機器人系統設計與實踐 張志安 雷曉雲 9787302635895 【台灣高等教育出版社】

內容簡介
本書是機器人學科的通識教材。從機器人歷史，基本概念出發，引出機器人的分類。涵蓋了機械原理，材料科學，電子自動化等眾多學科內容簡介。再轉而介紹了機器人系統設計的一些優秀工具軟體，以參加比賽為切入點來學習機器人的系統設計。最後介紹了常見機器人賽事和相關機器人設計思路。本書緊緊結合機器人賽事最新熱點，適合所有理工科背景對機器人感興趣的學生做為入門書籍學習。

作者簡介
張志安，主持863項目負責人1項，主持及參与國家級項目5項，省部級項目3項，橫向項目30餘項，年均經費150餘萬元

目錄
第1章機器人概述
1 1機器人的概念及發展歷史
1 1 1機器人的概念
1 1 2機器人的發展歷史
1 1 3機器人三定律
1 2機器人的分類及應用
1 3機器人關鍵技術
1 3 1關鍵零部件設計
1 3 2伺服驅動控制技術
1 3 3多感測器的數據融合
1 3 4定位與導航技術
1 3 5中央控制系統
1 3 6機器人的控制方法
1 4機器人的發展趨勢
1 4 1關鍵技術的發展
1 4 2新興應用領域
1 4 3新技術在機器人領域的拓展
1 4 4留給未來的難題
第2章機器人結構設計基礎
2 1機器人本體
2 1 1機器人運動機構
2 1 2機器人執行機構
2 2常見的傳動機構
2 2 1傳動機構概述
2 2 2機械傳動
2 2 3傳動機構設計
2 3執行器
2 3 1末端執行器概述
2 3 2手指式手爪
2 3 3吸盤式手部
2 3 4工具式手部
2 4結構件常用材料及其選擇
2 4 1金屬材料
2 4 2非金屬材料
2 4 3複合材料
2 4 4材料選擇方法
2 53D列印技術
2 5 13D列印技術的概念與起源
2 5 23D列印技術的發展與未來
2 5 33D列印技術工藝介紹
2 5 4零部件3D列印的實現
第3章機器人控制技術基礎
3 1控制器的種類及功能
3 1 1常見的機器人控制器
3 1 2STM32單片機介紹
3 2常用感測器
3 2 1感測器基本分類
3 2 2內感測器
3 2 3外感測器
3 2 4多感測器信息融合
3 3驅動器及其控制技術
3 3 1驅動器的分類與選取原則
3 3 2驅動器的控制技術
3 4經典控制方法
3 5現代控制方法
3 5 1魯棒控制
3 5 2自適應控制
3 5 3神經網絡控制
3 5 4模糊邏輯控制
3 5 5機器學習
第4章機器人系統設計軟體
4 1結構設計軟體
4 1 1二維設計
4 1 2三維設計
4 2結構分析模擬軟體
4 2 1有限元分析
4 2 2動力學模擬
4 3電路設計軟體
4 3 1Altium Designer
4 3 2PADS
4 3 3Cadence Allegro
4 4電路模擬軟體
4 4 1Cadence/OrCAD PSpice
4 4 2Multisim
4 4 3Electronic Workbench
4 4 4Proteus
4 5機器人系統模擬軟體
4 5 1Simbad
4 5 2Webots
4 5 3MATLAB
4 6控制演算法實現軟體
4 6 1MDK5
4 6 2Visual Studio
4 6 3IAR
4 6 4Arduino
第5章全向移動機器人設計與實現
5 1全向移動機器人及其分類
5 1 1基於全向輪的移動機器人
5 1 2基於麥克納姆輪的移動機器人
5 2全向移動機器人的總體方案設計
5 2 1機械結構設計
5 2 2硬體系統設計
5 2 3通信系統設計
5 3麥克納姆輪的運動分析
5 3 1麥克納姆輪的結構
5 3 2麥克納姆輪的布局及運動學分析
5 4全向移動機器人的控制系統
5 4 1控制系統總體架構
5 4 2系統的功能結構
5 4 3系統主要模塊工作原理
5 5全向移動機器人的應用與展望
5 5 1全向移動機器人的應用
5 5 2全向移動機器人的展望
第6章機械臂組成與控制
6 1常見機械臂
6 1 1機械臂組成
6 1 2常見機械臂介紹
6 1 3常見機械臂執行機構介紹
6 2機械臂控制方法
6 2 1氣動控制
6 2 2液壓控制
6 2 3電動控制
6 2 4機械式驅動
6 3機械臂的應用
第7章機甲大師機器人
7 1RoboMaster機甲大師賽
7 2機甲大師機器人兵種
7 2 1步兵機器人
7 2 2英雄機器人
7 2 3工程機器人
7 2 4哨兵機器人
7 2 5空中機器人
7 2 6飛鏢系統和雷達簡介
7 3步兵機器人的設計與實現
7 3 1總體方案設計
7 3 2底盤設計
7 3 3雲台設計
7 3 4發射系統設計
7 3 5視覺識別系統
7 4英雄機器人
7 4 1上供彈發射機構設計方案
7 4 2下供彈發射機構設計方案
7 4 3雙發射機構設計方案
7 5工程機器人
7 5 1登島設計方案
7 5 2取礦設計方案
7 6哨兵機器人
7 6 1發射布置策略
7 6 2驅動方案
7 7空中機器人
7 8飛鏢系統與雷達
7 8 1飛鏢系統
7 8 2雷達
7 9結語
參考文獻
附錄
附錄A機器人主要賽事
附錄B機器人學相關學術期刊和會議
附錄C機器人視覺識別系統

