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第1章 认识“机器人”1

1.1从“变形金刚”说起1

1.2机器人的发展历程3

1.3机器人与机器人技术4

1.4机器人的组成6

1.5现代机器人技术的研发流程7

1.6现代机器人设计的关键技术8

1.6.1机器人机械设计技术8

1.6.2机器人动力学分析9

1.6.3机器人虚拟样机技术10

1.6.4机器人运动控制技术12

1.6.5机器人传感器与信息融合技术13

1.7机器人技术常用术语16

1.8机器人的应用领域17

1.9世界先进机器人赏析25

1.10机器人技术的发展趋势31

第2章 仿蚂蚁机器人机构设计及其三维造型实现35

2.1 Bill-Ant仿蚂蚁机器人概述35

2.2三维造型软件介绍36

2.3机器人腿部零部件三维造型41

2.4机器人腿部的装配47

2.5机器人身体结构的三维建模51

2.6机器人整体装配53

2.7生成工程图54

2.8对Bill-Ant机器人的改进57

第3章 仿象鼻机器人造型及其运动仿真60

3.1连续体机器人及其应用60

3.2仿象鼻机器人概述61

3.3造型与仿真软件简介62

3.3.1 SolidWorks软件62

3.3.2 ADAMS软件63

3.4仿象鼻机器人三维模型的建立65

3.4.1十字轴万向联轴器的选择与强度校核65

3.4.2仿象鼻机器人整体建模67

3.5基于ADAMS的仿象鼻机器人运动仿真71

3.5.1导入三维造型71

3.5.2 ADAMS中的仿真设置72

3.5.3模型仿真算例77

第4章 六足爬行机器人避障控制技术81

4.1六足爬行机器人简介81

4.2六足爬行机器人运动分析82

4.3控制系统硬件平台设计与实现83

4.3.1驱动舵机83

4.3.2主控制器84

4.3.3电源模块设计87

4.3.4基于Proteus软件的控制系统仿真88

4.4障碍物探测传感器90

4.5控制系统软件设计与实现91

第5章 侦察机器人导航定位技术94

5.1导航系统的硬件设计与实现94

5.1.1 GPS接收板卡的选择及其性能测试94

5.1.2信号处理器芯片的选择及外围电路设计98

5.1.3 GPS信号接收天线101

5.1.4硬件电路、接口设计及其性能测试102

5.2导航系统的软件设计与实现104

5.2.1 GPS定位数据采集105

5.2.2数据坐标转换108

5.2.3实时航迹修正110

第6章 特种机器人超声波测距系统114

6.1传统超声波传感器的原理及其应用114

6.2伪随机序列及其自相关函数117

6.3新型超声波测距系统的测距原理119

6.3.1渡越时间的测定119

6.3.2超声波传播速度的实时测量119

6.3.3信息融合模块119

6.4新型超声波测距系统的硬件电路120

6.4.1超声波测距系统主控板的设计120

6.4.2发射电路121

6.4.3接收电路122

6.4.4数据采集电路124

6.5新型超声波测距系统的软件设计126

6.5.1软件设计的理论基础126

6.5.2 DSP的初始化程序设计127

6.5.3 DSP定时器的设置130

6.5.4 DSP数据采集程序设计131

6.5.5伪随机序列的产生与相关运算134

6.6测距误差补偿137

6.7原理样机及其性能测试138

6.7.1 DSP控制板的调试138

6.7.2 DSP采集模块的调试139

6.7.3外围测距电路的调试140

第7章 警用机器人视觉系统及目标跟踪技术149

7.1机器人视觉概述149

7.2机器人视觉系统的基本原理151

7.3警用机器人153

7.4警用机器人视觉系统154

7.5目标跟踪算法及其实现155

7.5.1算法的整体流程155

7.5.2混合高斯背景建模156

7.5.3形态学处理157

7.5.4基于Mean Shift的目标跟踪157

7.5.5卡尔曼滤波器预测Mean Shift起始点163

7.5.6算法的程序实现与优化163

第8章 移动机器人路径规划技术及其Mobotsim仿真179

8.1什么是机器人路径规划技术179

8.2机器人路径规划方法概述179

