實用機器人設計 競賽機器人 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

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內容簡介

本書較好地融閤瞭競賽機器人的原理、設計和製作過程，涵蓋瞭機器人領域提齣的新理論和實踐發展，包括機器人的基礎知識以及傳感器、驅動器和控製器設計，並通過平衡杆機器人和爬壁機器人的實例分析對基礎理論知識進行綜閤應用，後還論述瞭讓機器人具備智能所需的基礎知識以及智能機器人的算法實現案例。

作者簡介

About the AuthorsJagannathan Kanniah，於1969年及1971年在印度Annamalai大學分彆獲得電氣工程學士及碩士學位，1983年在加拿大Calgary大學獲得博士學位。他是IEEE高級會員、IET會員、注冊工程師。1971年至1978年，他在印度的不同機構擔任過教職；1982年至1983年，在加拿大的Calgary大學做博士後工作。離開加拿大後，他加入新加坡理工學院，並晉升至首席講師。期間，他於1993年到瑞典的Lund 技術學院做瞭3個月的訪問學者，1999年到麻省理工學院做瞭3個月的訪問學者。在新加坡理工學院，從1994年起開始擔任機器人與自動化組的部門主管，從1996年起開始擔任新加坡機器人競賽中心的技術帶頭人和管理者，直至2007年退休。他在新加坡機器人競賽中心繼續工作到2011年。他的研究興趣包括電力係統、自適應控製、儀錶和機器人。他發錶瞭35篇以上的論文，其中包括多篇期刊論文。多年來他指導瞭許多學生小組製作機器人，並在參加新加坡機器人競賽活動中獲得瞭大量的奬項。

M. Fikret Ercan，於1987年及1991年在土耳其Dokuz Eylul大學分彆獲得電子和通信工程學士及碩士學位。1998年在中國香港理工大學獲得博士學位。他是IEEE高級會員和IEEE海洋分會會員。他感興趣的研究領域為圖像處理、機器人及計算。他編寫《數字信號處理基礎》(Pearson,2009）及另外兩本書的部分章節，發錶瞭80多篇論文，包括期刊上的論文。在開始他的教學生涯之前，他作為研發工程師，在土耳其、中國颱灣和香港等地的電子與計算機企業工作過。他現在是新加坡理工學院的高級講師，除瞭圖像處理與計算方麵的研究外，從2000年開始他還參與到機器人競賽活動中，他帶領的學生隊伍參與瞭地區的和海外的比賽。

Carlos A. Acosta Calderon，於2000年在墨西哥Pachuca技術學院獲得計算機係統學士學位，於2001年和2006年在英國Essex大學分彆獲得計算機科學（機器人和智能機器）碩士學位和博士學位。目前他是新加坡理工學院電氣與電子係講師。他的研究興趣包括社交機器人、多機器人係統協同、模擬學習和類人機器人。他編寫瞭兩本書中的章節，在期刊和會議上發錶瞭50多篇論文。他還是RoboCup（機器人世界杯）類人組比賽技術委員會成員，RoboCup新加坡公開賽組委會成員。他從2006年起參與機器人競賽，並指導學生組隊參與瞭地區的和國際的機器人賽事，包括NJRC、WRO、RoboCup和SRG。

