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| 內容簡介： |
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本书以车臂一体机器人为例介绍智能机器人系统控制技术，内容包括机器人概述、机器人结构设计、机器人运动学、机器人动力学、机器人轨迹规划、机器人控制、机器人控制决策硬件系统、机器人软件系统、机器人低层传感器系统、机器人高层传感器系统以及多机器人系统。本书提供机器人开发实例配套的相关资源及电子教案，读者可在华信教育资源网（https://www.hxedu.com.cn）下载。本书可作为高等院校机器人、自动控制、计算机、机械工程和电气工程等专业机器人控制课程的教材，也可供机器人控制工程技术人员参考。
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| 關於作者： |
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王志东，博士，中国科学院沈阳自动化研究所研究院，日本千叶工业大学教授，主要研究方向为机器人学、智能系统和动态控制理论。在分散协调操作控制研究中，王志东教授提出的非完全约束型协调操作系统以及相关算法在处于国际领先地位，相关论文在国际学会DARS获得最优秀论文奖、获得日本机械学会机器人与机电一体化部优秀论文奖、IEEE ICRA 2004 最优秀操作（Manipulation）论文最终候选论文奖等高度的评价。在主从型协调系统的研究方面也取得国际领先的成果，相关论文获得IEEE ROBIO 国际学会最优论文奖、日本机械学会2004年度最优年度期刊论文奖。应用其提出的人机协调控制方法的舞蹈机器人在2005日本爱知万国博览会展出时，引起各方面关注。此外，王志东教授提出的人机协调运动辅助系统和控制方法，摆脱了以往肌肉电信号为主的控制模式，提出了人体姿态基准协调辅助控制算法，以其先进性及实用性得到很高评价，在IEEE IROS 2005 获得大会实验机器人获最佳论文奖。
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| 目錄：
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第1章 机器人概述1
1.1 机器人的历史及发展1
1.2 常见的机器人类型3
1.2.1 按应用领域分类3
1.2.2 按运动形式分类6
1.3 智能机器人相关技术8
1.3.1 机器人结构8
1.3.2 机器人运动学8
1.3.3 机器人动力学8
1.3.4 机器人轨迹规划9
1.3.5 机器人控制9
1.3.6 机器人硬件系统9
1.3.7 机器人软件系统10
1.3.8 机器人智能传感器系统10
1.4 习题10
第2章 机器人结构设计11
2.1 机器人结构11
2.1.1 机身框架11
2.1.2 机器人关节14
2.1.3 机器人连杆16
2.1.4 减速器及传动系统17
2.1.5 驱动系统及执行器18
2.2 机器人结构类型20
2.2.1 机械臂类型20
2.2.2 移动机器人类型22
2.3 机器人结构设计案例24
2.3.1 三轮全向机器人设计25
2.3.2 三自由度机械臂设计27
2.4 习题28
第3章 机器人运动学29
3.1 机器人运动学概述29
3.1.1 机器人运动学内容29
3.1.2 机器人运动学概念30
3.2 轮式车体机器人运动学模型32
3.2.1 轮式车体机器人运动学模型设计步骤32
3.2.2 三轮全向车体机器人运动学案例32
3.3 机械臂运动学模型35
3.3.1 正运动学35
3.3.2 逆运动学37
3.3.3 雅可比矩阵39
3.3.4 三自由度机械臂运动学案例40
3.3.5 三自由度机械臂雅可比矩阵应用案例43
3.4 习题46
第4章 机器人动力学47
4.1 机器人动力学概述47
4.1.1 机器人动力学研究内容47
4.1.2 机器人动力学研究意义48
4.2 机器人动力学模型50
4.2.1 牛顿-欧拉模型50
4.2.2 拉格朗日模型51
4.2.3 基于关节空间的机器人动力学模型52
4.3 轮式车体机器人动力学模型54
4.4 机械臂动力学模型55
4.5 习题57
