智能移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)、制作與應(yīng)用

前言

　　工作導(dǎo)向創(chuàng)新實(shí)踐教材”叢書(shū)自2007年12月出版以來(lái)，得到了許多高等本科院校和職業(yè)技術(shù)學(xué)院的關(guān)心與厚愛(ài)，在此感謝所有使用過(guò)本叢書(shū)的老師和同學(xué)?！　」ぷ鲗?dǎo)向的概念，不只是一個(gè)簡(jiǎn)單的概念游戲，而是包含了深刻的哲理。哲理的感悟，源于不斷地實(shí)踐、歸納、推理和再實(shí)踐的螺旋式上升過(guò)程。本書(shū)的出版更是實(shí)實(shí)在在地體現(xiàn)了這種不斷重復(fù)實(shí)踐、不斷歸納總結(jié)、不斷推陳出新的過(guò)程?！　”緯?shū)起源于2005年中科鷗鵬智能科技有限公司與華南理工大學(xué)合作開(kāi)發(fā)的RoboCup中型組足球機(jī)器人項(xiàng)目。2005年開(kāi)發(fā)的第一代RoboCup中型組兩輪足球機(jī)器人平臺(tái)在中國(guó)機(jī)器人大賽上首次使用，獲得了三等獎(jiǎng)。在開(kāi)發(fā)之余，為了更好地推廣足球機(jī)器人，開(kāi)始了相關(guān)教材的編寫(xiě)工作，第一稿在2006年基本成型。2007年，中科鷗鵬智能科技有限公司與華南理工大學(xué)繼續(xù)合作開(kāi)發(fā)了第二代四輪全向移動(dòng)機(jī)器人，并在當(dāng)年的中國(guó)機(jī)器人大賽中獲得了亞軍。為此，該款足球機(jī)器人受到了國(guó)內(nèi)眾多高校的青睞，在不斷的升級(jí)和改造中，陸續(xù)生產(chǎn)、銷售了近百套，客戶遍及國(guó)內(nèi)30多所高等院校，占中國(guó)機(jī)器人大賽RoboCup中型組比賽隊(duì)伍的一半以上。為了能夠更好地服務(wù)這些學(xué)校，我們加緊了該書(shū)的編輯和整理工作。但是，從2009年起，受到高校投資規(guī)模收縮和廠商相互惡性競(jìng)爭(zhēng)的影響，中型組足球機(jī)器人市場(chǎng)急劇萎縮，該書(shū)的出版就一度擱置了下來(lái)?！　?011年起，國(guó)內(nèi)服務(wù)機(jī)器人行業(yè)又風(fēng)生水起。無(wú)論是RoboCup足球機(jī)器人還是家庭服務(wù)機(jī)器人，其移動(dòng)平臺(tái)和核心的控制技術(shù)基本相同。因此，我們重新開(kāi)始著手本書(shū)的編輯和整理工作。不過(guò)，其基本的目標(biāo)讀者發(fā)生了變化，從原來(lái)的主要面向RoboCup中型組足球機(jī)器人用戶，調(diào)整為面向整個(gè)服務(wù)機(jī)器人維護(hù)、開(kāi)發(fā)和研究的用戶，目的是讓未來(lái)準(zhǔn)備從事服務(wù)機(jī)器人行業(yè)的學(xué)生和老師能夠不用花費(fèi)太多的時(shí)間在這些基本的共性的技術(shù)方面，能夠快速面向應(yīng)用提出自己的解決方案?！　∥覀兿Ｍ緯?shū)能夠向?qū)W習(xí)機(jī)器人的大學(xué)生和研究生，提供他們?cè)谖磥?lái)職業(yè)生活中所需要用到的移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)方案、相應(yīng)的基礎(chǔ)知識(shí)和分析方法?？傮w而言，本書(shū)可作為智能移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)、制作、維護(hù)、乃至研究的實(shí)踐教材，既適合于高職學(xué)生，又適合于本科生和研究生?！　”緯?shū)的編輯和出版橫跨了七年的時(shí)間，見(jiàn)證了RoboCup中型組足球機(jī)器人競(jìng)賽隊(duì)伍的迅速擴(kuò)張到快速萎縮的整個(gè)過(guò)程，再一次驗(yàn)證了急功近利對(duì)一項(xiàng)前沿技術(shù)的興起和發(fā)展沒(méi)有益處。同時(shí)期望本書(shū)能夠成為智能移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)新的起始點(diǎn)，那就是對(duì)于我們的莫大鼓舞了。　　本書(shū)由秦志強(qiáng)、彭建盛、陳國(guó)璋編著，在編輯和出版的過(guò)程中得到了華南理工大學(xué)閔華清教授、朱金輝博士的大力支持，同時(shí)也得到了深圳市中科鷗鵬智能科技有限公司幾代工程師的不斷實(shí)踐和驗(yàn)證，以及眾多中科鷗鵬用戶提出的寶貴意見(jiàn)和建議，在此一并表示感謝，這些客戶包括中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、北京工商大學(xué)、北方工業(yè)大學(xué)、西安科技大學(xué)、湖南科技大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、武漢工程大學(xué)、上海第二工業(yè)大學(xué)、淮陰工學(xué)院、南通大學(xué)、常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院、西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院、淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院、渝州科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院等?！　榱烁玫胤?wù)用戶和推動(dòng)智能移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步，中科鷗鵬將投巨資開(kāi)發(fā)的足球機(jī)器人軟件源代碼面向所有高校用戶開(kāi)放?！　【幹摺　?012.5

