機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計與算法

前言

機(jī)器人技術(shù)已成為現(xiàn)代高科技的重要發(fā)展方向之一。機(jī)器人的研究關(guān)系到多個學(xué)科，而且這些學(xué)科相互交叉融合。它對國民經(jīng)濟(jì)各個部門的發(fā)展都有重要意義。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)“嵌入式微處理器和遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)實驗室”從事嵌入和微處理器研究已有30多年的歷史，具有豐富的經(jīng)驗和深厚的理論基礎(chǔ)。2000年以來，本實驗室著重從事智能機(jī)器人的設(shè)計和制造及控制算法的研究，先后從事旋轉(zhuǎn)式垂直倒立擺和旋轉(zhuǎn)式環(huán)形倒立擺、電機(jī)隨動系統(tǒng)、白平衡兩輪電動車（代步車）、無線自平衡兩輪機(jī)器人和足球機(jī)器人等多項科研工作，并多次代表中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)參加國內(nèi)外足球機(jī)器人（小型組）比賽。旋轉(zhuǎn)環(huán)形倒立擺和隨動系統(tǒng)由以張培仁教授為組長的研發(fā)組完成，參加人員有趙鵬、鄭艷霞、鄧超、張恩亮、楊興明等。旋轉(zhuǎn)式垂直倒立擺系統(tǒng)由孫德敏教授和張培仁教授共同領(lǐng)導(dǎo)研究完成，對該研究做出重要貢獻(xiàn)的還有王永、卿志遠(yuǎn)、都改欣、黃南晨、趙鵬等人。而后本實驗室與富方軟件工程公司合肥自動化分公司合作，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了全面的重新設(shè)計，完成了XZ-FFⅠ型、Ⅱ型倒立擺和隨動系統(tǒng)的研制，參加此項研究的有趙鵬、鄭艷霞、鄧超、楊興明等人。

內(nèi)容概要

全書六部分共15章。第一部分由第1章組成，主要介紹機(jī)器人相關(guān)技術(shù)的發(fā)展；第二部分由第2章和第3章組成，主要介紹本書中機(jī)器人所用的DsP控制芯TMs320I，2407；第三部分由第4章和第5章組成，主要介紹環(huán)形旋轉(zhuǎn)倒立擺系統(tǒng)的設(shè)計和控制算法的研究；第四部分由第6章和第7章組成，主要介紹隨動系統(tǒng)設(shè)計、隨動系統(tǒng)建模和控制算法的研究等；第五部分由第8章、第9章、第10章和第11章組成，主要介紹兩輪移動倒立擺機(jī)器人的系統(tǒng)設(shè)計、控制模型的建立、控制算法的研究等；第六部分由第12章、第13章、第14章和第15章組成，系統(tǒng)地介紹足球機(jī)器人底層系統(tǒng)的設(shè)計、控制算法的設(shè)計、機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計和各個模塊的電路設(shè)計等。    本書可作為高等院校研究生或高年級本科生的機(jī)器人學(xué)相關(guān)課程的教材，也可供從事機(jī)器人研究、開發(fā)和應(yīng)用的科技人員參考。

