　　《機器人控製技術》係統、深入地介紹瞭機器人控製的關鍵技術、方法以及實際應用。全書共8章，內容包括機器人的機械、機器人的硬件、機器人的電源係統、機器人的信息獲取、機器視覺、機器人的底層控製、機器人的空間坐標變換、機器人運動學建模、動力學建模、機器人的路徑規劃以及機器人的操作係統ROS。本書內容新穎，注重理論與實際應用相結閤，每個章節基本配有實例，力求使讀者能較快地掌握與應用機器人的控製技術。本書可作為高等院校自動化、機械工程、機電一體化、係統工程、信息工程、計算機等相關專業本科生、研究生教材，也可以作為工程技術人員與科研工作者的參考書。

前言
第1章緒論
1.1機器人的定義及發展曆史
1.1.1什麼是機器人
1.1.2為什麼要製造機器人
1.1.3機器人的發展曆史
1.2機器人的結構與分類
1.2.1機器人的結構
1.2.2機器人的分類
1.3機器人控製的基本要求
1.3.1機器人控製的主要內容
1.3.2機器人控製的學習要求
習題
第2章機器人的本體
2.1機器人的機械
2.1.1上肢——臂部、腕部、手部
2.1.2下肢——移動機構
2.1.3軀乾——機身
2.1.4關節——傳動機構
2.2機器人的硬件
2.2.1處理控製係統
2.2.2驅動器係統
2.2.3傳感器係統
2.3機器人的電源係統
2.3.1電池的種類
2.3.2直流穩壓電源
2.3.3充電裝置
2.4機器人機械製作實例
2.4.1智能小型足球機器人二輪機械結構製作實例
2.4.2智能小型足球機器人四輪全嚮移動機械設計實例
2.4.3智能中型足球機器人的機械設計實例
習題
第3章機器人的信息獲取
3.1機器人的傳感器
3.1.1常用傳感器
3.1.2特殊傳感器
3.1.3傳感器應用實例
3.2機器人的信息處理
3.2.1常用的數字濾波方法
3.2.2小波變換在數字濾波中的應用
3.3機器視覺
3.3.1機器視覺的組成
3.3.2機器視覺的工作原理
3.3.3機器視覺應用實例
習題
第4章機器人的底層控製
4.1電動機的選擇與慣量計算
4.1.1電動機選擇
4.1.2步進電動機
4.1.3舵機與轉嚮控製
4.1.4慣量計算實例
4.2典型驅動PWM
4.2.1典型驅動
4.2.2PWM驅動原理
4.2.3PWM驅動機器人實例
4.3運動控製與PID
4.3.1電動機正反轉分析
4.3.2經典PID控製
4.4智能PID參數整定
4.5機器人底層控製設計實例
4.5.1智能小型足球機器人的底層控製設計實例
4.5.2智能中型足球機器人的底層控製設計實例
習題
第5章機器人的運動分析
5.1輪式機器人的空間描述和坐標變換
5.1.1位置方位錶示與坐標係描述
5.1.2平移和鏇轉坐標係
5.1.3機器人運動模型
5.1.4齊次變換及運算
5.1.5機器人傳感器的觀測模型
5.2運動學建模
5.2.1機器人坐標係
5.2.2雙輪差速移動機器人運動學建模實例
5.2.3全方位移動機器人運動學建模實例
5.3動力學建模
5.3.1雙輪差速移動機器人動力學模型
5.3.2全方位移動機器人動力學模型
5.4舞動的機器臂——工業機器人
5.4.1剛體的描述
5.4.2坐標變換
5.5機器人運動學方程的建立
5.5.1連杆參數和連杆坐標係
5.5.2連杆變換
5.6六自由度機械臂運動分析實例
5.6.1機械臂運動方程的建立
5.6.2運動學逆解的求解方法
5.6.3運動學逆解的實驗驗證
習題
第6章機器人的路徑規劃
6.1機器人路徑規劃方法
6.1.1離綫路徑規劃
6.1.2在綫路徑規劃
6.2智能規劃
6.2.1柵格建模法
6.2.2人工勢場法
6.2.3遺傳算法
6.2.4神經網絡算法
6.3機器人路徑規劃改進與實例
6.3.1人工勢場法的改進與實例
6.3.2遺傳算法的改進
習題
第7章機器人的上層控製
7.1機器人操作係統概述
7.1.1ROS的基本介紹
7.1.2ROS係統架構
7.1.3ROS係統工具
7.1.4ROS的安裝與迴顧
7.2ROS的應用舉例
7.2.1控製移動底座
7.2.2導航、路徑規劃和SLAM
7.2.3語音識彆及語音閤成
7.2.4機器人的視覺係統
習題
第8章發展與展望
8.1機器人的發展與展望
8.2機器人的應用舉例與展望
8.2.1老牌製造業大國德國的“新兵”
8.2.2日本服務型機器人嶄露頭角
8.2.3在手術颱上大顯身手的英國“機器人醫生”
8.2.4機器人的未來麵嚮傢庭
8.2.5機器人離我們還有多遠
8.3機器人控製技術的發展
8.3.1機器人技術的發展
8.3.2機器人控製技術的發展與展望
8.4機器人的情感與倫理展望
習題
參考文獻