內(nèi)容概要

　　《工作導(dǎo)向創(chuàng)新實(shí)踐教材：智能移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)、制作與應(yīng)用》介紹了基于PC的智能移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的研究和實(shí)踐過(guò)程。通過(guò)“學(xué)中做、做中學(xué)”的方式，按照工作導(dǎo)向和構(gòu)建主義的思路展開(kāi)，循序漸進(jìn)地介紹和構(gòu)建智能移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)子系統(tǒng)、本能控制子系統(tǒng)、智能控制子系統(tǒng)和傳感檢測(cè)子系統(tǒng)，以及如何基于這些子系統(tǒng)完成機(jī)器人的定位、規(guī)劃、導(dǎo)航、通信和協(xié)作任務(wù)，最后通過(guò)將智能移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用到RoboCup中型組足球機(jī)器人競(jìng)賽，介紹智能移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)的硬件集成和軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)。

書(shū)籍目錄

第1章  智能移動(dòng)機(jī)器人及研發(fā)平臺(tái)的構(gòu)建 （1）學(xué)習(xí)情境 （1）任務(wù)1  尋找日常生活中的移動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)品 （2）任務(wù)2  了解機(jī)器人及智能移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展歷史 （5）任務(wù)3  探究智能移動(dòng)機(jī)器人的通用控制結(jié)構(gòu) （7）任務(wù)4  構(gòu)建基于PC的智能移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái) （8）任務(wù)5  智能移動(dòng)機(jī)器人研發(fā)平臺(tái)的選擇 （11）工程素質(zhì)和技能歸納 （11）科學(xué)精神的培養(yǎng) （13）第2章  智能移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)子系統(tǒng) （14）學(xué)習(xí)情境 （14）任務(wù)1  尋找不同運(yùn)動(dòng)方式的移動(dòng)機(jī)器人 （14）任務(wù)2  了解一些輪式移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu) （19）任務(wù)3  數(shù)學(xué)分析：輪式移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 （21）任務(wù)4  構(gòu)建輪式移動(dòng)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) （24）任務(wù)5  典型的移動(dòng)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案 （26）工程素質(zhì)和技能歸納 （26）科學(xué)精神的培養(yǎng) （28）第3章  智能移動(dòng)機(jī)器人的本能控制子系統(tǒng) （29）學(xué)習(xí)情境 （29）任務(wù)1  智能移動(dòng)機(jī)器人本能控制系統(tǒng)硬件架構(gòu) （29）任務(wù)2  熟悉智能控制與驅(qū)動(dòng)模塊OpenCS-5A/8A （30）任務(wù)3  掌握智能控制與驅(qū)動(dòng)模塊的使用和操作 （36）任務(wù)4  車載本能控制層經(jīng)典任務(wù)案例分析 （53）任務(wù)5  學(xué)習(xí)典型的控制子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案 （69）工程素質(zhì)和技能歸納 （69）科學(xué)精神的培養(yǎng) （74）第4章  智能移動(dòng)機(jī)器人的智能控制子系統(tǒng) （75）學(xué)習(xí)情境 （75）任務(wù)1  智能控制層的硬件選型 （75）任務(wù)2  熟悉智能控制層系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái) （78）任務(wù)3  編寫(xiě)第一個(gè)VC++機(jī)器人程序 （79）任務(wù)4  智能移動(dòng)機(jī)器人的目標(biāo)追蹤 （87）工程素質(zhì)和技能歸納 （92）科學(xué)精神的培養(yǎng) （93）第5章  智能移動(dòng)機(jī)器人的傳感與檢測(cè)子系統(tǒng) （94）學(xué)習(xí)情境 （94）任務(wù)1  測(cè)距傳感器及其應(yīng)用 （94）任務(wù)2  視覺(jué)傳感器及其應(yīng)用 （97）任務(wù)3  全局定位傳感器及其應(yīng)用 （103）任務(wù)4  語(yǔ)音傳感器及其應(yīng)用 （108）任務(wù)5  方位傳感器及其應(yīng)用 （110）工程素質(zhì)和技能歸納 （115）科學(xué)精神的培養(yǎng) （116）第6章  智能移動(dòng)機(jī)器人的定位、規(guī)劃與導(dǎo)航 （117）學(xué)習(xí)情境 （117）任務(wù)1  智能移動(dòng)機(jī)器人的定位 （117）任務(wù)2  智能移動(dòng)機(jī)器人的路徑規(guī)劃 （119）任務(wù)3  智能移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航 （124）工程素質(zhì)和技能歸納 （125）科學(xué)精神的培養(yǎng) （125）第7章  多智能移動(dòng)機(jī)器人的通信與協(xié)作 （126）學(xué)習(xí)情境 （126）任務(wù)1  構(gòu)建多機(jī)器人系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) （126）任務(wù)2  多機(jī)器人系統(tǒng)的通信實(shí)現(xiàn) （127）任務(wù)3  多機(jī)器人系統(tǒng)的任務(wù)規(guī)劃 （135）任務(wù)4  多機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃 （136）工程素質(zhì)和技能歸納 （137）科學(xué)精神的培養(yǎng) （138）第8章  智能移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用——RoboCup足球賽 （139）學(xué)習(xí)情境 （139）任務(wù)1  熟悉和了解RoboCup足球機(jī)器人比賽 （139）任務(wù)2  RoboCup中型組足球機(jī)器人系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) （143） 任務(wù)3  RoboCup中型組機(jī)器人的軟件與編程 （162）任務(wù)4  RoboCup中型組足球機(jī)器人的實(shí)戰(zhàn)對(duì)抗演練 （199）工程素質(zhì)和技能歸納 （200）科學(xué)精神的培養(yǎng) （201）附錄A  配套智能移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)技術(shù)參數(shù)表 （202）參考文獻(xiàn) （204）