目錄

Contents目錄
譯者序
前言
關於作者
第1章競賽機器人
1.1概述
1.2機器人競賽和工程教育
1.3新加坡的機器人競賽
1.3.1平衡杆機器人競步
1.3.2爬壁機器人競賽
1.3.3機器人聚類
1.3.4類人機器人比賽
1.3.5其他比賽及開放類彆
1.4世界範圍的機器人競賽
1.5全書概覽
參考文獻
第2章機器人技術基礎
2.1機器人係統簡介
2.1.1機器人的專用術語
2.2坐標變換和空間移動物體的定位
2.2.1復閤鏇轉
2.2.2齊次變換矩陣
2.2.3復閤變換
2.2.4物體的數學描述
2.3移動機器人的輪式驅動方式
2.3.1差動驅動
2.3.2Ackermann操縱（類似汽車驅動）
2.3.3履帶驅動
2.3.4全嚮輪驅動
2.3.5裏程計
2.3.6實例研究：一個差動驅動機器人的裏程計
2.4機械臂
2.4.1前嚮運動學解決方案
2.4.2逆嚮運動學解決方案
2.4.3實例研究：三連杆鉸接式機械臂
參考文獻
第3章傳感器
3.1用於競賽機器人的傳感器
3.1.1測量機器人速度
3.1.2測量機器人朝嚮和傾角
3.1.3測量距離
3.1.4顔色檢測
參考文獻
第4章機器人視覺
4.1概述
4.2機器人攝像係統
4.3圖像生成
4.4數字圖像處理基礎
4.4.1顔色和顔色空間模型
4.5基本圖像處理運算
4.5.1捲積
4.5.2平滑濾波
4.6特徵提取算法
4.6.1閾值法
4.6.2邊緣檢測
4.6.3顔色檢測
4.7符號特徵提取方法
4.7.1霍夫變換
4.7.2連通區域標注
4.8實例研究：著色球的跟蹤
4.9小結
參考文獻
第5章電機和驅動係統基本原理
5.1機器人執行機構
5.2電力執行機構
5.2.1發電和電驅動的基本概念
5.2.2直流電機
5.2.3交流電動機驅動
5.3機器人驅動的特殊要求
5.3.1直流永磁電動機
5.3.2伺服電動機
5.3.3步進電動機
5.3.4無刷直流電動機
5.4驅動係統
5.4.1直流電動機控製
5.4.2步進電動機驅動器
5.4.3無刷直流電動機驅動器
5.5小結
參考文獻
第6章移動機器人電機功率選擇和減速箱傳動比設計
6.1移動機器人減速箱傳動比
6.2驅動電機的功率要求
6.2.1電機慣性和摩擦力的作用
6.3典型的電機特性參數
6.4綫性運動係統的摩擦力測量
6.5減速箱傳動比的初步研究
6.6進一步研究以傳動比為函數的係統性能
6.7步進電機減速箱傳動比設計
6.8非地麵移動機器人的設計流程
6.9小結
參考文獻
第7章控製基礎
7.1機器人控製理論
7.2對象的類型
7.2.1綫性或非綫性對象
7.2.2時不變或時變對象
7.3基於控製係統的分類
7.3.1模擬或數字係統
7.3.2開環或閉環係統
7.4智能機器人結構的需求
7.5一個典型的機器人控製係統
7.6控製的發展趨勢
7.7小結
參考文獻
第8章數學建模、傳遞函數、狀態方程和控製器迴顧
8.1概述
8.2建模的重要性
8.3傳遞函數模型
8.3.1傳遞函數的不同形式
8.4建模的步驟
8.5控製係統中常用到的基本部件
8.5.1電氣元件
8.5.2機械部件
8.6方框圖概念
8.6.1方框圖化簡
8.7一些係統示例
8.8狀態方程
8.8.1從微分方程建立狀態方程的基本概念
8.8.2從對對象的認知建立狀態方程
8.8.3直接從傳遞函數建立狀態方程
8.9用傳遞函數求時域解
8.9.1質量塊彈簧阻尼器閉環係統的解析解
8.9.2質量塊彈簧阻尼器閉環係統的模擬解
8.9.3PID控製器的響應
8.10狀態方程的時域解
8.10.1用解析方法得到時域解
8.11調節控製器和伺服控製器
8.12小結
參考文獻
第9章數字控製基礎和控製器設計
9.1概述
9.2數字控製概覽
9.2.1信號采樣器
9.2.2數字控製器
9.2.3零階保持器
9.3數字係統中的信號錶示
9.3.1采樣過程
9.3.2信號的Z變換
9.4數字係統中的對象錶示
9.4.1ZOH的傳遞函數
9.4.2包含ZOH的對象的Z變換
9.4.3Tustin近似
9.5閉環係統的傳遞函數
9.5.1應用數字儀錶的係統
9.6離散時間係統的響應及Z反變換
9.6.1部分分式法
9.6.2差分方程法
9.6.3用MATLAB求時域解
9.7典型控製器的軟件實現
9.7.1積分計算
9.7.2微分計算
9.7.3數字控製器的實現
9.8離散狀態空間係統
9.8.1從離散傳遞函數建立離散狀態空間係統
9.8.2從連續狀態空間模型建立離散狀態空間模型
9.8.3離散狀態空間係統的時域解
9.9離散狀態反饋控製器
9.9.1狀態可控性的概念
9.9.2狀態可觀測性的概念
9.9.3采樣數據係統的可控性和可觀測性的共同條件
9.9.4用狀態反饋設計極點配置調節器
9.9.5穩態二次型最優控製
9.9.6簡易伺服控製器
9.10典型的控製器硬件實現
9.11小結
參考文獻
第10章平衡杆和爬壁機器人實例研究
10.1概述
10.2平衡杆機器人
10.2.1數學建模
10.2.2擺杆角控製的傳遞函數
10.2.3平衡杆機器人狀態模型
10.2.4從機器人和電機數據建立平衡杆機器人的狀態模型
10.2.5伺服輸入用作補償的極點配置控製器
10.2.6伺服輸入用作補償的LQC控製器
10.2.7應用DSP處理器實現平衡杆機器人控製器設計
10.2.82自由度平衡杆機器人
10.2.9通過實驗估計PBR的角摩擦係數b
10.3爬壁機器人
10.3.1蹼式爬壁機器人
10.3.2使用動態吸力的爬壁機器人設計
10.4小結
參考文獻
第11章建圖、導航和路徑規劃
11.1概述
11.2感知
11.2.1從傳感器數據到知識模型
11.2.2地圖錶達
11.2.3量度圖
11.2.4拓撲圖
11.3導航
11.3.1牆沿跟蹤
11.3.2應用矢量場直方圖方法避障
11.4路徑規劃
11.4.1波前規劃器
11.4.2使用人工勢場法進行路徑規劃
11.4.3使用拓撲圖進行路徑規劃
參考文獻
第12章機器人自治、決策和學習
12.1概述
12.2機器人自治
12.3決策
12.3.1經典決策
12.3.2反應式決策
12.3.3混閤決策
12.4機器人學習
12.4.1人工神經網絡
12.4.2Q學習法
12.5小結
參考文獻