第5章 机器人轨迹规划58
5.1 机器人轨迹规划概述58
5.2 关节空间规划和笛卡儿空间规划59
5.2.1 关节空间规划59
5.2.2 笛卡儿空间规划62
5.3 机器人轨迹规划插值方法64
5.3.1 线性插值64
5.3.2 多项式插值64
5.3.3 B样条曲线插值68
5.3.4 3-5-3多项式插值70
5.4 轮式车体机器人轨迹规划71
5.5 三自由度机械臂轨迹规划73
5.6 习题74
第6章 机器人控制75
6.1 机器人控制概述75
6.2 反馈与闭环控制76
6.2.1 开环控制77
6.2.2 闭环控制77
6.3 被控对象模型77
6.3.1 传递函数模型78
6.3.2 状态空间模型80
6.4 机器人控制方法81
6.4.1 PID控制82
6.4.2 模型预测控制83
6.5 基于李雅普诺夫定理的控制器稳定性分析87
6.5.1 李雅普诺夫定理87
6.5.2 李雅普诺夫稳定性分析流程87
6.5.3 李雅普诺夫机器人控制器设计88
6.5.4 李雅普诺夫定理在机器人系统中的应用90
6.6 机器人控制算法设计实例90
6.6.1 三轮全向机器人小车控制算法设计案例90
6.6.2 三自由度机械臂控制算法设计案例92
6.7 习题94
第7章 机器人控制决策硬件系统95
7.1 机器人控制决策硬件系统概述95
7.2 智能机器人硬件整体架构95
7.3 智能机器人硬件系统案例96
7.3.1 车体嵌入式微控制器系统97
7.3.2 机械臂嵌入式微控制器板97
7.3.3 嵌入式微处理器决策处理平台98
7.4 习题98
第8章 机器人软件系统99
8.1 机器人软件系统概述99
8.2 ROS99
8.2.1 ROS的特点100
8.2.2 ROS的版本101
8.2.3 ROS 2 DDS通信103
8.3 ROS软件框架104
8.3.1 ROS 2文件系统104
8.3.2 ROS 2计算图107
8.4 ROS 2的通信机制109
8.4.1 发布-订阅模型109
8.4.2 服务通信模型111
8.4.3 动作通信模型113
8.5 ROS 2中的常用组件116
8.5.1 launch文件116
8.5.2 TF工具119
8.5.3 RViz可视化工具121
8.5.4 RQt工具箱123
8.5.5 rosbag数据记录与回放124
8.5.6 Gazebo126
8.5.7 Nav2128
8.5.8 MoveIt 2129
8.5.9 行为树130
8.6 micro-ROS131
8.6.1 micro-ROS架构131
8.6.2 micro-ROS主要组件132
8.6.3 micro-ROS机器人开发实例134
8.7 习题136
第9章 机器人低层传感器系统137
9.1 机器人低层传感器系统概述137
9.2 姿态传感器137
9.2.1 姿态传感器数据处理138
9.2.2 多传感器融合139
9.3 超声波传感器143
9.3.1 超声波测距电路设计144
9.3.2 超声波测距数据处理145
9.3.3 多超声波传感器测距145
9.4 红外传感器146
9.4.1 传统的红外障碍物检测模块146
9.4.2 高级的红外测距模块147
9.5 碰撞传感器及电池电压测量传感器148
9.5.1 碰撞传感器148
9.5.2 电池电压测量传感器148
9.6 ROS 2传感器数据处理149
9.7 习题151
第10章 机器人高层传感器系统152
10.1 机器人高层传感器系统概述152
10.2 激光传感器152
10.2.1 激光传感器原理153
10.2.2 激光传感器种类155
10.2.3 激光传感器匹配定位方法159
10.2.4 机器人结合激光应用163
10.3 视觉传感器172
10.3.1 视觉传感器概述172
10.3.2 视觉传感器图像处理173
10.3.3 视觉定位176
10.3.4 ROS 2视觉导航案例187
10.4 习题188
第11章 多机器人系统189
11.1 多机器人系统概述189
11.2 车臂多机器人案例189
11.2.1 车体和机械臂基于视觉的位置标定190
11.2.2 车体和机械臂综合决策案例191
11.3 习题193
参考文献194
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