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第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 机器人的分类与组成 1

1.3 机器人的体系结构 10

1.3.1 分层式体系结构（Hierarchical Architecture） 10

1.3.2 包容式体系结构（Subsumption Architecture） 11

1.3.3 混合式体系结构 12

1.4 移动机器人 13

1.5 机器人竞赛 14

1.5.1 机器人足球比赛 15

1.5.2 机器人灭火比赛 16

1.5.3 国际机器人奥林匹克竞赛 16

1.5.4 FLL世锦赛 17

1.5.5 中国教育机器人大赛 17

1.5.6 中国机器人大赛暨RoboCup公开赛 17

习题 19

第2章 移动机器人的运动机构 20

2.1 腿足式机器人 20

2.1.1 腿的数目 21

2.1.2 腿的自由度 21

2.1.3 稳定性 21

2.1.4 步态规划 22

2.1.5 步态设计 24

2.2 轮式移动机器人 27

2.2.1 轮子的设计 27

2.2.2 常见的轮式底盘结构及运动关系 28

2.2.3 轮子和底盘结构选取的原则 30

习题 31

第3章 移动机器人运动学 32

3.1 运动学概述 32

3.2 运动学模型的建立 32

3.2.1 机器人的位置表示 33

3.2.2 运动学模型 34

3.3 运动学约束 36

3.3.1 轮子运动学约束 36

3.3.2 机器人运动学约束 38

3.4 移动机器人的机动性 41

3.4.1 活动性程度 41

3.4.2 可操纵度 42

3.4.3 机动性 43

3.5 运动控制 43

3.5.1 非完整约束和非完整系统 44

3.5.2 移动机器人运动控制 44

3.5.3 点镇定举例 46

习题 49

第4章 移动机器人驱动 51

4.1 直流电机及其控制、驱动技术 52

4.1.1 直流电机 52

4.1.2 直流电机驱动电路 52

4.1.3 驱动示例 56

4.2 步进电机及其控制、驱动技术 57

4.2.1 步进电机工作原理 57

4.2.2 步进电机驱动 61

4.3 舵机及其驱动、控制技术 62

4.3.1 舵机的工作原理 62

4.3.2 CDS5500舵机 62

4.3.3 舵机调试软件RobotSevo Terminal 67

习题 71

第5章 开发平台 72

5.1 硬件系统 72

5.1.1 结构件 72

5.1.2 控制器 72

5.1.3 传感器 73

5.1.4 执行器 79

5.1.5 下载调试器 79

5.2 软件环境 79

5.2.1 NorthSTAR软件简介 79

5.2.2 控件库 81

5.2.3 NorthSTAR软件设计 84

习题 87

第6章 移动机器人感知 88

6.1 移动机器人的传感器 88

6.1.1 传感器分类 88

6.1.2 红外传感器 89

6.1.3 超声波传感器 91

6.1.4 图像传感器（摄像头） 94

6.2 不确定性的表示 97

6.2.1 误差的统计表示 98

6.2.2 误差的传播 98

6.3 特征提取 99

6.3.1 基于距离数据的特征提取 100

6.3.2 基于可视表象的特征提取 101

习题 102

第7章 移动机器人导航 103

7.1 移动机器人定位 103

7.1.1 定位的基本方法 103

7.1.2 定位用的传感器 105

7.1.3 基于激光雷达的地图匹配自定位 110

7.1.4 基于视觉的运动目标跟踪自定位 111

7.1.5 卫星定位 114

7.2 移动机器人导航技术 114

7.2.1 传统的导航方法 115

7.2.2 智能导航方法 116

习题 118

第8章 多机器人系统 119

8.1 多机器人协作 119

8.1.1 多机器人协作的方法 119

8.1.2 多机器人协作的关键问题 120

8.2 多机器人定位与建图 121

8.2.1 多机器人交替定位建图方法 122

8.2.2 基于栅格地图的复杂环境建图 123

8.2.3 基于PF-EKF的相对观测定位方法 127

8.2.4 基于免疫机理的多机器人建图方法 127

习题 129

第9章 移动机器人设计开发实例 130

9.1 灭火机器人 130

9.1.1 课题背景 130

9.1.2 模拟房子介绍 130

9.1.3 系统总体设计 131

9.1.4 硬件设计 131

9.1.5 软件流程 134

9.1.6 系统调试 135

9.1.7 实物图 136

9.2 擂台机器人 140

9.2.1 课题背景 140

9.2.2 擂台赛场地介绍 140

9.2.3 系统总体设计 141

9.2.4 硬件设计 141

9.2.5 软件设计 144

9.2.6 系统调试 146

9.2.7 实物图 146

9.3 吸尘机器人 150

9.3.1 课题背景 150

9.3.2 模拟房子介绍 151

9.3.3 系统总体设计 151

9.3.4 硬件设计 152

9.3.5 软件设计 154

9.3.6 系统调试 154

9.3.7 实物图 155

习题 161

课程实验 162

实验一 入门实验 162

实验二 简易机械臂 167

实验三 四轮车 169

实验四 机器龟 172

实验五 两轮自平衡小车 177

实验六 语音问答实验 181

实验七 画图机器人 184

参考文献 190