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   第1章 智能移動(dòng)機(jī)器人及研發(fā)平臺(tái)的構(gòu)建 學(xué)習(xí)情境 隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)及社會(huì)的不斷發(fā)展，機(jī)器人在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，機(jī)器人已經(jīng)從早期的實(shí)驗(yàn)室及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，逐步走向家庭、個(gè)人、學(xué)校以及軍事領(lǐng)域。在國(guó)際上，美國(guó)、日本、以色列、歐盟等，也早已開(kāi)展機(jī)器人在各個(gè)領(lǐng)域的研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)，并且取得了不俗的成績(jī)。如日本本田公司的ASIMO行走機(jī)器人、美國(guó)和以色列的無(wú)人機(jī)飛行機(jī)器人等，都聲名顯赫。這些機(jī)器人能夠自主地完成某些功能，因此都屬于智能移動(dòng)機(jī)器人范疇。很明顯，國(guó)內(nèi)機(jī)器人技術(shù)和先進(jìn)國(guó)家相比，還有一定的差距。但可喜的是，隨著RoboCup足球機(jī)器人大賽進(jìn)入中國(guó)，國(guó)內(nèi)的高校及科研領(lǐng)域掀起一股參與熱潮，很大程度上促進(jìn)了中國(guó)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，提高了國(guó)民在機(jī)器人方面的認(rèn)識(shí)。在國(guó)內(nèi)，青少年參與機(jī)器人比賽已經(jīng)成為時(shí)尚潮流，而讓更多的群眾尤其是青少年朋友了解機(jī)器人、喜愛(ài)機(jī)器人，向他們普及現(xiàn)代科學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)更多的機(jī)器人方面的優(yōu)秀人才，已經(jīng)成為智能移動(dòng)機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵所在。 隨著21世紀(jì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來(lái)，創(chuàng)新教育將越來(lái)越成為現(xiàn)代教育的靈魂。對(duì)高等教育來(lái)說(shuō)，除了要培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神，更要注重訓(xùn)練他們的創(chuàng)造性思維方式和開(kāi)拓性創(chuàng)新能力。通過(guò)智能移動(dòng)機(jī)器人創(chuàng)新制作和挑戰(zhàn)項(xiàng)目，可以很好地訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力。 要完成智能移動(dòng)機(jī)器人創(chuàng)新制作和挑戰(zhàn)項(xiàng)目，必須從具體的機(jī)器人應(yīng)用項(xiàng)目開(kāi)始。要完成具體的機(jī)器人項(xiàng)目，離不開(kāi)機(jī)器人應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)的構(gòu)建。本書(shū)以基于PC的智能移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)作為應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)，RoboCup中型組足球機(jī)器人作為具體應(yīng)用項(xiàng)目，展開(kāi)對(duì)智能移動(dòng)機(jī)器人的創(chuàng)新制作和挑戰(zhàn)。