移动机器人技术基础与制作PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 移动机器人概述 1

1.1.1 移动机器人的定义 1

1.1.2 移动机器人的发展概况 1

1.2 移动机器人的结构与分类 3

1.2.1 移动机器人的结构 3

1.2.2 移动机器人的分类 4

1.3 移动机器人的研究领域及关键技术 6

1.4 移动机器人的应用及展望 7

第2章 移动机器人的传感器 9

2.1 机器人内部传感器 10

2.1.1 位置传感器 11

2.1.2 姿态传感器 12

2.1.3 压力传感器 14

2.1.4 加速度传感器 16

2.2 机器人外部传感器 17

2.2.1 接近觉传感器 17

2.2.2 触觉传感器 22

2.2.3 力觉传感器 27

2.2.4 温度传感器 29

2.2.5 气体传感器 32

2.2.6 听觉传感器 32

2.2.7 视觉传感器 34

2.2.8 深度传感器 36

2.3 传感器的性能指标 36

2.4 多传感器信息融合技术 38

2.4.1 多传感器信息融合的关键问题 38

2.4.2 信息融合的具体方法 39

2.4.3 多传感器信息融合的结构和控制 41

2.5 小结 42

2.6 练习题 43

第3章 移动机器人的通信技术 44

3.1 移动机器人通信系统的特点与设计 44

3.1.1 移动机器人通信的特点 44

3.1.2 移动机器人通信系统设计 45

3.2 常用无线通信技术及在移动机器人中的应用 46

3.2.1 移动通信系统简介 47

3.2.2 移动通信网络在机器人中的应用 47

3.2.3 红外技术 48

3.2.4 蓝牙通信技术 49

3.2.5 ZigBee通信技术 51

3.2.6 Wi-Fi通信息技术 55

3.2.7 Ad Hoc通信技术 58

3.2.8 UWB超宽带通信息技术 60

3.3 基于Internet/Web的远程移动机器人 61

3.3.1 基于Internet的远程机器人 61

3.3.2 基于Web的远程机器人 62

3.4 物联网技术 65

3.4.1 物联网定义及本质 65

3.4.2 物联网的技术特点 65

3.5 小结 67

3.6 练习题 68

第4章 移动机器人运动学与动力学 69

4.1 机器人位置运动学 69

4.1.1 空间点表示 69

4.1.2 齐次变换的表示 70

4.2 机器人的运动学 71

4.2.1 正运动学分析 72

4.2.2 机器人的工作空间研究 74

4.2.3 逆运动学求解 76

4.3 微分运动和速度 77

4.3.1 微分关系 77

4.3.2 刚体运动的速度 78

4.3.3 雅可比矩阵 78

4.4 移动机器人动力学 79

4.4.1 牛顿－欧拉方程 79

4.4.2 轮式机器人的动力学分析 81

4.5 小结 84

4.6 练习题 85

第5章 移动机器人控制技术 86

5.1 经典控制技术 86

5.1.1 模拟PID控制器的数学模型 87

5.1.2 数字PID控制器的数学模型 87

5.2 现代控制技术 89

5.2.1 机器人变结构控制 89

5.2.2 机器人自适应控制 91

5.3 智能控制技术 94

5.3.1 智能控制的基本概念 95

5.3.2 智能控制系统的分类 99

5.3.3 移动机器人的轨迹跟踪迭代学习控制 104

5.3.4 移动机器人模糊神经网络避障 105

5.4 小结 111

5.5 练习题 111

第6章 移动机器人视觉技术 112

6.1 移动机器人视觉系统 112

6.1.1 移动机器人视觉系统概述 112

6.1.2 移动机器人单目视觉系统 114

6.1.3 移动机器人双目视觉系统 116

6.1.4 移动机器人全景视觉系统 117

6.1.5 移动机器人网络摄像头 118

6.2 摄像机标定 118

6.2.1 摄像机的畸变模型 119

6.2.2 摄像机标定技术 120

6.3 灰度图像处理 125

6.3.1 二值图像处理 125

6.3.2 图像分割 127

6.4 彩色图像处理 130

6.4.1 颜色空间 130

6.4.2 颜色分割 133

6.5 移动机器人视觉导航 134

