书籍详情
机器人系统设计与实践
作者：张志安，雷晓云
出版社：清华大学出版社
出版时间：2023-07-01
ISBN：9787302635895
定价：¥49.80
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内容简介
本书向读者介绍了机器人领域的相关专业知识，在此基础上详细讲解了如何基于任务要求设计一款全向移动机器人，从总体方案设计、结构设计、控制系统设计等方面全面讲解。本书首先概述了机器人的基本概念、发展历史、关键技术、发展趋势等。从机器人系统设计的角度出发，介绍了机器人的结构设计基础知识，涵盖机器人结构设计的关键零部件设计及其材料的选择。从机器人控制系统方向，介绍了核心控制芯片、常用传感器类型、驱动控制技术及控制算法。同时对机器人设计涉及的结构设计及仿真、电路设计及仿真、系统设计及仿真、算法实现等常用软件进行了介绍。以机甲大师竞赛机器人为基础，对全向移动机器人的系统设计与实现、不同种类机器人的设计与实现进行了详细的分析与讲解。本书适用于机器人工程、智能制造、人工智能等新兴学科专业，同时也适用于传统新工科专业，是大学生自主学习机器人技术的一本参考书目。
作者简介
张志安，主持863项目负责人1项，主持及参与 项目5项，省部级项目3项，横向项目30余项，年均经费150余万元
目录
第1章 机器人概述
1.1 机器人的概念及发展历史
1.1.1 机器人的概念
1.1.2 机器人的发展历史
1.1.3 机器人三定律
1.2 机器人的分类及应用
1.3 机器人关键技术
1.3.1 关键零部件设计
1.3.2 伺服驱动控制技术
1.3.3 多传感器的数据融合
1.3.4 定位与导航技术
1.3.5 中央控制系统
1.3.6 机器人的控制方法
1.4 机器人的发展趋势
1.4.1 关键技术的发展
1.4.2 新兴应用领域
1.4.3 新技术在机器人领域的拓展
1.4.4 留给未来的难题
第2章 机器人结构设计基础
2.1 机器人本体
2.1.1 机器人运动机构
2.1.2 机器人执行机构
2.2 常见的传动机构
2.2.1 传动机构概述
2.2.2 机械传动
2.2.3 传动机构设计
2.3 执行器
2.3.1 末端执行器概述
2.3.2 手指式手爪
2.3.3 吸盘式手部
2.3.4 工具式手部
2.4 结构件常用材料及其选择
2.4.1 金属材料
2.4.2 非金属材料
2.4.3 复合材料
2.4.4 材料选择方法
2.5 3D打印技术
2.5.1 3D打印技术的概念与起源
2.5.2 3D打印技术的发展与未来
2.5.3 3D打印技术工艺介绍
2.5.4 零部件3D打印的实现
第3章 机器人控制技术基础
3.1 控制器的种类及功能
3.1.1 常见的机器人控制器
3.1.2 STM32单片机介绍
3.2 常用传感器
3.2.1 传感器基本分类
3.2.2 内传感器
3.2.3 外传感器
3.2.4 多传感器信息融合
3.3 驱动器及其控制技术
3.3.1 驱动器的分类与选取原则
3.3.2 驱动器的控制技术
3.4 经典控制方法
3.5 现代控制方法
3.5.1 鲁棒控制
3.5.2 自适应控制
3.5.3 神经网络控制
3.5.4 模糊逻辑控制
3.5.5 机器学习
第4章 机器人系统设计软件
4.1 结构设计软件
4.1.1 二维设计
4.1.2 三维设计
4.2 结构分析仿真软件
4.2.1 有限元分析
4.2.2 动力学仿真
4.3 电路设计软件
4.3.1 Altlum Designer
4.3.2 PADS
4.3.3 Cadence Allegro
4.4 电路仿真软件
4.4.1 Cadence/OrCAD PSpice
