第1章 绪论 1
1.1 机器人的出现 1
1.1.1 机器人的发展 2
1.1.2 现代意义上的机器人 3
1.2 机器人的定义、组成和特征 4
1.2.1 机器人的定义和组成 4
1.2.2 机器人的特征 5
1.2.3 机器人的开发准则 6
1.3 国内外机器人的发展 6
1.3.1 国外机器人的发展 7
1.3.2 国内机器人的发展 10
1.4 各种典型的机器人 12
1.4.1 军用机器人 12
1.4.2 工业机器人 12
1.4.3 服务机器人 13
1.4.4 仿生机器人 14
1.4.5 其他机器人 15
1.5 机器人带来的影响 16
1.6 机器人展望 17
第2章 机器人应用技术 19
2.1 机器人控制技术 19
2.1.1 机器人开环控制 19
2.1.2 机器人闭环控制 20
2.1.3 机器人PID控制 21
2.1.4 助老机器人的开、闭环控制系统设计实例 22
2.2 机器人定位技术 25
2.2.1 基于航迹推算的定位方法 25
2.2.2 基于地图的定位方法 26
2.2.3 基于视觉的定位方法 26
2.3 机器人基于多传感器的信息融合技术 27
2.3.1 多传感器信息融合技术的定义 27
2.3.2 多传感器信息处理的典型方法 27
2.3.3 多传感器的分布格局 28
2.4 机器人模糊控制技术 28
2.4.1 模糊控制的发展 28
2.4.2 模糊控制的定义 29
2.4.3 模糊控制的特点 31
2.4.4 模糊控制的应用 31
2.5 机器人路径规划技术 33
2.5.1 机器人路径规划的定义 33
2.5.2 实现机器人路径规划的方法模型 33
第3章 机器人系统设计基础 36
3.1 行走机构设计 36
3.1.1 足式行走机构 36
3.1.2 履带式行走机构 37
3.1.3 轮式行走机构 37
3.2 底盘结构设计 40
3.2.1 底盘材料及结构选择 40
3.2.2 基于轮式机器人的底盘结构分析 40
3.3 电动机选型 41
3.3.1 步进电动机简介 42
3.3.2 步进电动机选型 43
3.3.3 直流电动机简介 44
3.3.4 直流电动机选型 47
3.4 机械臂机构设计 47
3.4.1 机械臂的分类 47
3.4.2 机械臂的作用 48
3.4.3 机械臂设计要求 48
3.5 机器人整体结构材料的选择原则 49
3.6 机器人软件系统设计 50
3.6.1 机器人软件系统设计概要 50
3.6.2 机器人软件系统总体设计 52
3.6.3 机器人软件系统开发工具简介 52
3.6.4 机器人软件系统开发工具的分类 53
第4章 智能车机器人本体设计 54
4.1 智能车的底盘安装设计 54
4.1.1 智能车的底盘部分组成 54
4.1.2 智能车的底盘安装过程 55
4.1.3 车轮部件的特点 56
4.2 系统硬件组成及安装说明 57
4.2.1 直流电动机及驱动模块的选型 58
4.2.2 电源及稳压模块的选取 60
4.2.3 主控模块 61
4.2.4 传感器模块 62
4.3 智能车的机械臂设计 65
4.3.1 机械臂材料选择 65
4.3.2 机械臂结构特征 65
4.4 基于C语言的控制程序编写实例 67
4.4.1 智能车开环控制及程序设计 67
4.4.2 智能车闭环控制及程序设计 69
4.4.3 声呐传感器的控制程序设计 69
4.4.4 红外传感控制程序 70
4.4.5 火焰传感控制程序 71
4.4.6 电子罗盘控制程序 71
4.4.7 智能车的机械臂控制实例 72
4.5 智能车的车身结构设计 74
4.5.1 车身模块组成 74
4.5.2 车身零部件材料的选择 74
4.5.3 车身模块的安装过程 75
4.5.4 智能车的整体机械结构 76
第5章 机器人视觉系统 77
5.1 机器人视觉简介 77
5.1.1 机器人视觉相关定义 77
5.1.2 机器人视觉基本原理 78
5.1.3 机器人视觉要求 79
5.1.4 机器人视觉应用 79
5.2 摄像机模型 80
5.2.1 单目视觉模型 80
5.2.2 双目视觉模型 82
5.3 图像处理技术 82
5.3.1 图像处理技术简介 82
5.3.2 图像采集 83
5.3.3 图像格式转换 84
5.3.4 图像处理软件简介 84
5.4 滤波算法简介 85
5.4.1 常见的滤波方法 85
5.4.2 滤波电路的分类 85
5.4.3 智能车的复合滤波算法实验研究实例 86
5.5 基于摄像头路径识别的智能车控制系统设计 87
5.5.1 硬件结构与方案设计 87
5.5.2 控制策略 88
5.5.3 电动机转向控制及转速调节 89
第6章 机器人传感器技术 90
6.1 传感器的作用 91
6.2 传感器的分类 91
6.3 内部传感器 92
6.3.1 电位器 93
6.3.2 编码器 93
6.3.3 陀螺仪 95
6.3.4 电子罗盘 98
6.3.5 GPS 99
6.4 外部传感器 102
6.4.1 接近开关 102
6.4.2 光电开关 104
6.4.3 红外传感器 107
6.4.4 超声波传感器 108
6.5 传感器的检测 111
6.5.1 位置和角度检测 111
6.5.2 速度和角速度的测量 112
6.5.3 加速度和角加速度的测量 112
6.5.4 姿态检测 112
6.6 驱动器 113
6.7 传感器编程应用案例 113
6.8 小结 114
第7章 机器人系统仿真 115
7.1 基于SolidWorks的智能车建模 115
7.1.1 零部件的绘制方法 115
7.1.2 底盘模块的三维建模 117
7.1.3 机械臂的建模 119
7.1.4 智能车的虚拟装配 119
7.2 机器人仿真系统 120
7.2.1 机器人仿真应用 121
7.2.2 机器人仿真概念 121
7.3 搭建机器人仿真模型 122
7.3.1 Model Builder简介 122
7.3.2 导入机器人仿真模型 126
7.3.3 构建机器人仿真模型 128
7.4 机器人仿真 128
7.4.1 Simulator Project简介 128
7.4.2 拼装机器人仿真模型 130
7.4.3 构建机器人模型 130
7.5 搭建机器人仿真环境 131
7.5.1 LabVIEW简介 131
7.5.2 创建仿真场景模型 132
7.5.3 创建仿真环境 133
7.6 典型机器人仿真案例分析 133
7.7 小结 146
第8章 机器人系统开发 147
8.1 myRIO简介 147
8.2 创建项目 154
8.2.1 创建LabVIEW项目 155
8.2.2 添加FPGA目标 156
8.3 部署应用程序 156
8.3.1 NI myRIO与LabVIEW 156
8.3.2 NI LabVIEW RIO架构简介 156
8.3.3 部署应用程序至实时控制器 158
8.4 基于myRIO的视觉应用案例 162
8.4.1 视觉小车的电气系统规划 163
8.4.2 算法设计思想及流程 164
8.4.3 图像采集模块 168
8.4.4 图像处置与阐述模块 169
8.4.5 视觉小车抓取过程 170
8.4.6 LabVIEW嵌入式开发模块技术要点 171
8.5 小结 172
参考文献 174