要完成本書(shū)的所有內(nèi)容，讀者必須具備比較扎實(shí)的電子信息技術(shù)知識(shí)和C語(yǔ)言、VC、VS.Net軟件程序設(shè)計(jì)能力，以及基礎(chǔ)的控制技術(shù)和傳感器應(yīng)用能力。 要提高智能移動(dòng)機(jī)器人研究和開(kāi)發(fā)技術(shù)水平，參與機(jī)器人比賽和技術(shù)交流也很重要，這是由機(jī)器人的技術(shù)特點(diǎn)所決定的。不斷的技術(shù)交流與學(xué)習(xí)將會(huì)給予機(jī)器人愛(ài)好者或參與者以深入的啟發(fā)，進(jìn)而提高其本身的技術(shù)水平。這其中，一個(gè)很好的途徑就是參與各種機(jī)器人足球比賽，通過(guò)比賽進(jìn)行實(shí)踐、歸納、總結(jié)和提高。 本章首先探究已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的智能移動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)品，然后介紹智能移動(dòng)機(jī)器人的通用控制結(jié)構(gòu)，最后介紹如何構(gòu)建基于通用控制結(jié)構(gòu)的智能移動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)品研究和開(kāi)發(fā)平臺(tái)。 任務(wù)1 尋找日常生活中的移動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)品 1.清掃機(jī)器人 清掃機(jī)器人屬于智能型家居移動(dòng)機(jī)器人，內(nèi)置獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，有記憶功能，配備自動(dòng)螺旋導(dǎo)航系統(tǒng)及無(wú)塵袋等，可以自行對(duì)房間做出測(cè)量，做到無(wú)須人工干預(yù)即可自動(dòng)清潔并收集粉塵，可以有效地清掃各種木地板、水泥地板、磁磚，以及油氈、短毛地毯等。 清掃機(jī)器人不僅可以進(jìn)行清掃，還能通過(guò)紅外傳感器探測(cè)周圍的環(huán)境并進(jìn)行判斷，自動(dòng)躲避墻壁和樓梯。即使把它放在桌子或樓梯上，它也不會(huì)往下掉，而且還能靈巧地進(jìn)入床底、桌底、沙發(fā)下面等一切人工難以打掃的角落，又不會(huì)破壞家具。清掃機(jī)器人的操作也非常人性化，不僅能記憶路線、定時(shí)打掃，還具有獨(dú)特的虛擬墻發(fā)射技術(shù)，可以在使用前設(shè)置好，不讓它進(jìn)入某些“禁地”。如果機(jī)器的電量快用完了，其獨(dú)特的回充系統(tǒng)也完全無(wú)須人工干預(yù)自動(dòng)充電。充電完成后，機(jī)器人會(huì)繼續(xù)回到工作崗位完成之前設(shè)定的任務(wù)。

編輯推薦

《工作導(dǎo)向創(chuàng)新實(shí)踐教材:智能移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)、制作與應(yīng)用》通俗易懂、內(nèi)容豐富，每個(gè)章節(jié)都是基礎(chǔ)理論和應(yīng)用實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，可作為高等本科院校和高職院校的計(jì)算機(jī)、電子信息、自動(dòng)化、機(jī)電一體化等相關(guān)專業(yè)的智能移動(dòng)機(jī)器人課程教材和教學(xué)參考書(shū)，也可以作為工程實(shí)訓(xùn)、智能移動(dòng)機(jī)器人競(jìng)賽的實(shí)踐教材和實(shí)驗(yàn)配套教材，同時(shí)還可以作為廣大從事自動(dòng)控制、智能機(jī)器人等系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員、教師或者個(gè)人參考用書(shū)。

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