前言/序言
機器人系統設計與實戰主要面向機器人工程專業，採用項目驅動和賽事引導的方法將機器人技術基礎的理論學習和實踐訓練融合起來，為培養機器人專業人才提供一個可以詳盡了解機器人系統設計相關知識的通識性教材。本書講解機器人設計相關知識的同時，設計的實驗項目由淺入深，包含單模塊化項目驗證到綜合性競賽項目，從機械結構設計出發到機器人整體控制方法，能全方位多樣化地為學生提供訓練平台。更可以讓學生開發自己的創意想法，能充分調動學生的學習積極性，了解自己日後從事的專業方向，從中找到自己未來的科研方向，提升學生分析問題解決問題的能力。
本書的特色之處在於對沒有機器人知識基礎的初學者甚是友好。學習本書內容之後，將充分了解機器人基本知識，包括機械機構設計基礎、控制與感測器技術基礎等方面，同時了解各個組成部分的研究方法，包括結構設計軟體、電路設計軟體以及系統模擬方法等。通識的認知主要是讓初學者從專業的角度去認識機器人技術及其應用領域，掌握學習方法和熟悉機器人領域的關鍵技術。在對基礎知識模塊化學習的過程中，初學者利用對應的機器人實驗箱進行一個個知識點的實踐。引入賽事競爭的學習方式，讓學生獨立完成模塊化的功能實踐內容，培養自己的實踐能力。在模塊化學習完成後，掌握了基礎的實踐方法和調試能力，在此基礎上，進行綜合性的賽事實踐。學生將從查閱資料、設計方案、結構設計、模擬分析、硬體調試、競賽項目驗收等一系列的工作中完成本書的學習。這個學習過程充分調動學生的積極性和創新性，整個學習過程會一直經歷「遇到問題、分析問題、解決問題、總結經驗」的歷程，能很好地培養學生的專業興趣和工程實踐能力。
本書的基本內容包括第1章為機器人概述： 機器人的概念及發展歷史、機器人的分類及應用、機器人關鍵技術、機器人的發展趨勢。第2章為機器人結構設計基礎： 機器人本體、常見的傳動機構、執行器、結構件常用材料及其選擇、3D列印技術。第3章為機器人控制技術基礎： 控制器的種類及功能、常用感測器、驅動器及其控制技術、經典控制方法、現代控制方法。第4章為機器人系統設計軟體： 結構設計軟體、結構分析模擬軟體、電路設計軟體、電路模擬軟體、機器人系統模擬軟體、控制演算法實現軟體。第5章為全向移動機器人設計與實現： 全向移動機器人及其分類、全向移動機器人的總體方案設計、麥克納姆輪的運動分析、全向移動機器人的控制系統、全向移動機器人的應用與展望。第6章為機械臂組成與控制： 常見機械臂、機械臂控制方法、機械臂的應用。第7章為機甲大師機器人： RoboMaster機甲大師賽、機甲大師機器人兵種、步兵機器人的設計與實現、英雄機器人、工程機器人、哨兵機器人、空中機器人、飛鏢系統與雷達。附錄部分介紹了機器人主要賽事，機器人學相關學術期刊和會議，以及機器人視覺識別系統。
全書由張志安擬定編寫大綱，統稿編寫。雷曉雲負責部分章節的編寫、全書的校對、各個章節內容的修整、圖表處理等工作。書中所涉及的實驗項目由南京機御科技有限公司負責完成，並提供實驗設備支持。
限於編寫者的水平，書中可能存在不專業甚至錯誤之處，敬請廣大讀者批評指正。
作者
2023年2月于南京