐标256

19.9参考文献258

第20章 机器人足球260

20.1机器人足球世界杯（RoboCup）和国际机器人足球联赛（FIRA）260

20.2队形结构262

20.3机械和执行器263

20.4感知263

20.5图像处理265

20.6轨迹规划266

20.7参考文献271

第21章 神经网络272

21.1神经网络原理272

21.2前馈网络273

21.3反向传播277

21.4神经网络的例子280

21.5神经网络控制器282

21.6参考文献283

第22章 遗传算法284

22.1遗传算法原理284

22.2遗传算子286

22.3机器人控制中的应用287

22.4进化的例子289

22.5遗传算法的实现291

22.6星人机器人295

22.7参考文献297

第23章 遗传编程299

23.1概念与应用299

23.2 Lisp语言300

23.3遗传算子304

23.4进化305

23.5追踪问题306

23.6追踪行为的进化309

23.7参考文献312

第24章 基于行为的系统314

24.1软件结构314

24.2基于行为机器人学315

24.3基于行为的应用317

24.4行为框架318

24.5自适应控制器320

24.6循迹问题323

24.7神经网络控制器324

24.8实验325

24.9参考文献327

第25章 步态的进化329

25.1样条329

25.2控制算法330

25.3反馈融合331

25.4控制器进化332

25.5控制器评价334

25.6进化的步态334

25.7参考文献336

第26章 汽车自主驾驶系统338

26.1自主驾驶汽车338

26.2汽车的自主驾驶改装341

26.3用于辅助驾驶系统的计算机视觉342

26.4图像处理框架343

26.5行车道检测344

26.6车辆识别与跟踪349

26.7自动泊车352

26.8参考文献354

第27章 展望361

附录361

附录A编程工具361

A.1系统安装361

A.2 C与C+++编译器362

A.3汇编器364

A.4调试365

A.5下载与上传367

A.6参考文献368

附录B RoBIOS操作系统369

B.1监控程序369

B.2系统函数和设备驱动库373

B.3硬件描述表375

B.4启动过程378

B.5 RoBIOS库函数379

附录C硬件描述表417

C.1 HDT概述417

C.2电池项419

C.3碰撞感应器项419

C.4罗盘项420

C.5信息项421

C.6红外传感器项422

C.7红外电视遥控项423

C.8锁存器项424

C.9电机项425

C.10位置敏感设备（PSD）项427

C.11正交编码器项428

C.12遥控项429

C.13伺服器项430

C.14开机画面项432

C.15开机音乐项432

C.16 VW驱动项432

C.17等待状态项433

附录D硬件说明434

附录E实验439

Lab 1控制器439

Lab 2简单的行驶441

Lab 3仅用红外传感器行驶441

Lab 4使用摄像机442

Lab 5运动控制442

Lab 6沿墙导航443

Lab 7迷宫导航443

Lab 8导航443

Lab 9视觉445

Lab 10物体检测445

Lab 11机器人群组446

附录F答案448

Lab 1控制器448

Lab 2简单的行驶450

索引452