双足步行机器人进化技术PDF电子书下载

第1章 ROBO-ONE介绍 1

1.1 ROBO-ONE大赛的魅力 2

1.1.1 引言 2

1.1.2 ROBO-ONE简介 2

1.1.3 ROBO-ONE的诞生 2

1.1.4 正式迈向业余爱好机器人：KHR-1的诞生 3

1.1.5 ROBO-ONE更进一步的发展 3

1.1.6 ROBO-ONE大赛的历史［2］ 4

1.1.7 追求新功能 5

1.1.8 参加者范围扩大 5

1.1.9 仿人机器人 6

1.1.10 宇宙应用 6

1.1.11 抛掷站立 7

1.1.12 仿真 8

1.1.13 基于模型的集成开发［6］ 9

1.1.14 培养技术人员 9

1.1.15 结语 9

参考文献 9

1.2 ROBO-ONE竞赛规则及未来发展 10

1.2.1 引言 10

1.2.2 ROBO-ONE机器人的规格要求 10

1.2.3 预赛 11

1.2.4 机器人格斗竞技的技法 12

1.2.5 结语 15

参考文献 15

第2章 双足步行机器人部件的结构 17

2.1 电子元器件 18

2.1.1 引言 18

2.1.2 电阻器 18

2.1.3 电容器 18

2.1.4 线圈 19

2.1.5 二极管 20

2.1.6 LED 20

2.1.7 晶体管 21

2.1.8 光电晶体管 21

2.1.9 TTL集成电路与逻辑电路 22

2.1.10 运算放大器 22

2.1.11 三端子稳压器 23

2.1.12 RS485驱动器集成电路 23

2.1.13 扩音器 23

2.1.14 按钮开关 24

2.1.15 结语 24

2.2 传感器 24

2.2.1 引言 24

2.2.2 角度传感器 24

2.2.3 超声波传感器 25

2.2.4 光电传感器 26

2.2.5 PSD距离传感器 26

2.2.6 人体传感器 28

2.2.7 陀螺仪传感器 29

2.2.9 重力加速度传感器／加速度传感器 30

2.2.10 FSR（力传感器） 30

2.2.11 压力传感器 31

2.2.12 结语 32

参考文献 32

2.3 伺服电机 32

2.3.1 引言 32

2.3.2 无线遥控用伺服电机 33

2.3.3 机器人用串口型伺服电机 33

2.3.4 串口通信 34

2.3.5 伺服电机的位置控制 34

2.3.6 Dynamixel伺服电机控制表 36

2.3.7 Dynamixel协议 38

2.3.8 近藤科学生产的串口型伺服电机 40

2.3.9 双叶电子工业生产的指令式伺服电机 41

2.3.10 伺服电机的特性 42

2.3.11 串口通信型伺服电机的电源线 44

2.3.12 结语 45

参考文献 45

2.4 借助LabVIEW活用传感器 45

2.4.1 引言 45

2.4.2 关于LabVIEW［1］ 46

2.4.3 Dynamixel配置器 46

2.4.4 RS485通信微处理器基板 46

2.4.5 用重力加速度传感器求取角度 47

2.4.6 智能超声波传感器 48

2.4.7 超声波距离传感器 48

2.4.8 PSD距离传感器 49

2.4.9 力觉传感器 51

2.4.10 机器人用伺服电机角度精度的验证方法 52

2.4.11 机器人用伺服电机瞬态特性的测量方法 52

2.4.12 机器人用伺服电机转矩的测量方法 53

2.4.13 脚底传感器的调整方法 53

2.4.14 结语 53

参考文献 54

2.5 电池 54

2.5.1 二次电池 54

2.5.2 锂离子电池的工作原理 54

2.5.3 锂离子电池的构造 55

2.5.4 锂离子电池的特点 55

2.5.5 锂离子电池的处理 55

2.5.6 对锂离子电池的冲击 56

2.5.7 锂离子电池的外部短路 56

2.5.8 锂离子电池的充电 56

2.5.9 锂离子电池的放电 57

2.5.10 锂离子电池的保管 57

2.5.11 锂离子电池的特性 58

参考文献 58

第3章 机器人开发环境 59

3.1 概述 60

3.2 编程工具 60

3.2.1 GCC Developer Lite 60

