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| 編輯推薦： |
（1）剖析参赛机器人设计实例，完整介绍步兵机器人的机械结构设计、控制系统设计与视觉识别系统设计。
（2）语言通俗易懂，内容实用全面，适合广大科技爱好者、机器人研究者。
（3）分析并总结RoboMaster机甲大师赛的比赛经验，关注比赛过程中遇到的问题及注意事项，助力参赛队伍更好、更快地入门该项竞赛。
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| 內容簡介： |
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本书结合往届全国大学生机器人大赛RoboMaster机甲大师赛比赛规则与历史发展，通过剖析参赛机器人的设计实例，对RoboMaster步兵机器人的机械结构设计、控制系统设计与视觉识别系统设计等有关内容进行了比较完整地介绍，并结合东北大学T-DT机器人创新团队的比赛经验对比赛过程中遇到的问题及注意事项进行了分析与总结。本书可作为RoboMaster参赛队员、类似机器人竞赛参赛队员和其他科技爱好者的参考书籍。
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| 關於作者： |
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陆志国，副教授，东北大学智能制造工程系副主任。T-DT机器人创新团队指导教师，曾带队获IEEE ICRA国际机器人技术挑战赛冠军，全国大学生机器人大赛RoboMaster总冠军，全国互联网 大学生创新创业竞赛金奖。以第一作者发表SCI/EI检索论文20余篇。获批美国发明专利1项目，中国发明专利10余项。承担包括过国家重点研发计划智能机器人重点专项在内的国家/省部级项目8项。
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| 目錄：
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目录
第1章背景介绍
1.1“RoboMaster机甲大师赛”简介
1.2步兵机器人发展史
1.3步兵机器人关键技术分析
第2章步兵机器人总体设计
2.1步兵机器人总体设计思路
2.1.1步兵机器人整体结构简介
2.1.2比赛规则解析
2.1.3总体设计方案的思考
2.2重要参数选择及确定方法
2.2.1外形尺寸确定方法
2.2.2云台各轴运动范围确定方法
2.2.3目标重心位置确定方法
2.3关键零部件选型
2.3.1关键电机选型方法
2.3.2加工材料选型
2.4人机交互方式设计
2.4.1机器人状态显示总体方案设计
2.4.2机器人参数修改总体方案设计
第3章机械结构设计
3.1地形结构元素分析
3.2底盘结构设计
3.2.1灵活移动之轮组部分设计
3.2.2防止颠簸之悬挂设计
3.2.3又轻又硬之底盘骨架设计
3.3供弹方式设计
3.3.1概述
3.3.2供弹方式的选择
3.3.3封闭硬质供弹管路的设计
3.3.4硬质供弹链路中轴承的使用
3.4云台
3.4.1云台概述
3.4.2Pitch轴结构设计
3.4.3Yaw轴结构设计
3.4.4滑环Yaw轴设计方法
3.5发射机构
3.5.1发射机构概述
3.5.2枪管设计
3.5.3拨弹机构设计
3.5.4摩擦轮动力的设计
3.5.5预置机构的设计
3.5.6弹仓设计
3.6外观保护设计
3.6.1外观保护壳
3.6.2被救援机构
第4章控制系统设计
4.1控制系统需求分析
4.1.1最优控制目标分析
4.1.2硬件总体架构的确定
4.2接口设计
4.2.1主控板与控制板之间的接口设计
4.2.2主控板与上位机之间的接口设计
4.3电子元器件选择与电路板设计
4.3.1主控芯片
4.3.2电源系统
4.3.3传感系统
4.3.4接口电路
4.4功率模块的设计
4.4.1电容的选择
4.4.2控制方法
4.4.3结构框图
4.4.4注意事项
4.5控制算法
4.5.1电机的PID控制算法
4.5.2惯性测量单元
4.5.3全方位底盘的运动解算方法
4.5.4底盘调试心得
第5章视觉识别系统设计
5.1视觉识别系统需求分析
5.1.1视觉元素分析
5.1.2接口通信方式分析
5.2视觉系统硬件选型
5.2.1计算平台选择
5.2.2相机选型
5.2.3镜头选择
5.3滤波算法
5.3.1从波的角度分析图像
5.3.2均值滤波器
5.3.3中值滤波器
5.3.4高斯滤波器
5.3.5双边滤波器
5.3.6Sobel算子
5.3.7拉普拉斯算子
5.3.8腐蚀
5.3.9膨胀
5.3.10开运算
5.3.11闭运算
5.3.12总结
5.4装甲板识别
5.4.1Canny算子
5.4.2OTSU算法
5.4.3装甲板识别思路
5.5数字识别
5.5.1机器学习
5.5.2深度学习
5.5.3深度学习应用概述
5.6位置、姿态解算相关算法
5.6.1基本模型
5.6.2标定
5.6.3PnP算法
5.6.4解算流程总结
5.6.5双目测距
