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自主移動機器人控制技術:從電機控制到SLAM技術 版權信息
- ISBN：9787030727800
- 條形碼：9787030727800 ; 978-7-03-072780-0
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
自主移動機器人控制技術:從電機控制到SLAM技術 本書特色
本書所介紹的內容是比較容易理解的，物理特性比較好觀察，大概掌握這些知識后，誰都可以構建自己的控制系統。
自主移動機器人控制技術:從電機控制到SLAM技術 內容簡介
本書主要介紹移動機器人的分類、直流電機及其控制、控制理論概述、移動機器人控制技術、SLAM技術、用SLAM技術構建自主移動機器人控制系統等。內容由淺入深，既介紹了不同控制方法的優缺點，又針對不同的控制方法提出有待研究的課題。
自主移動機器人控制技術:從電機控制到SLAM技術 目錄
目錄
第1章 緒論 1
1.1 本書編寫目的 3
1.2 本書的結構 4
第2章 移動機器人的分類 5
2.1 按照引導方式進行分類 7
2.1.1 引導方式 9
2.1.2 地上支援型引導方式 12
2.1.3 自主移動型無引導方式 16
2.2 按照驅動方式的不同進行分類 19
2.2.1 坐標系的定義 20
2.2.2 兩輪差速驅動方式 26
2.2.3 前輪操舵、前輪驅動方式 32
2.2.4 前輪操舵、帶有差動結構的后輪驅動方式 36
2.2.54 輪獨立操舵、2輪獨立驅動方式 38
2.2.6 麥克納姆輪驅動方式 40
2.3 按照用途進行的分類與移動機器人的實例 43
第3章 直流電機及其控制技術 49
3.1 直流電機的工作原理與結構 51
3.2 直流電機的基本特性 51
3.3 電流控制 54
3.4 速度控制 58
第4章 控制理論概述 63
4.1 狀態反饋控制 65
4.2 補償極限型控制 70
4.3 多重反饋控制 74
第5章 移動機器人控制技術基礎知識 77
5.1 目標路徑與移動機器人控制的評價指標 79
5.2 目標路徑與目標點 83
5.3 對目標點的定位控制 88
5.3.1 基于線性理論的定位控制與課題 88
5.3.2 實現*短時間控制與高速響應控制的范圍 99
5.3.3 蠕變速度定位控制 103
5.4 對應于直線目標路徑的路徑跟蹤控制 110
5.4.1 利用磁傳感器的檢測值進行控制 111
5.4.2 利用移動機器人與目標路徑的距離和角度進行控制 119
5.4.3 利用移動機器人與目標路徑的距離、角度和角速度進行控制 124
第6章 SLAM技術概述 127
6.1 SLAM技術的原理 129
6.2 內置傳感器與外置傳感器 134
6.3 掃描匹配 138
6.4 SLAM技術的運用方法 141
6.5 單純依靠激光掃描儀實現地圖生成和同步定位的方法 141
6.5.1 系統結構 142
6.5.2 高速運算方法 143
6.5.3 地圖生成功能 145
6.5.4 同步定位 147
6.5.5 激光測位系統的技術指標與特征 149
第7章 用SLAM技術構建自主移動機器人控制系統 151
7.1 使用AGV組件的自主移動機器人系統 153
7.1.1 AGV組件的結構 153
7.1.2 采用AGV組件的系統結構 159
7.1.3 沿直線路徑往返 160
7.1.4 沿環狀路徑前進的方法 168
7.1.5 沿有分支的路徑前進和后退 175
7.2 緊盯著移動軌跡的自主移動機器人系統 182
7.2.1 系統構建的方法 183
7.2.2 使用曲率的路徑跟蹤控制方式 184
7.2.3 系統結構 190
7.2.4 移動控制特性 196
參考文獻 207
跋 209
第1章 緒論 1
1.1 本書編寫目的 3
1.2 本書的結構 4