8.2.1自由空间法179

8.2.2图搜索法180

8.2.3栅格法180

8.2.4基于遗传算法的路径规划181

8.2.5人工势场法181

8.2.6基于模糊逻辑的路径规划181

8.3模糊逻辑及其实现流程181

8.4基于模糊逻辑的移动机器人实现及其Mobotsim仿真183

8.4.1 Mobotsim仿真软件介绍183

8.4.2基于模糊逻辑的路径规划在Mobotsim仿真软件中的实现184

第9章 四旋翼无人飞行机器人189

9.1四旋翼飞行器简介189

9.2四旋翼飞行器工作原理190

9.3四旋翼飞行器的机身设计192

9.4四旋翼飞行器的控制系统193

9.4.1四旋翼飞行器系统总体架构193

9.4.2四旋翼飞行器系统硬件选择193

9.4.3四旋翼飞行器动力控制系统PWM脉冲宽度调制195

9.4.4四旋翼飞行器核心控制模块196

9.4.5四旋翼飞行器数学模型196

9.4.6数字PID控制算法及仿真198

9.4.7控制系统软件实现199

9.5机载侦察传感器选型201

9.5.1可见光传感器模型201

9.5.2分辨率模型202

9.5.3综合分析203

9.6四旋翼无人飞行器航拍图像拼接技术205

第10章 仿生机器鱼213

10.1仿生机器鱼的优点213

10.2游动机理及沉浮实现方法探讨214

10.3机器鱼的机构设计214

10.3.1摆动机构设计214

10.3.2尾部弹性机构设计217

10.3.3转弯设计217

10.3.4沉浮机构设计217

10.3.5骨架及密封设计219

10.4机器鱼控制系统硬件设计220

10.4.1电机驱动模块设计221

10.4.2信号采集与处理模块226

10.4.3自动避障模块228

10.4.4电源模块设计228

10.5机器鱼控制系统软件设计229

10.6遥控部分及控制界面设计230

10.6.1遥控硬件电路及其实现230

10.6.2串口通信仪233

10.6.3控制界面及下位机程序233

第11章 仿生多足机器人设计236

11.1典型昆虫观测实验与分析236

11.1.1实验器材与实验步骤236

11.1.2弓背蚁平面行进时的上运动规律237

11.1.3弓背蚁攀越障碍时的运动规律238

11.2仿生六足机器人的机构设计239

11.2.1仿生六足机器人机构模型239

11.2.2仿生六足机器人本体设计239

11.2.3仿生六足机器人腿部设计240

11.3仿生六足机器人运动规划242

11.3.1仿生六足机器人步态规划242

11.3.2仿生六足机器人越障运动规划243

11.4控制系统设计244

11.4.1仿生六足机器人控制系统构架244

11.4.2仿生六足机器人控制系统的硬件实现245

11.4.3基于CAN总线的实时通信方案247

11.4.4关节伺服系统结构设计251

11.4.5关节伺服系统硬件实现252

11.4.6仿生六足机器人控制算法设计253

11.5足端压力传感器设计及其信息处理255

11.5.1基于FSR的多足式机器人足端压力传感器设计255

11.5.2基于小波变换的信号滤波研究259

11.6“落足反射”式仿生六足机器人足端轨迹规划策略及其实现262

11.6.1膝跳反射262

11.6.2“落足反射”式足端轨迹规划策略263

11.6.3轨迹规划策略在仿生六足机器人上的实现264

第12章 机器人DIY268

12.1基于Webots仿真软件的机器人设计268

12.1.1 Webots软件介绍268

12.1.2基于Webots仿真软件的智能爬行机器人设计278

12.1.3基于Webots仿真软件的“先锋”机器人设计294

12.2“机器人科创”经验大家谈300

12.2.1活学活用，乐在其中300

12.2.2激情飞扬，一路成长303

12.2.3从挑战杯出发——机器人科创拾遗306

12.2.4改变与超越317

附录1仿蚂蚁机器人主要部件工程图323

附录2六足爬行机器人避障控制程序326

附录3 Binary协议的ID # 20信息块337

附录4 GPS定位数据采集与提取程序339

附录5 pioneer2机器人的运动控制程序346

参考文献349