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第1章 绪论 1

1.1机器人的定义及由来 1

1.1.1机器人的定义 1

1.1.2机器人的由来 1

1.2移动机器人简介 2

1.2.1移动机器人的定义 2

1.2.2移动机器人的分类 3

1.3典型移动机器人 3

1.3.1室外移动机器人 3

1.3.2室内移动机器人 7

1.4其他典型移动机器人 8

1.5移动机器人的特点与特征 10

1.5.1移动机器人的特点 10

1.5.2移动机器人的特征 11

1.6移动机器人的关键技术 12

1.6.1移动机器人机构 12

1.6.2移动机器人的控制体系结构 12

1.6.3视觉实时处理技术 16

1.6.4车体的定位技术 17

1.6.5基于多传感器的信息融合技术 18

1.6.6路径规划技术 18

1.6.7车体控制技术 19

1.7移动机器人技术的发展 19

1.8移动机器人竞赛 20

参考文献 21

第2章 移动机器人本体设计 22

2.1走行机构 22

2.1.1足式走行机构 22

2.1.2履带式走行机构 23

2.1.3轮式走行机构 23

2.2走行电动机选型 27

2.2.1电动机简介 27

2.2.2电动机容量及转矩的计算 28

2.3走行机构设计 32

2.3.1驱动轴的设计与校核 33

2.3.2键的设计 35

2.3.3车轮的设计 35

2.3.4一体式轴承座的设计 37

2.3.5从动轮系的结构设计 38

2.3.6车体稳定性分析 39

2.4底盘结构设计 40

2.5提升机构设计 42

2.5.1剪叉式升降平台 42

2.5.2丝杠提升 42

2.6夹持机构设计 43

2.6.1夹持机构运动学分析 44

2.6.2基于MATLAB的夹持机构运动学分析 45

2.6.3基于ADAMS的夹持机构运动学仿真 47

参考文献 50

第3章 移动机器人系统设计基础 52

3.1移动机器人硬件系统知识 52

3.1.1电源系统 53

3.1.2主控模块 57

3.1.3电动机控制模块 61

3.1.4定位信息采集模块 78

3.1.5其他模块 84

3.2机器人软件系统知识 88

3.2.1软件系统设计概要 88

3.2.2软件系统总体设计 90

3.2.3软件系统开发工具介绍 91

3.2.4嵌入式操作系统 101

3.2.5软件抗干扰技术 106

3.2.6通信方式介绍 108

参考文献 122

第4章 移动机器人传感器技术 124

4.1内部传感器 124

4.1.1电位器 124

4.1.2编码器 127

4.1.3陀螺仪 131

4.1.4电子罗盘 136

4.1.5 StarGazer室内定位系统 140

4.1.6 GPS系统 142

4.1.7组合导航系统 148

4.2外部传感器 148

4.2.1接触开关和光电开关 149

4.2.2红外传感器 150

4.2.3超声波传感器 152

4.3需要考虑的问题 157

参考文献 158

第5章 移动机器人自主定位 159

5.1机器人定位模型 159

5.1.1机器人运动方程 160

5.1.2机器人观测方程 161

5.1.3数据关联 162

5.2 Kalman滤波及粒子滤波 162

5.2.1扩展型Kalman滤波器 162

5.2.2粒子滤波器 163

5.3自主定位及地图构建核心框架 164

5.3.1基于扩展Kalman滤波器的机器人自主定位与地图构建 165

5.3.2基于蒙特卡罗方法的机器人自主定位与地图构建 166

5.4 SLAM实验与仿真 169

5.4.1 Tim Bailey仿真平台 169

5.4.2 Carpark数据库 171

参考方献 173

第6章 移动机器人控制技术 174

6.1非完整约束和非完整系统 174

6.2移动机器人控制问题 174

6.2.1移动机器人运动控制研究背景 174

6.2.2移动机器人轨迹跟踪控制研究现状 176

6.2.3移动机器人轨迹跟踪发展趋势 177

6.3移动机器人智能PID控制 178

6.3.1常规PID控制算法简介 178

6.3.2 PID控制方法 178

6.3.3智能PID控制方法 179

6.3.4 PID校正下的直线目标点跟踪算法应用 180

6.3.5 PID校正下的弧线跟踪算法 181

6.4基于Lyapunov理论的移动机器人目标点跟踪算法 183

6.5基于神经网络的移动机器人自适应控制 186

6.6基于虚拟领队的无人车神经网络自适应编队控制 189

6.7一般非线性系统的神经网络自适应控制 195

6.8基于虚拟领队的无人车编队记忆控制 206

参考文献 209

第7章 移动机器人视觉系统 211

7.1机器人视觉系统简述 211

7.1.1机器人视觉的基本概念及作用 211

7.1.2机器人视觉系统的组成 212

7.1.3机器人视觉系统的分类 212

7.2摄像机模型 212

7.2.1单目视觉模型 212

7.2.2双目视觉模型 214

7.3摄像机标定 215

7.3.1摄像机的畸变模型 216

7.3.2摄像机的标定技术 217

7.4利用单目摄像机测量距离及角度 221

7.4.1单目测量与目标物体的距离 221

7.4.2单目测量与目标物体的角度 223

7.5图像处理 225

7.5.1灰度图像与彩色图像 225

7.5.2图像增强 227

7.5.3图像分割 230

7.6物体跟踪 238

7.6.1计算区域的直方图 239

7.6.2卡尔曼滤波 239

7.6.3 MeanShift跟踪算法 241

7.6.4 CamShift跟踪算法 241

参考文献 244

第8章 自主式移动机器人实例 246

8.1智能迎宾移动机器人简介 246

8.2迎宾机器人的控制体系结构 247

8.2.1迎宾机器人控制系统设计 247

8.2.2混合式体系结构 249

8.2.3迎宾机器人的行为管理及运动控制 250

8.2.4迎宾机器人的软件结构 254

8.2.5语音控制及人机交互 255

8.3室外地面无人驾驶车辆（ALV） 258

8.3.1室外地面无人驾驶车辆简介 258

8.3.2 ALV系统功能模块介绍 260

8.3.3视觉环境模型学习与定位 261

8.3.4 BJTU-I无人车辆系统平台简介 264

参考文献 267