6.5.1 室内移动机器人视觉导航 135

6.5.2 ALV的视觉导航 143

6.6 小结 147

6.7 练习题 147

第7章 移动机器人定位与路径规划 148

7.1 定位的概念 148

7.2 移动机器人的相对定位 149

7.3 移动机器人的绝对定位 150

7.3.1 GPS定位 151

7.3.2 路标定位 153

7.4 路径规划、环境理解与环境建模 154

7.4.1 路径规划的概念 154

7.4.2 环境理解 155

7.4.3 环境建模的典型方法 155

7.5 A＊/D＊法进行路径规划 159

7.5.1 状态空间搜索 159

7.5.2 A＊算法路径规划 161

7.5.3 D＊算法路径规划 162

7.6 遗传算法动态路径规划 163

7.7 基于视觉与自适应模糊的路径导航 166

7.8 移动机器人同步定位与地图构建 171

7.8.1 同步定位与地图构建综述 171

7.8.2 同步定位与地图构建的关键问题 172

7.8.3 基于EKF模型的SLAM算法 172

7.8.4 基于卡尔曼滤波器的SLAM实例 175

7.9 小结 176

7.10 练习题 177

第8章 移动机器人人工智能 178

8.1 人工智能简介 178

8.1.1 人工智能的基础 179

8.1.2 人工智能的研究阶段 184

8.1.3 人工智能的研究对象和范围 185

8.1.4 人工智能的研究与应用领域 186

8.1.5 人工智能的发展方向 188

8.2 人工智能在移动机器人领域的典型应用 189

8.2.1 规划技术 189

8.2.2 感知技术 190

8.2.3 专家系统 191

8.2.4 自然语言理解 192

8.3 人工智能在移动机器人领域中的应用举例 193

8.3.1 专家系统在移动机器人控制中的应用 193

8.3.2 人工智能在移动机器人自主导航技术中的应用 196

8.4 小结 208

8.5 练习题 209

第9章 移动机器人人机接口 210

9.1 人机接口的概念 210

9.2 国内外研究状况 210

9.3 移动机器人人机接口 212

9.3.1 基于操纵杆控制的人机接口 212

9.3.2 基于按键、菜单、触摸屏控制的人机接口 212

9.3.3 基于语音的人机接口 213

9.3.4 基于手势的人机接口 217

9.3.5 基于呼吸控制的人机接口 223

9.3.6 基于注视机制的人机接口 223

9.3.7 基于眼动控制的人机接口 224

9.3.8 基于脑波信号的人机接口 224

9.3.9 基于肌电信学的人机接口 226

9.3.10 远程控制系统中的人机接口 226

9.4 智能轮椅人机接口 228

9.5 信息无障碍人机交互 229

9.5.1 信息无障碍 229

9.5.2 信息无障碍关键技术 230

9.5.3 无障碍人机交互 230

9.6 理想的人机交互与新一代人机交互展望 231

9.7 小结 233

9.8 练习题 233

第10章 智能轮椅 234

10.1 概述 234

10.1.1 引言 234

10.1.2 智能轮椅的国内外研究现状 234

10.1.3 智能轮椅的发展趋势 237

10.2 智能轮椅的机构及功能分析 238

10.2.1 智能轮椅的系统结构 238

10.2.2 智能轮椅系统的硬件结构 239

10.2.3 智能轮椅系统的功能分析 241

10.3 智能轮椅的导航与交互 241

10.3.1 智能轮椅的导航系统 241

10.3.2 智能轮椅的人机交互系统 243

10.4 小结 245

10.5 练习题 246

第11章 智能声控机器人的制作 247

11.1 微控制器主板的制作 247

11.2 电源的选择或制作 251

11.2.1 保险丝的选择 251

11.2.2 倍压和极性转换 252

11.2.3 电池电压检测器 253

11.3 步进电机驱动器的制作 254

11.3.1 步进电机参数 254

11.3.2 步进电机的控制 255

11.4 语音控制的制作 259

11.5 PIC步进电机驱动器的制作 262

11.6 软件系统设计 264

11.7 小结 269

11.8 练习题 269

参考文献 270

名词索引 277