第2章 移動機器人的分類 5
2.1 按照引導方式進行分類 7
2.1.1 引導方式 9
2.1.2 地上支援型引導方式 12
2.1.3 自主移動型無引導方式 16
2.2 按照驅動方式的不同進行分類 19
2.2.1 坐標系的定義 20
2.2.2 兩輪差速驅動方式 26
2.2.3 前輪操舵、前輪驅動方式 32
2.2.4 前輪操舵、帶有差動結構的后輪驅動方式 36
2.2.54 輪獨立操舵、2輪獨立驅動方式 38
2.2.6 麥克納姆輪驅動方式 40
2.3 按照用途進行的分類與移動機器人的實例 43
第3章 直流電機及其控制技術 49
3.1 直流電機的工作原理與結構 51
3.2 直流電機的基本特性 51
3.3 電流控制 54
3.4 速度控制 58
第4章 控制理論概述 63
4.1 狀態反饋控制 65
4.2 補償極限型控制 70
4.3 多重反饋控制 74
第5章 移動機器人控制技術基礎知識 77
5.1 目標路徑與移動機器人控制的評價指標 79
5.2 目標路徑與目標點 83
5.3 對目標點的定位控制 88
5.3.1 基于線性理論的定位控制與課題 88
5.3.2 實現*短時間控制與高速響應控制的范圍 99
5.3.3 蠕變速度定位控制 103
5.4 對應于直線目標路徑的路徑跟蹤控制 110
5.4.1 利用磁傳感器的檢測值進行控制 111
5.4.2 利用移動機器人與目標路徑的距離和角度進行控制 119
5.4.3 利用移動機器人與目標路徑的距離、角度和角速度進行控制 124
第6章 SLAM技術概述 127
6.1 SLAM技術的原理 129
6.2 內置傳感器與外置傳感器 134
6.3 掃描匹配 138
6.4 SLAM技術的運用方法 141
6.5 單純依靠激光掃描儀實現地圖生成和同步定位的方法 141
6.5.1 系統結構 142
6.5.2 高速運算方法 143
6.5.3 地圖生成功能 145
6.5.4 同步定位 147
6.5.5 激光測位系統的技術指標與特征 149
第7章 用SLAM技術構建自主移動機器人控制系統 151
7.1 使用AGV組件的自主移動機器人系統 153
7.1.1 AGV組件的結構 153
7.1.2 采用AGV組件的系統結構 159
7.1.3 沿直線路徑往返 160
7.1.4 沿環狀路徑前進的方法 168
7.1.5 沿有分支的路徑前進和后退 175
7.2 緊盯著移動軌跡的自主移動機器人系統 182
7.2.1 系統構建的方法 183
7.2.2 使用曲率的路徑跟蹤控制方式 184
7.2.3 系統結構 190
7.2.4 移動控制特性 196
參考文獻 207
跋 209
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自主移動機器人控制技術:從電機控制到SLAM技術 節選
第1章 緒論 本書所要介紹的移動機器人，是具有多個車輪、能夠自主移動到目的地的車載機器人。由于自動導引車（automated guided vehicle，AGV）具有同樣的功能，因此也將其納入本書一并講述。為了方便起見，本書將地面或內部設置了引導物（用于檢測機器人所處位置）的機器人稱為引導式移動機器人，地面或內部沒有設置引導物的機器人稱為無引導式移動機器人。另外，無引導式移動機器人中，周圍環境不設置引導物，而靠其本身檢測出自身位置的移動機器人，稱之為自主移動機器人。 1.1 本書編寫目的 說到機器人，曾幾何時，專指工業機器人，它們僅活躍于工廠廠區內，給大眾一種隔岸觀火的感覺。時至今日，機器人已經逐漸普及到觸手可及的程度。在如此眾多的機器人之中，多關節型機器人和人形機器人的結構更為復雜，為了驅動它們，需要有很高的技術和解析能力。關于那些多關節機器人和人形機器人，市面上已經出版了大量的技術書籍和科普讀物，它們都為機器人的研究和普及做出了貢獻。尤其是米田等人執筆的叢書“機器人創造設計”［1， 2］，說是機器人技術人員必讀之書也不為過。 