包邮服务机器人系统设计

第1 章　绪论　/ 1

1.1　机器人的定义、应用与发展　/ 2

1.1.1　机器人的应用　/ 2

1.1.2　机器人的发展　/ 4

1.2　服务机器人　/ 8

1.3　服务机器人的结构与分类　/ 10

1.3.1　服务机器人的结构　/ 10

1.3.2　服务机器人的分类　/ 12

1.4 　服务机器人控制的主要内容　/ 18

参考文献　/ 19



第2 章　服务机器人的移动机构　/ 20

2.1　移动机构　/ 21

2.1.1　单轮移动机构　/ 21

2.1.2　两轮差动配合小万向轮机构　/ 22

2.1.3　全向轮式移动机构　/ 23

2.1.4　履带式移动机构　/ 23

2.1.5　足式机构　/ 24

2.2　设计举例　/ 26

2.2.1　轮式移动服务机器人底盘　/ 26

2.2.2　双足步行机器人　/ 29

2.2.3　履带式机器人底盘　/ 31

参考文献　/ 35



第3 章　服务机器人的执行单元　/ 36

3.1　服务机器人的机械臂　/ 37

3.1.1　四自由度机械臂　/ 39

3.1.2　六自由度机械臂　/ 42

3.2　机械手　/ 46

3.2.1　二指机械手　/ 46

3.2.2　三指机械手　/ 49

3.2.3　五指机械手　/ 52

3.3　其他执行单元　/ 53

3.3.1　腕部　/ 53

3.3.2　其他机械手　/ 54

3.3.3　其他机械臂 　/ 55

参考文献　/ 55



第4 章　服务机器人的驱动与控制　/ 56

4.1　电机的选择与分类　/ 57

4.2　电机的控制　/ 61

4.2.1　直流电机的基本特性　/ 61

4.2.2　转速控制 　/ 61

4.2.3　转向控制　/ 64

4.2.4　电机控制实例　/ 68

4.3　服务机器人的控制　/ 70

4.3.1　经典PID 控制　/ 70

4.3.2　智能PID 整定概述　/ 74

参考文献　/ 79



第5 章　服务机器人的运动分析　/ 80

5.1　服务机器人的位置运动学　/ 81

5.1.1　位置方位描述　/ 81

5.1.2　位置信息与传感器　/ 82

5.1.3　坐标变换　/ 86

5.1.4　齐次变换及运算　/ 92

5.2　服务机器人的微分运动与动力学分析　/ 94

5.2.1　底盘运动学分析——双轮　/ 94

5.2.2　底盘运动学分析——全向轮　/ 96

5.3　服务机器人的正逆运动学问题　/ 104

5.3.1　刚体的描述　/ 105

5.3.2　正逆运动学问题 　/ 106

5.3.3　机械臂的正逆运动学　/ 107

参考文献　/ 111



第6 章　服务机器人的路径规划　/ 112

6.1　服务机器人的路径规划分类　/ 113

6.1.1　离线路径规划　/ 114

6.1.2　在线路径规划　/ 115

6.1.3　其他路径规划算法　/ 117

6.2　经典路径规划方法　/ 118

6.2.1　人工势场法　/ 118

6.2.2　A* 算法　/ 122

6.2.3　遗传算法　/ 128

6.3　服务机器人路径规划优化　/ 135

6.3.1　人工势场法的改进　/ 135

6.3.2　A* 算法的改进　/ 137

6.3.3　遗传算法的改进　/ 140

6.3.4　服务机器人路径规划技术发展　/ 142

参考文献　/ 143



第7 章　服务机器人的感知　/ 145

7.1　服务机器人的感知　/ 147

7.1.1　内部感知单元　/ 148

7.1.2　外部感知单元　/ 151

7.1.3　特殊感知单元　/ 156

7.2　机器视觉　/ 158

7.2.1　机器视觉的组成　/ 159

7.2.2　机器视觉的工作原理　/ 161

7.2.3　机器视觉在服务机器人上的应用　/ 168

参考文献　/ 172



第8 章　服务机器人的操作系统　/ 173

8.1　服务机器人的操作系统概述　/ 174

8.1.1　服务机器人操作系统的概述　/ 174

8.1.2　服务机器人操作系统的关键技术　/ 176

8.2　ROS 及其应用　/ 178

8.2.1　ROS 的基本概念　/ 179

8.2.2　ROS 的应用　/ 188

参考文献　/ 194



第9 章　发展与展望　/ 195

9.1　发展　/ 196

9.2　比赛促进技术提升　/ 198

9.3　未来展望　/ 205

参考文献　/ 208



索引　/ 209