第1章 认识“机器人” 1
1.1从“变形金刚”说起 1
1.2机器人的发展历程 3
1.3机器人与机器人技术 4
1.4机器人的组成 6
1.5现代机器人技术的研发流程 7
1.6现代机器人设计的关键技术 8
1.6.1机器人机械设计技术 8
1.6.2机器人动力学分析 9
1.6.3机器人虚拟样机技术 10
1.6.4机器人运动控制技术 12
1.6.5机器人传感器与信息融合技术 13
1.7机器人技术常用术语 16
1.8机器人的应用领域 17
1.9世界先进机器人赏析 25
1.10机器人技术的发展趋势 31
第2章 仿蚂蚁机器人机构设计及其三维造型实现 35
2.1 Bill-Ant仿蚂蚁机器人概述 35
2.2三维造型软件介绍 36
2.3机器人腿部零部件三维造型 41
2.4机器人腿部的装配 47
2.5机器人身体结构的三维建模 51
2.6机器人整体装配 53
2.7生成工程图 54
2.8对Bill-Ant机器人的改进 57
第3章 仿象鼻机器人造型及其运动仿真 60
3.1连续体机器人及其应用 60
3.2仿象鼻机器人概述 61
3.3造型与仿真软件简介 62
3.3.1 SolidWorks软件 62
3.3.2 ADAMS软件 63
3.4仿象鼻机器人三维模型的建立 65
3.4.1十字轴万向联轴器的选择与强度校核 65
3.4.2仿象鼻机器人整体建模 67
3.5基于ADAMS的仿象鼻机器人运动仿真 71
3.5.1导入三维造型 71
3.5.2 ADAMS中的仿真设置 72
3.5.3模型仿真算例 77
第4章 六足爬行机器人避障控制技术 81
4.1六足爬行机器人简介 81
4.2六足爬行机器人运动分析 82
4.3控制系统硬件平台设计与实现 83
4.3.1驱动舵机 83
4.3.2主控制器 84
4.3.3电源模块设计 87
4.3.4基于Proteus软件的控制系统仿真 88
4.4障碍物探测传感器 90
4.5控制系统软件设计与实现 91
第5章 侦察机器人导航定位技术 94
5.1导航系统的硬件设计与实现 94
5.1.1 GPS接收板卡的选择及其性能测试 94
5.1.2信号处理器芯片的选择及外围电路设计 98
5.1.3 GPS信号接收天线 101
5.1.4硬件电路、接口设计及其性能测试 102
5.2导航系统的软件设计与实现 104
5.2.1 GPS定位数据采集 105
5.2.2数据坐标转换 108
5.2.3实时航迹修正 110
第6章 特种机器人超声波测距系统 114
6.1传统超声波传感器的原理及其应用 114
6.2伪随机序列及其自相关函数 117
6.3新型超声波测距系统的测距原理 119
6.3.1渡越时间的测定 119
6.3.2超声波传播速度的实时测量 119
6.3.3信息融合模块 119
6.4新型超声波测距系统的硬件电路 120
6.4.1超声波测距系统主控板的设计 120
6.4.2发射电路 121
6.4.3接收电路 122
6.4.4数据采集电路 124
6.5新型超声波测距系统的软件设计 126
6.5.1软件设计的理论基础 126
6.5.2 DSP的初始化程序设计 127
6.5.3 DSP定时器的设置 130
6.5.4 DSP数据采集程序设计 131
6.5.5伪随机序列的产生与相关运算 134
6.6测距误差补偿 137
6.7原理样机及其性能测试 138
6.7.1 DSP控制板的调试 138
6.7.2 DSP采集模块的调试 139
6.7.3外围测距电路的调试 140
第7章 警用机器人视觉系统及目标跟踪技术 149
7.1机器人视觉概述 149
7.2机器人视觉系统的基本原理 151
7.3警用机器人 153
7.4警用机器人视觉系统 154
7.5目标跟踪算法及其实现 155
7.5.1算法的整体流程 155
7.5.2混合高斯背景建模 156
7.5.3形态学处理 157
7.5.4基于Mean Shift的目标跟踪 157
7.5.5卡尔曼滤波器预测Mean Shift起始点 163
7.5.6算法的程序实现与优化 163
第8章 移动机器人路径规划技术及其Mobotsim仿真 179
8.1什么是机器人路径规划技术 179
8.2机器人路径规划方法概述 179
8.2.1自由空间法 179
8.2.2图搜索法 180