像引導式移動機器人和自主移動機器人那樣的車載機器人，即使是小學生，也都能夠單獨進行操控或者組裝。于是，給人們一種錯覺，作為一種控制技術，移動機器人在理論上好像比較通俗易懂，在學術上沒有再進行新的研究和開發的必要了。但現實狀況是，在關于機器人的技術書籍與科普讀物之中，雖然介紹了*簡單的機器人結構，給出了移動機器人的組裝方法、結構、工作原理等，但是大多數都沒有深入介紹控制方法等內容。 對此，作者深深感覺到，有必要針對那些試圖自己制作自主移動機器人的技術人員或者計劃將引導式移動機器人無引導化的技術人員，編寫一部從移動機器人的基礎知識到控制技術的系統性技術書籍。即使是由簡單的控制理論構成的移動機器人，也有必要進行深入的理論探討以尋求真相。衷心希望讀者能夠利用本書所講的知識，構建更加復雜的控制系統。 本書讀者對象是想學習控制技術的學生、想理解移動機器人工作原理的求知者、已熟悉引導式移動機器人的設計者或者設備負責人、想了解如何控制自主移動機器人的技術人員等。 實際上，在從事引導式移動機器人研究的技術人員中，也許會出現這樣那樣的疑問，譬如“為什么對按照控制理論移動的機器人進行定位，需要花費時間？”“為什么提高響應速度，會產生過電流？”“為什么引導式移動機器人后退時，會脫線？”，等等。對于這類“為什么”的問題，一般回答起來比較簡單，然而面對動作比較復雜的引導式移動機器人，往往不知如何下手。遇到此類問題時，如果能夠從本書得到答案，作者將會感到非常榮幸。 1.2 本書的結構 本書由以下章節構成：第2章按照不同分類方法將各種移動機器人進行歸類；第3章介紹驅動移動機器人必不可少的電機；第4章是控制理論概述；第5章歸納自主移動機器人控制技術；第6章概述自主移動機器人中不可欠缺的SLAM技術；第7章是靈活運用SLAM技術，構建一個自主移動機器人的實際例子。 第2章歸納整理幾種常見的移動機器人，分門別類地介紹移動機器人沿著路徑移動時的引導方式，以及使機器人移動的驅動方式。對于幾種主要的驅動方式，在分別介紹其原理的同時，還導出了它們的理論方程式。在技術層面上，本章內容相對簡單，機器人初學者和非專業人士可以先閱讀本章；對機器人有一定了解的人士，可以從第3章讀起。另外，在企業中，研究開發者在制定機器人研究方向的時候，或者設計者開發機器人產品的時候，可以與決策者、用戶等相關人員一起，一邊參考第2章內容，一邊討論，我認為這樣做將會是非常有效的。 第3章講的是驅動移動機器人的電機及其控制技術。在機器人運動的時候，無疑是其內部的電機在起作用，但是在考慮機器人的整體動作時，許多人往往把電機和電機的控制部分忘得一干二凈。其實，機器人按照設定計劃完成各種預定動作時，電機的特性是一個不可忽視的問題。許多發生故障的場合，往往都是因為沒有著眼于電機，使問題解決得太慢。要想清楚認識這類問題的實質，對電機的基本特性要有一個*基本的了解。 第4章是控制理論概述，以獨*的視角歸納控制技術，指出實際應用線性控制理論時需要注意的事項。希望讀者能夠認識到，在被稱為古典控制的一個輸入、一個輸出的反饋控制系統中，具有多個反饋的多重反饋控制可以通過限制器自動切換控制系統。 第5章是移動機器人控制技術，在解釋常見基本控制方法的同時，指出了相關的研究課題，并列舉了各課題對應的定位控制方法。這些方法適用于需要高速移動與精確定位的半導體制造設備等的工作臺控制。 第6章是關于SLAM技術的介紹。SLAM技術近年來突飛猛進，采用基于激光掃描儀的SLAM技術的自主移動機器人已經商品化。因此，在這里解釋其工作原理的同時，還介紹了作者開發的僅使用激光掃描儀的位置檢測方法。 第7章是應用實例，介紹利用SLAM技術獲得信息，并以此實現機器人自主移動的方法，并對靈活運用AGV組件的方法、跟蹤移動軌跡的方法進行說明。 第2章 移動機器人的分類
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