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内容大纲
本书作为机器人领域的入门教材,旨在为初学者学习机器人相关知识和技术提供一个全面而深入的视角。首先,通过概述机器人的发展历史、应用分类和技术组成,帮助读者建立对机器人技术的初步认识。其次,对研制机器人所涉及的核心关键技术做了系统性阐述。本书共8章,全面深入地介绍了机器人技术的不同组成部分,包括机器人的机械结构、动力系统、传感技术、微控制器、机器视觉、机器人规划和定位与建图,指导读者搭建机器人躯体、组建感知和控制系统,并对移动机器人运动进行定位和规划,这些都是构建一个功能完备的机器人不可或缺的要素。
本书适合作为普通高校机器人、自动化、人工智能、智能制造等专业的教材,为学生进一步深入学习机器人相关知识奠定基础。本书也可作为相关工程技术人员的参考资料。 -
作者介绍
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目录
序
前言
第1章 绪论
1.1 机器人的定义与分类
1.2 机器人的发展与应用
1.3 机器人关键技术
本章小结
习题
参考文献
第2章 机器人机构
2.1 机构设计概述
2.1.1 基本概念
2.1.2 设计流程
2.1.3 设计准则
2.2 机构传动
2.2.1 渐开线的形成
2.2.2 主要参数及计算
2.2.3 定常传动比与中心距
2.2.4 齿轮轮系
2.2.5 机器人齿轮传动应用案例
2.2.6 连杆机构及特点
2.2.7 平面四连杆类型
2.2.8 平面四连杆机构的计算
2.3 轴系
2.3.1 滚动轴承
2.3.2 滑动轴承
2.3.3 轴系安装与使用
2.4 紧固与联接
2.4.1 键联接
2.4.2 销联接
2.4.3 胶接
2.4.4 紧定螺钉联接
2.4.5 联轴器联接
本章小结
习题
参考文献
第3章 机器人驱动
3.1 驱动的功能与类型
3.1.1 驱动的功能
3.1.2 驱动的类型
3.2 直流电机的工作原理
3.2.1 有刷直流电机
3.2.2 无刷直流电机
3.2.3 电机的控制模型
3.3 直流电机驱动
3.3.1 电机调速原理
3.3.2 脉宽调制技术
3.3.3 直流电机驱动器
3.4 直流电机伺服控制
3.4.1 开环控制
3.4.2 闭环控制
3.4.3 伺服的替代方案
3.5 驱动的选型
本章小结
习题
参考文献
第4章 机器人传感器
4.1 机器人传感器概述
4.1.1 机器人传感器的定义与作用
4.1.2 机器人传感器的分类
4.1.3 机器人传感器的性能
4.1.4 机器人传感器信号处理
4.1.5 机器人传感器系统展望
4.2 机器人位置姿态传感器
4.2.1 机器人位置传感器
4.2.2 机器人姿态传感器
4.3 机器人运动传感器
4.3.1 机器人速度传感器
4.3.2 机器人加速度传感器
4.3.3 机器人角速度传感器
4.3.4 基于卡尔曼滤波的运动学传感器抗噪应用案例
4.4 机器人测距传感器
4.4.1 超声波测距传感器
4.4.2 激光测距传感器
4.4.3 红外测距传感器
4.4.4 其他测距传感器
4.5 视觉传感器
4.5.1 视觉传感器分类及工作原理
4.5.2 标定方法
4.5.3 基于视觉YOLOv5的喷码识别应用案例
4.6 力触觉传感器
4.6.1 力触觉传感器分类与工作原理
4.6.2 多维力触觉信号解耦方法
4.6.3 基于光纤光栅式六维力传感器的设计案例
4.7 机器人其他传感器
本章小结
习题
参考文献
第5章 机器人微控制器
5.1 机器人微控制器概述
5.1.1 微控制器的定义
5.1.2 微控制器的发展历史
5.1.3 微控制器的性能指标
5.1.4 微控制器的发展趋势
5.2 微控制器原理
5.2.1 微控制器的组成
5.2.2 微控制器的工作过程
5.3 微控制器模块与接口技术
5.3.1 通用输入/输出
5.3.2 定时器/计数器
5.3.3 中断
5.3.4 串行通信
5.4 Arduino微控制器
5.4.1 Arduino微控制器概述
5.4.2 Arduino微控制器接口
5.4.3 Arduino微控制器编程
5.4.4 Arduino微控制器应用
本章小结
习题
参考文献
第6章 机器人视觉
6.1 机器人视觉简介
6.1.1 传感器及成像原理
6.1.2 常见机器人视觉应用
6.1.3 机器人视觉的挑战
6.2 图像及相机建模
6.2.1 图像
6.2.2 相机建模
6.2.3 相机标定
6.3 三维建模
6.3.1 双目几何
6.3.2 双目矫正
6.3.3 双目匹配
6.4 特征检测与匹配
6.4.1 特征点
6.4.2 描述子
6.4.3 特征匹配及位姿估计
6.5 物体语义理解
6.5.1 样例识别
6.5.2 物体分类
本章小结
习题
参考文献
第7章 机器人规划
7.1 机器人规划简介
7.1.1 运动规划基本概念
7.1.2 常用导航地图形式
7.2 基于搜索的路径规划算法
7.2.1 基于搜索的路径规划算法概述
7.2.2 深度优先搜索
7.2.3 广度优先搜索
7.2.4 贪心算法
7.2.5 Dijkstra算法
7.2.6 A*算法
7.3 基于采样的路径规划算法
7.3.1 基于采样的路径规划算法概述
7.3.2 概率路线图算法
7.3.3 快速探索随机树算法
7.3.4 RRT*算法及改进算法
7.4 轨迹优化
7.4.1 轨迹优化基本介绍
7.4.2 光滑一维轨迹生成
7.4.3 Minimum snap轨迹生成
7.4.4 软约束和硬约束下的轨迹优化
7.5 应用实例
7.5.1 基于可行空间的轨迹优化实例
7.5.2 软约束的轨迹优化实例
本章小结
习题
参考文献
第8章 机器人定位与建图
8.1 机器人定位与建图简介
8.1.1 机器人自主导航基本概念
8.1.2 机器人定位基本概念
8.1.3 机器人建图基本概念
8.1.4 机器人同步定位与建图基本概念
8.2 机器人定位的主要方法
8.2.1 基于外部设备感知的定位
8.2.2 不依赖外部设备感知的自主定位
8.2.3 贝叶斯滤波框架下的自主定位算法
8.3 机器人地图的表示
8.3.1 稀疏特征点地图
8.3.2 稠密点云地图
8.3.3 占用栅格地图
8.3.4 语义地图
8.3.5 拓扑地图
8.4 机器人同步定位与建图的常用算法
8.4.1 基于二维激光雷达的同步定位与建图常用算法
8.4.2 基于三维激光雷达的同步定位与建图常用算法
8.4.3 基于视觉的同步定位与建图常用算法
8.4.4 基于多传感器信息融合的同步定位与建图常用算法
8.5 机器人定位与建图的挑战与发展趋势
8.5.1 机器人定位与建图面临的挑战
8.5.2 机器人定位与建图的发展趋势
本章小结
习题
参考文献
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