前言/序言

　　2014年6月9日，習近平總書記在兩院院士大會的報告中提到，“機器人是‘製造業皇冠頂端的明珠’，其研發、製造、應用是衡量一個國傢科技創新和高端製造業水平的重要標誌”。機器人時代的到來，將變革現有生産製造模式以及人類生活方式。美國麻省理工學院的埃裏剋·布萊恩約弗森教授稱之為“第二次機器革命”：海量的智能機器和互聯互通的智慧大腦結閤在一起，將徹底顛覆之前的世界。　　工業和信息化部前副部長毛偉明錶示，工業是立國之本，製造業是一個國傢核心競爭力的重要標誌，我國已經是製造業的第一大國，從2010年開始，我國製造業占全球的比重已經達到第一位。特彆是近年來，我國工業機器人需求呈現井噴態勢，據CRIA與IFR聯閤統計，2015年全球工業機器人銷量為24.8萬颱，其中中國工業機器人市場銷量繼續增長，全年纍計銷售68459颱，占全球工業機器人市場份額超過1/4，中國自2013年起連續三年成為全球最大的工業機器人消費市場。雖然我國已是機器人第一大市場，但自主品牌機器人遠遠不能滿足國民經濟各領域的需求。據統計，2015年國産工業機器人纍計銷售22257颱，而且主要是中低端機器人，高端機器人還主要依賴進口，如何在裝備領域和市場領域實現雙贏，是下一步發展的重點。　　基於此，國內齣現瞭機器人熱，如每年舉行的機器人高峰論壇、中國國際工業博覽會（上海）、世界機器人大會（北京）等。全球也正進入到智能機器人的研究發展新時代，如德國工業4.0、中國製造2025等。本書正是迎閤時代特點，拋磚引玉，為智能機器人控製的研究添磚加瓦。機器人控製是一門多學科交叉的科學，其領域涉及機械設計與製造、多傳感器、運動控製、電力電子、圖像采集、圖像處理、圖像識彆、知識工程、專傢係統、決策係統、軌跡規劃、自組織與自學習理論、多智能體協調、機器人學、機電一體化、無綫通信、精密儀器、實時數字信號處理、自動控製和數據融閤等。　　本書是作者在上海大學教學、科研過程中的成果總結，吸收並藉鑒瞭國內外期刊論文的最新研究成果及相關書籍編著而成的，較為係統地敘述瞭機器人控製技術的相關理論與製作實例等。本書對機器人的機械、傳感器、驅動與機器人的底層控製部分進行瞭分章節敘述，對機器人的坐標變換、運動分析、路徑規劃以及機器人的上層控製部分也進行瞭分章節敘述。　　本書從理論介紹到製作實例，體現瞭理論聯係實際，也是本書的一大特色。尤其是本書增補瞭機器人的操作係統（ROS），使機器人控製技術的內容更加全麵，爭取給國內更多的大學生與機器人愛好者提供幫助。　　本書共8章。第1章闡述瞭機器人的産生以及機器人在國內外的發展、機器人的結構與分類、機器人控製的主要內容與基本要求等；第2章敘述瞭機器人的本體，包括機器人的機械、機器人的硬件和機器人的電源係統，並舉例說明小型足球機器人與中型足球機器人的機械製作；第3章敘述瞭機器人的信息獲取，介紹瞭機器人的常用傳感器與特殊傳感器，傳感器的應用，機器人的信息處理方法，以及機器視覺的原理、工作與應用等；第4章綜閤介紹瞭機器人的底層控製，包括機器人中使用的電動機的選擇與慣量計算、典型的PWM驅動原理與電路實現、運動控製與PID、PID參數的智能整定，並舉例說明瞭小型足球機器人與中型足球機器人的底層控製；第5章對機器人的運動進行瞭分析，分彆介紹瞭輪式移動機器人與工業機器人的空間坐標變換、機器人運動學建模和動力學建模，並以六自由度機械臂進行運動分析舉例；第6章介紹瞭機器人的路徑規劃，包括離綫路徑規劃、在綫路徑規劃和智能規劃（柵格建模法、人工勢場法、遺傳算法），並對人工勢場法、遺傳算法進行優化舉例；第7章介紹瞭機器人的上層控製（用戶層），即機器人的操作係統ROS，包括ROS的基本概念、係統架構、係統工具，以及ROS在移動底座、導航與路徑規劃、語音識彆、機器視覺等方麵的應用舉例；第8章對機器人與機器人的控製技術的發展進行瞭展望。　　選用本書作為教材的學校，建議40學時作為理論教學，另外40學時作為實踐或課程設計等。上海大學開設瞭“機器人控製技術”課程教學以及課程設計，總學時為80。　　本書由上海大學機電工程與自動化學院、上海大學大學生科技創新實驗中心負責人、中國自動化學會機器人競賽工作委員會副主任陳萬米高級工程師（上海大學特級技術總監）編寫第1、8章，劉振參編第2章，杜映峰參編第3章，張誌鬆參編第4章，範彬彬參編第5章，賀永祥參編第6章，汪洋參編第7章，全書由陳萬米統稿。　　本書的編寫工作和齣版得到瞭上海大學、上海大學機電工程與自動化學院相關領導的大力支持。特彆感謝上海大學費敏銳教授、王小靜教授、徐昱琳副教授在本書成稿過程中給予的幫助。　　機器人控製技術內容十分廣泛，涉及諸多學科領域。由於編者的水平所限、經驗不足，書中不足之處在所難免，敬請讀者批評指正。
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