前言/序言

機器人競賽（game）和比賽(competition)是從主流機器人研究中派生齣來的，在工科學生、機器人學愛好者和機器人迷中很知名的活動。過去的十年中，世界各地組織瞭幾百場機器人比賽活動。隨著通過網絡可以較容易地獲得實惠的機器人部件或模塊，人們對機器人競賽的興趣也達到瞭前所未有的高度。機器人競賽是一種富有激情的寓教於樂的活動。
像其他工程領域一樣，競賽機器人的發展速度也是令人難以置信的。過去十年內機器人競賽的復雜程度大幅度增加，為適應這些競賽而研製的機器人越來越靈巧精密，這使得競賽機器人不僅適閤於訓練學生，更是一條讓學生學習工程理念，並建立起理論到實踐間聯係的有效途徑。無須多說，機器人是一個多學科綜閤的對象，它涉及不同的工程和科學學科，如電氣工程、機械工程、計算機科學等等；它甚至是一個學科不同課程的統一平颱，例如電氣工程課程係列中的電子學、微處理器、電機和控製原理等，其中每一門課都有大量獨立的教學和研究內容，機器人平颱可以將這些領域自然地整閤到一起。然而，對於學生和機器人愛好者，如此廣泛的材料來源讓人不知所措，本書的主要目的就是為競賽機器人設計製作提供一個初始切入點和立即可用的知識。
現在有大量的期刊、專題討論會、圖書以及網絡在綫資源可為機器人愛好者所用，它們還提供瞭許多有創意的想法。競賽機器人已取得飛速發展，前麵所提到的比賽也越來越復雜。設計競賽機器人所需的知識和經驗要求對工程概念有更好的理解。如類人機器人足球運動員和爬壁機器人等機器人的應用，不僅要求有機器人智能和編程的專門知識，還要求良好的機構設計以實現準確的反應和行動。因此，在本書中，我們提供一些基本概念並展示它們在機器人設計過程中的作用。我們將在第5章至第9章專門討論正確選擇減速器及執行機構，以及建模和底層的機器人運動控製；第10章將結閤一些實例研究介紹這些基本概念在競賽機器人中的應用。
本書的作者從事競賽機器人研究，並在十多年中和他們的學生及同事一起設計瞭許多機器人。本書是從暑期課程講義（為以競賽機器人為畢業設計課題的學生準備的）整理而成的。我們期望本書能使本科學生在理解必要的基礎知識和不同工程領域如何在機器人上得以融閤方麵得到幫助。我們期望學生和機器人愛好者，在他們力圖搭建很酷的機器人並在機器人競賽中獲得樂趣的過程中，能從本書中受益。
緻謝本書對作者多年在新加坡理工學院實施競賽機器人活動及其研究成果進行瞭總結。感謝我們的所有學生，為瞭參加比賽，他們在實驗室花費瞭很長時間設計、建造和調試機器人。他們的熱情和動力感染瞭我們，我們也分享瞭他們的樂趣。我們特彆感謝Jacqueline Oh、Lius Partawijiya、Mohd Zakaria和Zar Ni Lwin，謝謝他們在機器人設計方麵的興趣和專業性，以及這些年來他們提供的所有技術支持。
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本書是一本關於機器人學的書籍，從機器人的基本結構開始，逐步講解瞭有關機器人的硬件及軟件結構。機器人的硬件部分主要包括瞭基本機械結構以及完成機器人定位和自主導航所需的各種傳感器；機器人的軟件部分是基於Python語言在ROS中進行編寫的程序，目的是完成機器人的指定功能。而後通過硬件和軟件的結閤完成瞭機器人在指定地圖內按照用戶命令進行移動的功能，並且有一個GUI強化瞭人機界麵的交互功能。

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