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第1章 绪论1

1.1机器人的定义及由来1

1.1.1机器人的定义1

1.1.2机器人的由来1

1.2移动机器人简介2

1.2.1移动机器人的定义2

1.2.2移动机器人的分类3

1.3典型移动机器人3

1.3.1室外移动机器人3

1.3.2室内移动机器人7

1.4其他典型移动机器人8

1.5移动机器人的特点与特征10

1.5.1移动机器人的特点10

1.5.2移动机器人的特征11

1.6移动机器人的关键技术12

1.6.1移动机器人机构12

1.6.2移动机器人的控制体系结构12

1.6.3视觉实时处理技术16

1.6.4车体的定位技术17

1.6.5基于多传感器的信息融合技术18

1.6.6路径规划技术18

1.6.7车体控制技术19

1.7移动机器人技术的发展19

1.8移动机器人竞赛20

参考文献21

第2章 移动机器人本体设计22

2.1走行机构22

2.1.1足式走行机构22

2.1.2履带式走行机构23

2.1.3轮式走行机构23

2.2走行电动机选型27

2.2.1电动机简介27

2.2.2电动机容量及转矩的计算28

2.3走行机构设计32

2.3.1驱动轴的设计与校核33

2.3.2键的设计35

2.3.3车轮的设计35

2.3.4一体式轴承座的设计37

2.3.5从动轮系的结构设计38

2.3.6车体稳定性分析39

2.4底盘结构设计40

2.5提升机构设计42

2.5.1剪叉式升降平台42

2.5.2丝杠提升42

2.6夹持机构设计43

2.6.1夹持机构运动学分析44

2.6.2基于MATLAB的夹持机构运动学分析45

2.6.3基于ADAMS的夹持机构运动学仿真47

参考文献50

第3章 移动机器人系统设计基础52

3.1移动机器人硬件系统知识52

3.1.1电源系统53

3.1.2主控模块57

3.1.3电动机控制模块61

3.1.4定位信息采集模块78

3.1.5其他模块84

3.2机器人软件系统知识88

3.2.1软件系统设计概要88

3.2.2软件系统总体设计90

3.2.3软件系统开发工具介绍91

3.2.4嵌入式操作系统101

3.2.5软件抗干扰技术106

3.2.6通信方式介绍108

参考文献122

第4章 移动机器人传感器技术124

4.1内部传感器124

4.1.1电位器124

4.1.2编码器127

4.1.3陀螺仪131

4.1.4电子罗盘136

4.1.5 StarGazer室内定位系统140

4.1.6 GPS系统142

4.1.7组合导航系统148

4.2外部传感器148

4.2.1接触开关和光电开关149

4.2.2红外传感器150

4.2.3超声波传感器152

4.3需要考虑的问题157

参考文献158

第5章 移动机器人自主定位159

5.1机器人定位模型159

5.1.1机器人运动方程160

5.1.2机器人观测方程161

5.1.3数据关联162

5.2 Kalman滤波及粒子滤波162

5.2.1扩展型Kalman滤波器162

5.2.2粒子滤波器163

5.3自主定位及地图构建核心框架164

5.3.1基于扩展Kalman滤波器的机器人自主定位与地图构建165

5.3.2基于蒙特卡罗方法的机器人自主定位与地图构建166

5.4 SLAM实验与仿真169

5.4.1 Tim Bailey仿真平台169

5.4.2 Carpark数据库171

参考方献173

第6章 移动机器人控制技术174

6.1非完整约束和非完整系统174

6.2移动机器人控制问题174

6.2.1移动机器人运动控制研究背景174

6.2.2移动机器人轨迹跟踪控制研究现状176

6.2.3移动机器人轨迹跟踪发展趋势177

6.3移动机器人智能PID控制178

6.3.1常规PID控制算法简介178

6.3.2 PID控制方法178

6.3.3智能PID控制方法179

6.3.4 PID校正下的直线目标点跟踪算法应用180

6.3.5 PID校正下的弧线跟踪算法181

6.4基于Lyapunov理论的移动机器人目标点跟踪算法183

6.5基于神经网络的移动机器人自适应控制186

6.6基于虚拟领队的无人车神经网络自适应编队控制189

6.7一般非线性系统的神经网络自适应控制195

6.8基于虚拟领队的无人车编队记忆控制206

参考文献209

第7章 移动机器人视觉系统211

7.1机器人视觉系统简述211

7.1.1机器人视觉的基本概念及作用211

7.1.2机器人视觉系统的组成212

7.1.3机器人视觉系统的分类212

7.2摄像机模型212

7.2.1单目视觉模型212

7.2.2双目视觉模型214

7.3摄像机标定215

7.3.1摄像机的畸变模型216

7.3.2摄像机的标定技术217

7.4利用单目摄像机测量距离及角度221

7.4.1单目测量与目标物体的距离221

7.4.2单目测量与目标物体的角度223

7.5图像处理225

7.5.1灰度图像与彩色图像225

7.5.2图像增强227

7.5.3图像分割230

7.6物体跟踪238

7.6.1计算区域的直方图239

7.6.2卡尔曼滤波239

7.6.3 MeanShift跟踪算法241

7.6.4 CamShift跟踪算法241

参考文献244

第8章 自主式移动机器人实例246

8.1智能迎宾移动机器人简介246

8.2迎宾机器人的控制体系结构247

8.2.1迎宾机器人控制系统设计247

8.2.2混合式体系结构249

8.2.3迎宾机器人的行为管理及运动控制250

8.2.4迎宾机器人的软件结构254

8.2.5语音控制及人机交互255

8.3室外地面无人驾驶车辆（ALV）258

8.3.1室外地面无人驾驶车辆简介258

8.3.2 ALV系统功能模块介绍260

8.3.3视觉环境模型学习与定位261

8.3.4 BJTU-I无人车辆系统平台简介264

参考文献267