3.2.2 LabVIEW 62

3.3 机器人用控制器 63

3.4 ROBO-ONE对硬件的要求 65

3.4.1 电机 65

3.4.2 控制器 66

3.5 以PC为主机的程序 66

3.5.1 使用带串口I/F的PC启动电机之前 66

3.5.2 GCC Developer Lite和Dynamixel Windows库的准备 67

3.5.3 Dynamixel Windows库的雏形与编译方法 67

3.5.4 用DXLIB2驱动电机 69

3.5.5 通过LabVIEW使用DXLIB2 75

3.6 以机器人用控制器为主机的程序 76

3.6.1 使用Dynamixel库 77

3.6.2 使用FREEDOM Ⅲ库 78

3.7 结语 78

第4章 双足步行机器人的开发软件 79

4.1 机器人编程基础 80

4.1.1 引言 80

4.1.2 双足步行机器人的设计 80

4.1.3 双足步行机器人系统 80

4.1.4 自律神经系统 81

4.1.5 FREEDOM jr.Ⅲ的准备 81

4.1.6 驱动双足步行机器人的编程 86

4.1.7 结语 99

参考文献 99

4.2 机器人的控制程序 99

4.2.1 引言 99

4.2.2 陀螺仪传感器 99

4.2.3 脚底传感器的使用方法 101

4.2.4 倾斜传感器控制 104

4.2.5 轮廓控制 104

4.2.6 超出控制范围时的处理 105

4.2.7 结语 105

参考文献 105

4.3 利用MATLAB Simulink Embedded Coder进行编程 105

4.3.1 引言 105

4.3.2 双足步行机器人的逆运动学 106

4.3.3 双足步行模式的生成 106

4.3.4 生成C语言代码 108

4.3.5 结语 111

参考文献 111

第5章 无线通信 113

5.1 概述 114

5.2 Wi-Fi 114

5.3 WWAN 115

5.4 蓝牙 116

5.5 2.4GHz波段无线设备 118

5.6 结语 119

第6章 人机界面 121

6.1 机器人的控制方法 122

6.1.1 控制终端的种类与特点 122

6.1.2 机器人指令的内容 124

6.1.3 机器人控制的基础 125

6.1.4 对应ROBO-ONE竞技大赛的操作方法 125

6.2 主从控制 126

6.2.1 主从控制的特点 126

6.2.2 主从控制装置的制作 129

6.3 其他控制方法 133

6.3.1 PC控制（GUI） 133

参考文献 139

6.3.2 使用Wii控制器的控制 139

参考文献 143

6.3.3 使用iPhone的控制 143

第7章 双足步行机器人制作示例 149

7.1 钢铁战士的制作 150

7.1.1 引言 150

7.1.2 第一步：学习市面上出售的工具包 150

7.1.3 第二步：改造市面上出售的工具包 151

7.1.4 第三步：挑战独创的机器人 152

7.1.5 第四步：制作运动部分 161

7.1.6 结语 163

7.2 TokoToko号的制作示例 163

7.2.1 TokoToko号简介 163

7.2.2 机构设计概要 167

7.2.3 步行运动部分 168

72.4 结语 171

7.3 能抓握物品的手部结构（DokaHarumi） 171

7.3.1 双足步行机器人的手 171

7.3.2 手指的结构 172

7.3.3 能捕球的手 172

7.3.4 拿鸡蛋的手 175

7.3.5 开启瓶盖的手 180

7.3.6 结语 183

7.4 大型机器人的构造（OmniZero） 183

7.4.1 机器人的大型化 183

7.4.2 框架强度 188

7.4.3 安全性 190

7.4.4 制作示例（OmniZero.7） 191

7.4.5 制作示例（OmniZero.9） 192

7.5 “凯撒王”机器人制作示例 193

7.5.1 引言 193

7.5.2 “凯撒王”系列机器人 193

7.5.3 轻量级机器人 197

7.5.4 能在ROBO-ONE大赛取胜的机器人 202

7.5.5 结语 203