4.4.2 Multisim
4.4.3 Electronic Workbench
4.4.4 Proteus
4.5 机器人系统仿真软件
4.5.1 Simbad
4.5.2 Webots
4.5.3 MATLAB
4.6 控制算法实现软件
4.6.1 MDK5
4.6.2 Visual Studio
4.6.3 IAR
4.6.4 Arduino
第5章 全向移动机器人设计与实现
5.1 全向移动机器人及其分类
5.1.1 基于全向轮的移动机器人
5.1.2 基于麦克纳姆轮的移动机器人
5.2 全向移动机器人的总体方案设计
5.2.1 机械结构设计
5.2.2 硬件系统设计
5.2.3 通信系统设计
5.3 麦克纳姆轮的运动分析
5.3.1 麦克纳姆轮的结构
5.3.2 麦克纳姆轮的布局及运动学分析
5.4 全向移动机器人的控制系统
5.4.1 控制系统总体架构
5.4.2 系统的功能结构
5.4.3 系统主要模块工作原理
5.5 全向移动机器人的应用与展望
5.5.1 全向移动机器人的应用
5.5.2 全向移动机器人的展望
第6章 机械臂组成与控制
6.1 常见机械臂
6.1.1 机械臂组成
6.1.2 常见机械臂介绍
6.1.3 常见机械臂执行机构介绍
6.2 机械臂控制方法
6.2.1 气动控制
6.2.2 液压控制
6.2.3 电动控制
6.2.4 机械式驱动
6.3 机械臂的应用
第7章 机甲大师机器人
7.1 RoboMaster机甲大师赛
7.2 机甲大师机器人兵种
7.2.1 步兵机器人
7.2.2 英雄机器人
7.2.3 工程机器人
7.2.4 哨兵机器人
7.2.5 空中机器人
7.2.6 飞镖系统和雷达简介
7.3 步兵机器人的设计与实现
7.3.1 总体方案设计
7.3.2 底盘设计
7.3.3 云台设计
7.3.4 发射系统设计
7.3.5 视觉识别系统
7.4 英雄机器人
7.4.1 上供弹发射机构设计方案
7.4.2 下供弹发射机构设计方案
7.4.3 双发射机构设计方案
7.5 工程机器人
7.5.1 登岛设计方案
7.5.2 取矿设计方案
7.6 哨兵机器人
7.6.1 发射布置策略
7.6.2 驱动方案
7.7 空中机器人
7.8 飞镖系统与雷达
7.8.1 飞镖系统
7.8.2 雷达
7.9 结语
参考文献
附录
附录A 机器人主要赛事
附录B 机器人学相关学术期刊和会议
附录C 机器人视觉识别系统
1.1 机器人的概念及发展历史
1.1.1 机器人的概念
1.1.2 机器人的发展历史
1.1.3 机器人三定律
1.2 机器人的分类及应用
1.3 机器人关键技术
1.3.1 关键零部件设计
1.3.2 伺服驱动控制技术
1.3.3 多传感器的数据融合
1.3.4 定位与导航技术
1.3.5 中央控制系统
1.3.6 机器人的控制方法
1.4 机器人的发展趋势
1.4.1 关键技术的发展
1.4.2 新兴应用领域
1.4.3 新技术在机器人领域的拓展
1.4.4 留给未来的难题
第2章 机器人结构设计基础
2.1 机器人本体
2.1.1 机器人运动机构
2.1.2 机器人执行机构
2.2 常见的传动机构
2.2.1 传动机构概述
2.2.2 机械传动
2.2.3 传动机构设计
2.3 执行器
2.3.1 末端执行器概述
2.3.2 手指式手爪
2.3.3 吸盘式手部
2.3.4 工具式手部
2.4 结构件常用材料及其选择
2.4.1 金属材料
2.4.2 非金属材料
2.4.3 复合材料
2.4.4 材料选择方法
2.5 3D打印技术
2.5.1 3D打印技术的概念与起源
2.5.2 3D打印技术的发展与未来
