移动机器人及其自主化技术

前言

第1章 绪论

1.1 机器人的定义及由来

1.1.1 机器人的定义

1.1.2 机器人的由来

1.2 移动机器人简介

1.2.1 移动机器人的定义

1.2.2 移动机器人的分类

1.3 典型移动机器人

1.3.1 室外移动机器人

1.3.2 室内移动机器人

1.4 其他典型移动机器人

1.5 移动机器人的特点与特征

1.5.1 移动机器人的特点

1.5.2 移动机器人的特征

1.6 移动机器人的关键技术

1.6.1 移动机器人机构

1.6.2 移动机器人的控制体系结构

1.6.3 视觉实时处理技术

1.6.4 车体的定位技术

1.6.5 基于多传感器的信息

融合技术

1.6.6 路径规划技术

1.6.7 车体控制技术

1.7 移动机器人技术的发展

1.8 移动机器人竞赛

参考文献

第2章 移动机器人本体设计

2.1 走行机构

2.1.1 足式走行机构

2.1.2 履带式走行机构

2.1.3 轮式走行机构

2.2 走行电动机选型

2.2.1 电动机简介

2.2.2 电动机容量及转矩的计算

2.3 走行机构设计

2.3.1 驱动轴的设计与校核

2.3.2 键的设计

2.3.3 车轮的设计

2.3.4 一体式轴承座的设计

2.3.5 从动轮系的结构设计

2.3.6 车体稳定性分析

2.4 底盘结构设计

2.5 提升机构设计

2.5.1 剪叉式升降平台

2.5.2 丝杠提升

2.6 夹持机构设计

2.6.1 夹持机构运动学分析

2.6.2 基于MATLAB的夹持机构

运动学分析

2.6.3 基于ADAMS的夹持机构

运动学仿真

参考文献

第3章 移动机器人系统设计基础

3.1 移动机器人硬件系统知识

3.1.1 电源系统

3.1.2 主控模块

3.1.3 电动机控制模块

3.1.4 定位信息采集模块

3.1.5 其他模块

3.2 机器人软件系统知识

3.2.1 软件系统设计概要

3.2.2 软件系统总体设计

3.2.3 软件系统开发工具介绍

3.2.4 嵌入式操作系统

3.2.5 软件抗干扰技术

3.2.6 通信方式介绍

参考文献

第4章 移动机器人传感器技术

4.1 内部传感器

4.1.1 电位器

4.1.2 编码器

4.1.3 陀螺仪

4.1.4 电子罗盘

4.1.5 StarGazer室内定位系统

4.1.6 GPS系统

4.1.7 组合导航系统

4.2 外部传感器

4.2.1 接触开关和光电开关

4.2.2 红外传感器

4.2.3 超声波传感器

4.3 需要考虑的问题

参考文献

第5章 移动机器人自主定位

5.1 机器人定位模型

5.1.1 机器人运动方程

5.1.2 机器人观测方程

5.1.3 数据关联

5.2 Kalman滤波及粒子滤波

5.2.1 扩展型Kalman滤波器

5.2.2 粒子滤波器

5.3 自主定位及地图构建核心框架

5.3.1 基于扩展Kalman滤波器的机器人自主定位与地图构建

5.3.2 基于蒙特卡罗方法的机器人自主定位与地图构建

5.4 SLAM实验与仿真

5.4.1 TimBailey仿真平台

5.4.2 Carpark数据库

参考方献

第6章 移动机器人控制技术

6.1 非完整约束和非完整系统

6.2 移动机器人控制问题

6.2.1 移动机器人运动控制研究背景

6.2.2 移动机器人轨迹跟踪

控制研究现状

6.2.3 移动机器人轨迹跟踪发展趋势

6.3 移动机器人智能PID控制

6.3.1 常规PID控制算法简介

6.3.2 PID控制方法

6.3.3 智能PID控制方法

6.3.4 PID校正下的直线目标点

跟踪算法应用

6.3.5 PID校正下的弧线跟踪算法

6.4 基于Lyapunov理论的移动机器人

目标点跟踪算法

6.5 基于神经网络的移动机器人

自适应控制

6.6 基于虚拟领队的无人车神经网络

自适应编队控制

6.7 一般非线性系统的神经网络

自适应控制

6.8 基于虚拟领队的无人车编队

记忆控制

参考文献

第7章 移动机器人视觉系统

7.1 机器人视觉系统简述

7.1.1 机器人视觉的基本概念及作用

7.1.2 机器人视觉系统的组成

7.1.3 机器人视觉系统的分类

7.2 摄像机模型

7.2.1 单目视觉模型

7.2.2 双目视觉模型

7.3 摄像机标定

7.3.1 摄像机的畸变模型

7.3.2 摄像机的标定技术

7.4 利用单目摄像机测量距离及角度

7.4.1 单目测量与目标物体的距离

7.4.2 单目测量与目标物体的角度

7.5 图像处理

7.5.1 灰度图像与彩色图像

7.5.2 图像增强

7.5.3 图像分割

7.6 物体跟踪

7.6.1 计算区域的直方图

7.6.2 卡尔曼滤波

7.6.3 MeanShift跟踪算法

7.6.4 CamShift跟踪算法

参考文献

第8章 自主式移动机器人实例

8.1 智能迎宾移动机器人简介

8.2 迎宾机器人的控制体系结构

8.2.1 迎宾机器人控制系统设计

8.2.2 混合式体系结构

8.2.3 迎宾机器人的行为管理及

运动控制

8.2.4 迎宾机器人的软件结构

8.2.5 语音控制及人机交互

8.3 室外地面无人驾驶车辆（ALV）

8.3.1 室外地面无人驾驶

车辆简介

8.3.2 ALV系统功能模块介绍

8.3.3 视觉环境模型学习与定位

8.3.4 BJTU-I无人车辆系统

平台简介

参考文献

《移动机器人及其自主化技术》全面深入地介绍了移动机器人的相关理论和关键技术。全书共分8章，内容包括移动机器人的系统组成与体系结构、移动机器人本体设计、移动机器人系统设计基础、移动机器人传感器技术、移动机器人定位、移动机器人控制技术、称动机器人视觉系统、自主式移动机器人实例等。本书内容新颖，注重基础，强调理论联系实际，并较为系统地介绍了移动机器人系统实际设计步骤及方法，用实例阐述了相关算法的应用，同时还兼顾移动机器人技术的广度和深度，介绍了一些新的技术和新的方法，以帮助读者开阔视野。
　　《移动机器人及其自主化技术》可作为高等院校自动化专业、计算机、机电工程、信息工程、电子信息工程等专业本科生、研究生教材，也可作为移动机器人技术入门学习的参考书。

★《移动机器人及其自主化技术》是作者结合自身的研究工作，吸收和借鉴国内外期刊论文的最新研究成果及相关书籍内容编著而成。

　　★《移动机器人及其自主化技术》遵循理论与实际相结合、侧重基本原理、体现研究重点、兼顾实际应用的原则，尽可能地综合移动机器人研究的各个方面。

　　★不仅注重基础，为移动机器人技术入门学习提供系统的理论指导，而且强调理论联系实际，较为深入介绍机器人系统实际设计步骤及方法，同时还兼顾移动机器人技术的广度和深度，介绍了一些新的技术和新的方法，以帮助读者开阔视野。