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内容大纲
本书主要对机器人的分析、设计、控制、同时定位与创建(SLAM)等技术进行讲解,并采用MWORKS软件对其相关模型进行设计与仿真。首先,介绍MWORKS和Sysplorer软件及机器人相关基础知识;其次,对关节机器人和仿人机器人的运动学、静力学和动力学理论基础进行介绍,并采用MWORKS的相关模块进行仿真分析;再次,讨论轮式机器人的运动学模型及在MWORKS软件下相关控制算法的设计与实现;最后介绍SLAM技术及其在实际机器人平台中的应用。
本书适合作为高等院校相关专业本科生、研究生教材,也可供相关领域的工程技术人员参考。 -
作者介绍
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目录
第1章 认识MWORKS
1.1 走进MWORKS
1.1.1 MWORKS软件概述
1.1.2 MWORKS产品体系结构
1.1.3 Sysplorer介绍
1.2 熟悉Sysplorer建模
1.2.1 Modelica语言基础
1.2.2 Modelica数组
1.2.2.1 创建数组
1.2.2.2 合并数组
1.2.2.3 查询数组信息
1.3 Sysplorer
1.3.1 初识Sysplorer
1.3.2 模型的建立
1.3.3 文本建模与子系统
本章小结
习题
第2章 机器人的基础知识
2.1 走进机器人
2.1.1 机器人发展简史
2.1.2 机器人分类
2.1.3 人工智能与智能机器人
2.2 熟悉机器人的结构与组成
2.2.1 机械结构与设计
2.2.2 电气控制系统的设计与实现
2.2.3 环境感知
本章小结
习题
第3章 关节机器人的系统建模与
3.1 机器人的结构
3.2 基于Sysplorer的机器人机械模型
3.2.1 机械组件
3.2.2 模型构建
3.3 关节机器人运动轨迹的设计
3.3.1 三次多项式值
3.3.2 基于Modelica的值模块
3.4 基于Sysplorer的二连杆移动模型的构建
3.4.1 二连杆末端执行器的几何解法
3.4.2 二连杆路径规划
3.5 关节机器人的运动学基础
3.5.1 D-H表示法与连杆坐标系的建立
3.5.2 利用拉格朗日法导出关节机器人的机械结构模型
3.6 关节机器人电气结构的数学建模与
3.6.1 直流电机和减速器的数学模型
3.6.2 机器人驱动系统的模型
3.7 机器人的控制
3.7.1 如何控制机器人
3.7.2 机器人的轨迹控制
3.7.3 PID控制
3.8 基于Sysplorer的机器人实例
3.8.1 控制总线模块
3.8.2 机器人的轴模型
3.8.3 运动规划器模型
3.8.4 基于Sysplorer的二连杆机器人的实例
本章小结
习题
第4章 仿人机器人的系统建模与
4.1 仿人机器人的步行和跑步运动规划研究
4.2 仿人机器人的运动学与动力学模型
4.2.1 步行和跑步的运动学模型
4.2.2 步行和跑步的动力学模型
4.3 基于Sysplorer的仿人机器人的机械模型
4.4 基于Cart-table模型的步行和跑步步态规划方法
4.5 仿人机器人的稳定性分析
4.5.1 双足与地面的约束
4.5.2 基于ZMP的稳定性分析
4.5.3 仿人机器人上身姿态的控制
4.5.4 基于线性倒立摆的双足步态生成
4.5.5 线性倒立摆模型的构建
4.5.6 仿人机器人系统模型的构建
本章小结
习题
第5章 轮式移动机器人的运动学模型
5.1 引言
5.2 轮式移动机器人
5.2.1 车轮类型
5.2.2 转向方式
5.3 轮式移动机器人的运动学模型
5.3.1 两轮差速模型
5.3.2 四轮差速模型
5.3.3 四轮阿克曼模型
5.3.4 四轮驱动(SSMR)机器人运动学模型
5.3.5 全向移动机器人运动学模型
5.4 基于Sysplorer的机器人实例
5.4.1 基于TADynamics模型库的四轮阿克曼模型的构建
5.4.2 基于Modelica模型库的三轮全向机器人模型的构建
本章小结
习题
第6章 轮式移动机器人的SLAM导航
6.1 ROS入门备知识
6.1.1 ROS简介
6.1.2 ROS系统架构
6.1.3 ROS调试工具
6.1.4 ROS节点通信
6.2 SLAM算法简述
6.3 视觉SLAM算法
6.3.1 ORB-SLAM3算法
6.3.2 SVO2算法
6.3.3 DynaSLAM算法
6.4 激光SLAM算法
6.4.1 Gmapping算法
6.3.2 Cartographer算法
本章小结
习题
第7章 机器人SLAM导航综合实战平台
7.1 引言
7.2 运行机器人平台上的传感器
7.2.1 启动机器人底盘的ROS驱动
7.2.2 运行2D激光雷达的ROS驱动
7.2.3 运行3D16线激光雷达的ROS驱动
7.2.4 运行IMU的ROS驱动
7.2.5 运行RGB-D相机的ROS驱动
7.3 运行SLAM系统的建图功能
7.3.1 运行激光SLAM系统的建图功能
7.3.2 运行视觉SLAM系统的建图功能
本章小结
习题
附录AMWORKS.Sysplorer2023b教育版安装与配置
A.1 概述
A.1.1 安装激活须知
A.1.2 运行环境
A.1.3 安装文件
A.2 软件安装
A.2.1 次安装
A.2.2 升/降级安装
A.3 授权申请
A.3.1 未授权状态
A.3.2 账户注册
A.3.3 许可激活
A.3.4 授权模块清单
A.4 次使用MWORKS.Sysplorer
A.4.1 C/C++编译器设置
A.4.2 设置界面选项
A.4.3 帮助文档
A.5 卸载MWORKS.Sysplorer
A.5.1 快捷程序卸载
A.5.2 通过控制面板卸载
A.6 常见问题与解决方案
A.6.1 软件启动失败
A.6.2 软件失败
A.6.3 无法检测到本地VC编译器
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