書籍目錄

前言      第1章 機(jī)器人學(xué)的發(fā)展和相關(guān)機(jī)器人系統(tǒng)介紹    1.1 機(jī)器人學(xué)的發(fā)展概述   1.2 機(jī)器人研究的熱點和內(nèi)容   1.3 多種機(jī)器人簡介第2章 TMS3201IZ2407結(jié)構(gòu)概述     2.1 TMS320C2000系列DSP概況  2.2 TMS32010F2407DSP芯片特點  2.3 TMS3201F2407 DSP的PGE封裝圖和CPU控制器功能結(jié)構(gòu)圖  2.4 TMS32010F2407 DSP引腳功能       2.5 TMS32010F2407 DSP存儲器映射圖     2.6 TMS3201F2407 DSP外設(shè)存儲器映射圖    2.7 TMS320[0F2407的存儲器和I/O卒問     第3章 TMS3201F2407 DSP的資源       3.1 TMS32010F2407 DSP的CPU功能模塊  3.2 系統(tǒng)配置和中斷  3.3 程序控制   第4章 旋轉(zhuǎn)式倒立擺系統(tǒng)設(shè)計  4.1 倒立擺系統(tǒng)的研究背景     4.2 環(huán)形倒立擺系統(tǒng)概述及總體設(shè)計方案  4.3 倒立擺系統(tǒng)硬件設(shè)計  4.4 人機(jī)交互接口設(shè)計     4.5 倒立擺系統(tǒng)軟件設(shè)計 第5章 環(huán)形旋轉(zhuǎn)倒立擺的控制算法  5.1 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型    5.2 基于1QR的控制    5.3 模糊控制在倒立擺控制中的應(yīng)用第6章 隨動系統(tǒng)設(shè)計    6.1 伺服系統(tǒng)的概述  6.2 XZ—FF 1型和Ⅱ型的隨動系統(tǒng)總體設(shè)計方案   6.3 隨動系統(tǒng)實驗設(shè)備的硬件設(shè)計        6.4 隨動系統(tǒng)軟件設(shè)計第7章 隨動系統(tǒng)建模和控村算法      7.1 系統(tǒng)辨識與參數(shù)估計  7.2 永磁直流力矩電機(jī)機(jī)理建模  7 3 階躍曲線法建模  7.4 PID控制算法實驗  7.5 增量式PID控制  7.6 前饋補償加PID控制算法第8章 兩輪移動式倒立擺機(jī)器人的系統(tǒng)機(jī)構(gòu)殛軟硬件設(shè)計  8.1 兩輪移動式倒立擺機(jī)器人      8.2 白平衡嘣輪小車的系統(tǒng)總體設(shè)計方案     8 3 電源模塊設(shè)計      8.4 DSp最小系統(tǒng)      8.5 傳感器模塊     8.6 無線傳輸模塊  8.7 驅(qū)動電路設(shè)計  8 8 自平衡兩輪小車軟件設(shè)計第9章 理論分析和數(shù)學(xué)模型建立        9 1 建立坐標(biāo)系以及系統(tǒng)模型參數(shù)的設(shè)定  9 2 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立      9.3 系統(tǒng)狀態(tài)空間方程的分析    9.4 系統(tǒng)參數(shù)  9 5 系統(tǒng)參數(shù)匯總     第10章 自平衡小車狀態(tài)反饋控翻算法       10.1 系統(tǒng)能控、能觀性分析     10.2 系統(tǒng)離散化及其能控性與能觀性分析  10.3 反饋控制器的設(shè)計  10.4 小節(jié)      第11章 兩輪式倒立擺機(jī)器人的運動控制    11.1 機(jī)器人運動拄制的任務(wù)  11.2 兩輪式機(jī)器人的運動模型  11.3 設(shè)計思想  11.4 目標(biāo)跟蹤算法的實現(xiàn)  11.5 實驗結(jié)果與討論第12章  RoboCup小型組足球機(jī)器人簡介和系統(tǒng)總體設(shè)計第13章  機(jī)構(gòu)設(shè)計第14章  足球機(jī)器人電路系統(tǒng)分析與設(shè)計第15章  底層控制及運動控制算法附錄A C1ib中的函數(shù)集附錄B 解耦圖形的推導(dǎo)附錄C 足球機(jī)器人的電機(jī)調(diào)速程序附錄D 倒立擺核隨同系統(tǒng)實驗指導(dǎo)書

章節(jié)摘錄

第1章 機(jī)器人學(xué)的發(fā)展和相關(guān)機(jī)器人系統(tǒng)介紹1.1 機(jī)器人學(xué)的發(fā)展概述自20世紀(jì)60年代人類研究了第一臺機(jī)器人以來，機(jī)器人技術(shù)就顯示出強(qiáng)大的生命力，在隨后的40年的時間里，機(jī)器人技術(shù)得到迅速發(fā)展。機(jī)器人學(xué)是現(xiàn)代高科技發(fā)展的重要方向之一。機(jī)器人在工業(yè)、民用以及軍事等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。它對我國國防、工業(yè)和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，提高人民生活水平有重要意義。機(jī)器人技術(shù)是一個多學(xué)科交叉的高科技領(lǐng)域，對人工智能、模式識別、自動控制、電子電氣、機(jī)械設(shè)計、電于電路等多個學(xué)科提出了很高的要求。因此，開展機(jī)器人的研究對人工智能、自動控制、電子電氣、機(jī)械設(shè)計以及相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展具有重要的推動作用。國內(nèi)外專家學(xué)者一直在討論到底什么是機(jī)器人。早在1967年，日本召開國際機(jī)器人學(xué)術(shù)會議，就有人提出了“機(jī)器人是一種具有移動性、個體性、智能性、半機(jī)械半人性、自動性、作業(yè)性、通用性、信息性、柔性、有限特征的柔性機(jī)器”這一概念。也有人把機(jī)器人描述為“一種用于搬運材料、郵件或其他特種裝置的可重復(fù)編程的多功能操作機(jī)”。日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會則把它定義為“一種帶有存儲器的通用機(jī)械，能通過編程和自動控制來執(zhí)行作業(yè)等任務(wù)的機(jī)器”。我國科學(xué)家認(rèn)為：“機(jī)器人是一種自動化機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力，具有高度的靈活性”。以上定義雖不一致，但基本上都認(rèn)為機(jī)器人是這樣一種機(jī)器：具有一定仿人性的能力，可以代替人工作的自動化設(shè)備。

編輯推薦

《機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計與算法》由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社出版。

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