8.2.3栅格法 180
8.2.4基于遗传算法的路径规划 181
8.2.5人工势场法 181
8.2.6基于模糊逻辑的路径规划 181
8.3模糊逻辑及其实现流程 181
8.4基于模糊逻辑的移动机器人实现及其Mobotsim仿真 183
8.4.1 Mobotsim仿真软件介绍 183
8.4.2基于模糊逻辑的路径规划在Mobotsim仿真软件中的实现 184
第9章 四旋翼无人飞行机器人 189
9.1四旋翼飞行器简介 189
9.2四旋翼飞行器工作原理 190
9.3四旋翼飞行器的机身设计 192
9.4四旋翼飞行器的控制系统 193
9.4.1四旋翼飞行器系统总体架构 193
9.4.2四旋翼飞行器系统硬件选择 193
9.4.3四旋翼飞行器动力控制系统PWM脉冲宽度调制 195
9.4.4四旋翼飞行器核心控制模块 196
9.4.5四旋翼飞行器数学模型 196
9.4.6数字PID控制算法及仿真 198
9.4.7控制系统软件实现 199
9.5机载侦察传感器选型 201
9.5.1可见光传感器模型 201
9.5.2分辨率模型 202
9.5.3综合分析 203
9.6四旋翼无人飞行器航拍图像拼接技术 205
第10章 仿生机器鱼 213
10.1仿生机器鱼的优点 213
10.2游动机理及沉浮实现方法探讨 214
10.3机器鱼的机构设计 214
10.3.1摆动机构设计 214
10.3.2尾部弹性机构设计 217
10.3.3转弯设计 217
10.3.4沉浮机构设计 217
10.3.5骨架及密封设计 219
10.4机器鱼控制系统硬件设计 220
10.4.1电机驱动模块设计 221
10.4.2信号采集与处理模块 226
10.4.3自动避障模块 228
10.4.4电源模块设计 228
10.5机器鱼控制系统软件设计 229
10.6遥控部分及控制界面设计 230
10.6.1遥控硬件电路及其实现 230
10.6.2串口通信仪 233
10.6.3控制界面及下位机程序 233
第11章 仿生多足机器人设计 236
11.1典型昆虫观测实验与分析 236
11.1.1实验器材与实验步骤 236
11.1.2弓背蚁平面行进时的上运动规律 237
11.1.3弓背蚁攀越障碍时的运动规律 238
11.2仿生六足机器人的机构设计 239
11.2.1仿生六足机器人机构模型 239
11.2.2仿生六足机器人本体设计 239
11.2.3仿生六足机器人腿部设计 240
11.3仿生六足机器人运动规划 242
11.3.1仿生六足机器人步态规划 242
11.3.2仿生六足机器人越障运动规划 243
11.4控制系统设计 244
11.4.1仿生六足机器人控制系统构架 244
11.4.2仿生六足机器人控制系统的硬件实现 245
11.4.3基于CAN总线的实时通信方案 247
11.4.4关节伺服系统结构设计 251
11.4.5关节伺服系统硬件实现 252
11.4.6仿生六足机器人控制算法设计 253
11.5足端压力传感器设计及其信息处理 255
11.5.1基于FSR的多足式机器人足端压力传感器设计 255
11.5.2基于小波变换的信号滤波研究 259
11.6“落足反射”式仿生六足机器人足端轨迹规划策略及其实现 262
11.6.1膝跳反射 262
11.6.2“落足反射”式足端轨迹规划策略 263
11.6.3轨迹规划策略在仿生六足机器人上的实现 264
第12章 机器人DIY 268
12.1基于Webots仿真软件的机器人设计 268
12.1.1 Webots软件介绍 268
12.1.2基于Webots仿真软件的智能爬行机器人设计 278
12.1.3基于Webots仿真软件的“先锋”机器人设计 294
12.2“机器人科创”经验大家谈 300
12.2.1活学活用，乐在其中 300
12.2.2激情飞扬，一路成长 303
12.2.3从挑战杯出发——机器人科创拾遗 306
12.2.4改变与超越 317
附录1仿蚂蚁机器人主要部件工程图 323
附录2六足爬行机器人避障控制程序 326
附录3 Binary协议的ID # 20信息块 337
附录4 GPS定位数据采集与提取程序 339
附录5 pioneer2机器人的运动控制程序 346
参考文献 349