機器人系統設計與實踐

本書是機器人學科的通識教材。從機器人歷史，基本概念出發，引出機器人的分類。涵蓋了機械原理，材料科學，電子自動化等眾多學科內容介紹。再轉而介紹了機器人系統設計的一些優秀工具軟件，以參加比賽為切入點來學習機器人的系統設計。最後介紹了常見機器人賽事和相關機器人設計思路。本書緊緊結合機器人賽事**熱點，適合所有理工科背景對機器人感興趣的學生做為入門書籍學習。

目錄

 

第1章機器人概述

1.1機器人的概念及發展歷史

1.1.1機器人的概念

1.1.2機器人的發展歷史

1.1.3機器人三定律

1.2機器人的分類及應用

1.3機器人關鍵技術

1.3.1關鍵零部件設計

1.3.2伺服驅動控制技術

1.3.3多傳感器的數據融合

1.3.4定位與導航技術

1.3.5中央控制系統

1.3.6機器人的控制方法

1.4機器人的發展趨勢

1.4.1關鍵技術的發展

1.4.2新興應用領域

1.4.3新技術在機器人領域的拓展

1.4.4留給未來的難題

 

第2章機器人結構設計基礎

2.1機器人本體

2.1.1機器人運動機構

2.1.2機器人執行機構

2.2常見的傳動機構

2.2.1傳動機構概述

2.2.2機械傳動

2.2.3傳動機構設計

2.3執行器

2.3.1末端執行器概述

2.3.2手指式手爪

2.3.3吸盤式手部

2.3.4工具式手部

2.4結構件常用材料及其選擇

2.4.1金屬材料

2.4.2非金屬材料

2.4.3復合材料

2.4.4材料選擇方法

2.53D打印技術

2.5.13D打印技術的概念與起源

2.5.23D打印技術的發展與未來

2.5.33D打印技術工藝介紹

2.5.4零部件3D打印的實現

 

第3章機器人控制技術基礎

3.1控制器的種類及功能

3.1.1常見的機器人控制器

3.1.2STM32單片機介紹

3.2常用傳感器

3.2.1傳感器基本分類

3.2.2內傳感器

3.2.3外傳感器

3.2.4多傳感器信息融合

3.3驅動器及其控制技術

3.3.1驅動器的分類與選取原則

3.3.2驅動器的控制技術

3.4經典控制方法

3.5現代控制方法

3.5.1魯棒控制

3.5.2自適應控制

3.5.3神經網絡控制

3.5.4模糊邏輯控制

3.5.5機器學習

 

第4章機器人系統設計軟件

4.1結構設計軟件

4.1.1二維設計

4.1.2三維設計

4.2結構分析模擬軟件

4.2.1有限元分析

4.2.2動力學模擬

4.3電路設計軟件

4.3.1Altium Designer

4.3.2PADS

4.3.3Cadence Allegro

4.4電路模擬軟件

4.4.1Cadence/OrCAD PSpice

4.4.2Multisim

4.4.3Electronic Workbench

4.4.4Proteus

4.5機器人系統模擬軟件

4.5.1Simbad

4.5.2Webots

4.5.3MATLAB

4.6控制算法實現軟件

4.6.1MDK5 

4.6.2Visual Studio

4.6.3IAR

4.6.4Arduino

 

第5章全向移動機器人設計與實現

5.1全向移動機器人及其分類

5.1.1基於全向輪的移動機器人

5.1.2基於麥克納姆輪的移動機器人

5.2全向移動機器人的總體方案設計

5.2.1機械結構設計

5.2.2硬件系統設計

5.2.3通信系統設計

5.3麥克納姆輪的運動分析

5.3.1麥克納姆輪的結構

5.3.2麥克納姆輪的佈局及運動學分析

5.4全向移動機器人的控制系統

5.4.1控制系統總體架構

5.4.2系統的功能結構

5.4.3系統主要模塊工作原理

5.5全向移動機器人的應用與展望

5.5.1全向移動機器人的應用

5.5.2全向移動機器人的展望

 

第6章機械臂組成與控制

6.1常見機械臂

6.1.1機械臂組成

6.1.2常見機械臂介紹

6.1.3常見機械臂執行機構介紹

6.2機械臂控制方法

6.2.1氣動控制

6.2.2液壓控制

6.2.3電動控制

6.2.4機械式驅動

6.3機械臂的應用

 

第7章機甲大師機器人

7.1RoboMaster機甲大師賽

7.2機甲大師機器人兵種

7.2.1步兵機器人

7.2.2英雄機器人

7.2.3工程機器人

7.2.4哨兵機器人

7.2.5空中機器人

7.2.6飛鏢系統和雷達簡介

7.3步兵機器人的設計與實現

7.3.1總體方案設計

7.3.2底盤設計

7.3.3雲台設計

7.3.4發射系統設計

7.3.5視覺識別系統

7.4英雄機器人

7.4.1上供彈發射機構設計方案

7.4.2下供彈發射機構設計方案

7.4.3雙發射機構設計方案

7.5工程機器人

7.5.1登島設計方案

7.5.2取礦設計方案

7.6哨兵機器人

7.6.1發射佈置策略

7.6.2驅動方案

7.7空中機器人

7.8飛鏢系統與雷達

7.8.1飛鏢系統

7.8.2雷達

7.9結語

 

參考文獻

 

附錄

附錄A機器人主要賽事

附錄B機器人學相關學術期刊和會議

附錄C機器人視覺識別系統