5.7预测及相关算法——卡尔曼滤波
5.7.1卡尔曼滤波引言
5.7.2卡尔曼滤波的几个公式
5.7.3总体评价
5.7.4OpenCV中卡尔曼滤波源码
5.8能量机关
5.8.1概述
5.8.2识别部分
5.8.3解算部分
5.8.4预测和开火判断
第6章设计过程中的常见问题及解决办法
6.1底盘
6.1.1重心
6.1.2防止固连
6.1.3防止侧翻的程序
6.2发射机构
6.2.1防止洒弹的弹仓
6.2.2防疯转的程序
6.3机器人安全问题
第7章其他类型步兵机器人设计
7.1平衡步兵机器人
7.1.1平衡步兵机器人介绍
7.1.2倒立摆平衡机器人
7.1.3滑块辅助式平衡步兵机器人
7.1.4轮腿式平衡机器人
7.2全向轮步兵机器人
7.2.1底盘框架
7.2.2轮系机械设计
7.3舵轮步兵机器人
7.3.1舵轮底盘运动分析
7.3.2舵轮轮组结构设计
7.3.3舵轮底盘控制设计
7.4步兵机器人未来展望
参考文献
附录A训练SVM模型代码例程
附录BMNIST数据集的代码实现
附录COpenCV中卡尔曼滤波源码
C.1cpp文件
C.2h文件
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| 內容試閱：
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前言
自2015年起，“RoboMaster机甲大师赛”以其独特的竞技形式与优秀的青年工程师文化吸引了众多科技爱好者的广泛关注。赛事倡导学生秉持热爱探索的初心，用实践检验真理，用行动创造价值，在过程中收获成长。希望通过“RoboMaster机甲大师赛”的举办，培养更多的青年学子，搭建一个可以充分交流、互助共赢、不断进步的人才培养平台。
编者在参与赛事期间，通过对机器人在机械、嵌入式、硬件、软件方面的研究与学习，将从书本中学到的理论知识运用于实践中，让学习到的专业知识能够有更实际的运用场景，特此有感：
（1） 东北大学的校训就包括“知行合一”，随着RoboMaster机器人技术的不断提升，仅能够实现基础功能的机器人很难适应如今的比赛场地，这使得参赛的青年工程师在规则框架下不断提升机器人性能。东北大学TDT团队自参赛以来，始终将理论与实践相结合，不断改进发射机构，不断提升底盘功率控制性能，不断提升视觉技术，在一年又一年的传承下积累了大量机器人研发经验。
（2） 知行合一、开源分享是科技持续发展的主旋律。知行合一的工程师思维就是把自己的知识转化为实践，然后再通过实践提升到理论的过程，这也是TDT队名的由来。另外，在机器人研发领域，闭门造车并不能有很大的提升，多交流、多进行开源分享，才可能得到更大的提升。
（3） 初入实验室的时候，由于缺少系统学习RoboMaster相关知识的书籍，导致花了大量的成本去完成最基础的功能，在第一次制作步兵机器人的时候，我们更多是依靠自己平时的调参测试。而在后期研发和撰写这本书的过程中，我们主要依赖队伍积累和传承下来的知识体系，在解决实验问题的过程中重新把知识体系梳理了一遍，这是非常难得的经验。
本书从机械结构、控制系统、视觉识别等多方面入手，比较详细地介绍了RoboMaster步兵机器人的技术原理与实现方法。希望通过这些内容，读者能够对步兵机器人的设计、制作与调试有一个全面的认识，进而激发读者的创造力和探索精神，让读者感受青年工程师努力追求的“格物致知”精神文化。
本书第1章主要介绍“RoboMaster机甲大师赛”的发展历程、RoboMaster步兵机器人的发展史与关键技术分析。
第2章至第6章围绕最常规类型（四轮麦克纳姆轮底盘构型）的步兵机器人展开技术分析。其中，第2章主要介绍步兵机器人的总体设计思路、重要参数选择、关键零部件选型以及人机交互方式设计； 第3章主要介绍步兵机器人的机械结构设计，包括底盘设计、供弹方式设计、云台设计、发射机构设计以及外观保护设计； 第4章主要介绍步兵机器人的控制系统设计，包括系统需求分析、接口设计、电子元器件选择与电路板设计、功率模块设计与控制算法； 第5章主要介绍步兵机器人的视觉识别系统设计，包括需求设计、硬件选型、滤波算法以及装甲板和能量机关的识别等； 第6章主要介绍在设计步兵机器人过程中的常见问题及解决方法。
第7章介绍了平衡步兵机器人、全向轮步兵机器人及舵轮步兵机器人的部分内容。
本书力求语言通俗易懂、内容实用全面，适合广大科技爱好者、机器人研究者以及相关专业的学生阅读。我们相信，通过本书的学习，读者将能够在RoboMaster步兵机器人的世界里畅行无阻，开启属于自己的机器人探索之旅。
本书由东北大学TDT机器人实验室编写。其中，第1章由王法祺编写，第2章由刘铁、蔡皓、彭阳、王法祺编写，第3章由丁肖飞、刘希明、宝光辉、蔡皓、王法祺编写，第4章由黄谦、肖银河、钟毅、赵东阳、徐俊杰、曹澎骏、张誉忠、梁文生、冯宇霖编写，第5章由李御霖、严俊涵编写，第6章由黄谦、李昱棋、黄竟洋编写； 第7章由梁文生、陈培泽、王敏、李兴佳、王法祺编写。全书由陆志国、刘冲统稿。
限于编者水平，错误和欠妥之处在所难免，敬请广大读者批评指正。
编著者2024年12月
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