2.5.3 3D打印技术工艺介绍
2.5.4 零部件3D打印的实现
第3章 机器人控制技术基础
3.1 控制器的种类及功能
3.1.1 常见的机器人控制器
3.1.2 STM32单片机介绍
3.2 常用传感器
3.2.1 传感器基本分类
3.2.2 内传感器
3.2.3 外传感器
3.2.4 多传感器信息融合
3.3 驱动器及其控制技术
3.3.1 驱动器的分类与选取原则
3.3.2 驱动器的控制技术
3.4 经典控制方法
3.5 现代控制方法
3.5.1 鲁棒控制
3.5.2 自适应控制
3.5.3 神经网络控制
3.5.4 模糊逻辑控制
3.5.5 机器学习
第4章 机器人系统设计软件
4.1 结构设计软件
4.1.1 二维设计
4.1.2 三维设计
4.2 结构分析仿真软件
4.2.1 有限元分析
4.2.2 动力学仿真
4.3 电路设计软件
4.3.1 Altlum Designer
4.3.2 PADS
4.3.3 Cadence Allegro
4.4 电路仿真软件
4.4.1 Cadence/OrCAD PSpice
4.4.2 Multisim
4.4.3 Electronic Workbench
4.4.4 Proteus
4.5 机器人系统仿真软件
4.5.1 Simbad
4.5.2 Webots
4.5.3 MATLAB
4.6 控制算法实现软件
4.6.1 MDK5
4.6.2 Visual Studio
4.6.3 IAR
4.6.4 Arduino
第5章 全向移动机器人设计与实现
5.1 全向移动机器人及其分类
5.1.1 基于全向轮的移动机器人
5.1.2 基于麦克纳姆轮的移动机器人
5.2 全向移动机器人的总体方案设计
5.2.1 机械结构设计
5.2.2 硬件系统设计
5.2.3 通信系统设计
5.3 麦克纳姆轮的运动分析
5.3.1 麦克纳姆轮的结构
5.3.2 麦克纳姆轮的布局及运动学分析
5.4 全向移动机器人的控制系统
5.4.1 控制系统总体架构
5.4.2 系统的功能结构
5.4.3 系统主要模块工作原理
5.5 全向移动机器人的应用与展望
5.5.1 全向移动机器人的应用
5.5.2 全向移动机器人的展望
第6章 机械臂组成与控制
6.1 常见机械臂
6.1.1 机械臂组成
6.1.2 常见机械臂介绍
6.1.3 常见机械臂执行机构介绍
6.2 机械臂控制方法
6.2.1 气动控制
6.2.2 液压控制
6.2.3 电动控制
6.2.4 机械式驱动
6.3 机械臂的应用
第7章 机甲大师机器人
7.1 RoboMaster机甲大师赛
7.2 机甲大师机器人兵种
7.2.1 步兵机器人
7.2.2 英雄机器人
7.2.3 工程机器人
7.2.4 哨兵机器人
7.2.5 空中机器人
7.2.6 飞镖系统和雷达简介
7.3 步兵机器人的设计与实现
7.3.1 总体方案设计
7.3.2 底盘设计
7.3.3 云台设计
7.3.4 发射系统设计
7.3.5 视觉识别系统
7.4 英雄机器人
7.4.1 上供弹发射机构设计方案
7.4.2 下供弹发射机构设计方案
7.4.3 双发射机构设计方案
7.5 工程机器人
7.5.1 登岛设计方案
7.5.2 取矿设计方案
7.6 哨兵机器人
7.6.1 发射布置策略
7.6.2 驱动方案
7.7 空中机器人
7.8 飞镖系统与雷达
7.8.1 飞镖系统
7.8.2 雷达
7.9 结语
参考文献
附录
附录A 机器人主要赛事
附录B 机器人学相关学术期刊和会议
附录C 机器人视觉识别系统
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