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第1章 绪论1

1.1 机器人的出现1

1.1.1 机器人的发展2

1.1.2 现代意义上的机器人3

1.2 机器人的定义、组成和特征4

1.2.1 机器人的定义和组成4

1.2.2 机器人的特征5

1.2.3 机器人的开发准则6

1.3 国内外机器人的发展6

1.3.1 国外机器人的发展7

1.3.2 国内机器人的发展10

1.4 各种典型的机器人12

1.4.1 军用机器人12

1.4.2 工业机器人12

1.4.3 服务机器人13

1.4.4 仿生机器人14

1.4.5 其他机器人15

1.5 机器人带来的影响16

1.6 机器人展望17

第2章 机器人应用技术19

2.1 机器人控制技术19

2.1.1 机器人开环控制19

2.1.2 机器人闭环控制20

2.1.3 机器人PID控制21

2.1.4 助老机器人的开、闭环控制系统设计实例22

2.2 机器人定位技术25

2.2.1 基于航迹推算的定位方法25

2.2.2 基于地图的定位方法26

2.2.3 基于视觉的定位方法26

2.3 机器人基于多传感器的信息融合技术27

2.3.1 多传感器信息融合技术的定义27

2.3.2 多传感器信息处理的典型方法27

2.3.3 多传感器的分布格局28

2.4 机器人模糊控制技术28

2.4.1 模糊控制的发展28

2.4.2 模糊控制的定义29

2.4.3 模糊控制的特点31

2.4.4 模糊控制的应用31

2.5 机器人路径规划技术33

2.5.1 机器人路径规划的定义33

2.5.2 实现机器人路径规划的方法模型33

第3章 机器人系统设计基础36

3.1 行走机构设计36

3.1.1 足式行走机构36

3.1.2 履带式行走机构37

3.1.3 轮式行走机构37

3.2 底盘结构设计40

3.2.1 底盘材料及结构选择40

3.2.2 基于轮式机器人的底盘结构分析40

3.3 电动机选型41

3.3.1 步进电动机简介42

3.3.2 步进电动机选型43

3.3.3 直流电动机简介44

3.3.4 直流电动机选型47

3.4 机械臂机构设计47

3.4.1 机械臂的分类47

3.4.2 机械臂的作用48

3.4.3 机械臂设计要求48

3.5 机器人整体结构材料的选择原则49

3.6 机器人软件系统设计50

3.6.1 机器人软件系统设计概要50

3.6.2 机器人软件系统总体设计52

3.6.3 机器人软件系统开发工具简介52

3.6.4 机器人软件系统开发工具的分类53

第4章 智能车机器人本体设计54

4.1 智能车的底盘安装设计54

4.1.1 智能车的底盘部分组成54

4.1.2 智能车的底盘安装过程55

4.1.3 车轮部件的特点56

4.2 系统硬件组成及安装说明57

4.2.1 直流电动机及驱动模块的选型58

4.2.2 电源及稳压模块的选取60

4.2.3 主控模块61

4.2.4 传感器模块62

4.3 智能车的机械臂设计65

4.3.1 机械臂材料选择65

4.3.2 机械臂结构特征65

4.4 基于C语言的控制程序编写实例67

4.4.1 智能车开环控制及程序设计67

4.4.2 智能车闭环控制及程序设计69

4.4.3 声呐传感器的控制程序设计69

4.4.4 红外传感控制程序70

4.4.5 火焰传感控制程序71

4.4.6 电子罗盘控制程序71

4.4.7 智能车的机械臂控制实例72

4.5 智能车的车身结构设计74

4.5.1 车身模块组成74

4.5.2 车身零部件材料的选择74

4.5.3 车身模块的安装过程75

4.5.4 智能车的整体机械结构76

第5章 机器人视觉系统77

5.1 机器人视觉简介77

5.1.1 机器人视觉相关定义77

5.1.2 机器人视觉基本原理78

5.1.3 机器人视觉要求79

5.1.4 机器人视觉应用79

5.2 摄像机模型80

5.2.1 单目视觉模型80

5.2.2 双目视觉模型82

5.3 图像处理技术82

5.3.1 图像处理技术简介82

5.3.2 图像采集83

5.3.3 图像格式转换84

5.3.4 图像处理软件简介84

5.4 滤波算法简介85

5.4.1 常见的滤波方法85

5.4.2 滤波电路的分类85

5.4.3 智能车的复合滤波算法实验研究实例86

5.5 基于摄像头路径识别的智能车控制系统设计87

5.5.1 硬件结构与方案设计87

5.5.2 控制策略88

5.5.3 电动机转向控制及转速调节89

第6章 机器人传感器技术90

6.1 传感器的作用91

6.2 传感器的分类91

6.3 内部传感器92

6.3.1 电位器93

6.3.2 编码器93

6.3.3 陀螺仪95

6.3.4 电子罗盘98

6.3.5 GPS99

6.4 外部传感器102

6.4.1 接近开关102

6.4.2 光电开关104

6.4.3 红外传感器107

6.4.4 超声波传感器108

6.5 传感器的检测111

6.5.1 位置和角度检测111

6.5.2 速度和角速度的测量112

6.5.3 加速度和角加速度的测量112

6.5.4 姿态检测112

6.6 驱动器113

6.7 传感器编程应用案例113

6.8 小结114

第7章 机器人系统仿真115

7.1 基于SolidWorks的智能车建模115

7.1.1 零部件的绘制方法115

7.1.2 底盘模块的三维建模117

7.1.3 机械臂的建模119

7.1.4 智能车的虚拟装配119

7.2 机器人仿真系统120

7.2.1 机器人仿真应用121

7.2.2 机器人仿真概念121

7.3 搭建机器人仿真模型122

7.3.1 Model Builder简介122

7.3.2 导入机器人仿真模型126

7.3.3 构建机器人仿真模型128

7.4 机器人仿真128

7.4.1 Simulator Project简介128

7.4.2 拼装机器人仿真模型130

7.4.3 构建机器人模型130

7.5 搭建机器人仿真环境131

7.5.1 LabVIEW简介131

7.5.2 创建仿真场景模型132

7.5.3 创建仿真环境133

7.6 典型机器人仿真案例分析133

7.7 小结146

第8章 机器人系统开发147

8.1 myRIO简介147

8.2 创建项目154

8.2.1 创建LabVIEW项目155

8.2.2 添加FPGA目标156

8.3 部署应用程序156

8.3.1 NI myRIO与LabVIEW156

8.3.2 NI LabVIEW RIO架构简介156

8.3.3 部署应用程序至实时控制器158

8.4 基于myRIO的视觉应用案例162

8.4.1 视觉小车的电气系统规划163

8.4.2 算法设计思想及流程164

8.4.3 图像采集模块168

8.4.4 图像处置与阐述模块169

8.4.5 视觉小车抓取过程170

8.4.6 LabVIEW嵌入式开发模块技术要点171

8.5 小结172

参考文献174