服務機器人系統設計

第1 章緒論/ 1 
　1.1 機器人的定義、應用與發展/ 2 
　　　1.1.1 機器人的應用/ 2 
　　　1.1.2 機器人的發展/ 4 
　1.2 服務機器人/ 8 
　1.3 服務機器人的結構與分類/ 10 
　　　1.3.1 服務機器人的結構/ 10 
　　　1.3.2 服務機器人的分類/ 12 
　1.4 服務機器人控制的主要內容/ 18 
　參考文獻/ 19 

第2 章服務機器人的移動機構/ 20 
　2.1 移動機構/ 21 
　　　2.1.1 單輪移動機構/ 21 
　　　2.1.2 兩輪差動配合小萬向輪機構/ 22 
　　　2.1.3 全向輪式移動機構/ 23 
　　　2.1.4 履帶式移動機構/ 23 
　　　2.1.5 足式機構/ 24 
　2.2 設計舉例/ 26 
　　　2.2.1 輪式移動服務機器人底盤/ 26 
　　　2.2.2 雙足步行機器人/ 29 
　　　2.2.3 履帶式機器人底盤/ 31 
　參考文獻/ 35 

第3 章服務機器人的執行單元/ 36 
　3.1 服務機器人的機械臂/ 37 
　　　3.1.1 四自由度機械臂/ 39 
　　　3.1.2 六自由度機械臂/ 42 
　3.2 機械手/ 46 
　　　3.2.1 二指機械手/ 46 
　　　3.2.2 三指機械手/ 49 
　　　3.2.3 五指機械手/ 52 
　3.3 其他執行單元/ 53 
　　　3.3.1 腕部/ 53 
　　　3.3.2 其他機械手/ 54 
　　　3.3.3 其他機械臂 / 55 
　參考文獻/ 55 

第4 章服務機器人的驅動與控制/ 56 
　4.1 電機的選擇與分類/ 57 
　4.2 電機的控制/ 61 
　　　4.2.1 直流電機的基本特性/ 61 
　　　4.2.2 轉速控制 / 61 
　　　4.2.3 轉向控制/ 64 
　　　4.2.4 電機控制實例/ 68 
　4.3 服務機器人的控制/ 70 
　　　4.3.1 經典PID 控制/ 70 
　　　4.3.2 智能PID 整定概述/ 74 
　參考文獻/ 79 

第5 章服務機器人的運動分析/ 80 
　5.1 服務機器人的位置運動學/ 81 
　　　5.1.1 位置方位描述/ 81 
　　　5.1.2 位置信息與傳感器/ 82 
　　　5.1.3 坐標變換/ 86 
　　　5.1.4 齊次變換及運算/ 92 
　5.2 服務機器人的微分運動與動力學分析/ 94 
　　　5.2.1 底盤運動學分析——雙輪/ 94 
　　　5.2.2 底盤運動學分析——全向輪/ 96 
　5.3 服務機器人的正逆運動學問題/ 104 
　　　5.3.1 剛體的描述/ 105 
　　　5.3.2 正逆運動學問題 / 106 
　　　5.3.3 機械臂的正逆運動學/ 107 
　參考文獻/ 111 

第6 章服務機器人的路徑規劃/ 112 
　6.1 服務機器人的路徑規劃分類/ 113 
　　　6.1.1 離線路徑規劃/ 114 
　　　6.1.2 在線路徑規劃/ 115 
　　　6.1.3 其他路徑規劃算法/ 117 
　6.2 經典路徑規劃方法/ 118 
　　　6.2.1 人工勢場法/ 118 
　　　6.2.2 A* 算法/ 122 
　　　6.2.3 遺傳算法/ 128 
　6.3 服務機器人路徑規劃優化/ 135 
　　　6.3.1 人工勢場法的改進/ 135 
　　　6.3.2 A* 算法的改進/ 137 
　　　6.3.3 遺傳算法的改進/ 140 
　　　6.3.4 服務機器人路徑規劃技術發展/ 142 
　參考文獻/ 143 

第7 章服務機器人的感知/ 145 
　7.1 服務機器人的感知/ 147 
　　　7.1.1 內部感知單元/ 148 
　　　7.1.2 外部感知單元/ 151 
　　　7.1.3 特殊感知單元/ 156 
　7.2 機器視覺/ 158 
　　　7.2.1 機器視覺的組成/ 159 
　　　7.2.2 機器視覺的工作原理/ 161 
　　　7.2.3 機器視覺在服務機器人上的應用/ 168 
　參考文獻/ 172 

第8 章服務機器人的操作系統/ 173 
　8.1 服務機器人的操作系統概述/ 174 
　　　8.1.1 服務機器人操作系統的概述/ 174 
　　　8.1.2 服務機器人操作系統的關鍵技術/ 176 
　8.2 ROS 及其應用/ 178 
　　　8.2.1 ROS 的基本概念/ 179 
　　　8.2.2 ROS 的應用/ 188 
　參考文獻/ 194 

第9 章發展與展望/ 195 
　9.1 發展/ 196 
　9.2 比賽促進技術提升/ 198 
　9.3 未來展望/ 205 
　參考文獻/ 208 
索引/ 209