商品参数
| 中国工程机器人大赛精选案例1 |
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曾用价 |
69.00 |
| 出版社 |
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| 版次 |
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| 出版时间 |
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| 开本 |
32 |
| 作者 |
无 |
| 装帧 |
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| 页数 |
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| ISBN编码 |
9787030530509 |
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针对中国机器人竞赛的具体项目，本书是从中国工程机器人大赛暨国际公开赛获奖案例中精选出的28个技术案例。这些精选的案例都具有代表性，并获得广大学生和机器人爱好者的关注。每个案例都详细介绍设计创意的来源、整体思路、硬件设计、软件设计、系统开发调试和优化等内容。按照不同类型，这些精选技术案例分为7篇，分别为：工程创新创意设计篇，包括无人机、机器狗、壁面作业机器人、履带式遥控扫雷车和工业创新智能小车等；仿人竞速机器人篇，包括交叉足机器人和单电机交叉足机器人；旋翼飞行器篇，包括四旋翼和六旋翼飞行器；搬运机器人篇；竞技体操机器人篇；生物医学创新创意篇，包括基于动态光谱的血氧饱和度测量系统、基于脸部动作编码的机器人视觉人机接口，以及低功耗穿戴式血氧饱和度测量仪等；其他机器人篇，包括智能快递分拣机器人、工程越野机器人、越障机器人、仿生爬坡机器人等。
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目录
第一篇 工程创新创意设计
第1章 筋斗云无人机 3
1.1 尾坐式飞行器系统整体设计 3
1.2 尾坐式飞行器硬件设计 9
1.3 尾坐式飞行器软件设计 10
1.4 系统开发与调试 19
1.5 结论 23
参考文献 23
第2章 机器狗 24
2.1 设计简介 24
2.2 运动学分析 25
2.3 动力学分析 36
2.4 优化设计 37
2.5 控制系统设计 43
2.6 总结和展望 47
参考文献 48
第3章 壁面作业机器人 50
3.1 壁面作业机器人简介 50
3.2 壁面作业机器人总体设计方案 55
3.3 壁面作业机器人性能测试 66
3.4 总结 68
参考文献 69
第4章 履带式遥控扫雷车 71
4.1 项目研制背景与意义 72
4.2 系统设计 74
4.3 结论与展望 84
参考文献 85
第5章 工程创新智能小车 87
5.1 系统整体设计 87
5.2 系统设计 95
5.3 系统调试 108
参考文献 113
第二篇 仿人竞速机器人
第6章 双足机器人Ⅰ 117
6.1 双足机器人简介 117
6.2 技术方案设计 118
6.3 系统整体调试设计 125
参考文献 127
第7章 双足机器人Ⅱ 128
7.1 双足机器人概述 128
7.2 研究内容和实现情况 132
7.3 系统整体设计 133
7.4 硬件设计 135
7.5 软件设计 140
7.6 系统开发与调试 142
7.7结论 143
参考文献 144
第8章 双足机器人Ⅲ 145
8.1 设计简介 145
8.2 机械设计 145
8.3 控制部分 150
8.4 动力部分 151
8.5 赛前调试 153
8.6 改进方案与展望 154
参考文献 154
第9章 双足机器人Ⅳ 156
9.1 设计简介 156
9.2 机器人总体设计方案 160
9.3 交叉足机器人行走步态设计 162
9.4 舵机联动单周期指令算法研究 164
9.5 试验验证及结果分析 165
9.6 结论 167
参考文献 167
第10章 双足机器人Ⅴ 169
10.1 机器人发展史 169
10.2 系统整体设计 170
10.3 硬件设计 173
10.4 软件设计 181
10.5 系统开发与调试 182
10.6 结论 182
参考文献 183
第11章 交叉足机器人Ⅵ 184
11.1 整体设计分析 184
11.2 理论基础 185
11.3 方案设计与实现 186
11.4 总结 190
参考文献 191
第三篇 旋翼飞行器
第12章 四旋翼飞行器 195
12.1 无人机概述 195
12.2 无人机发展历史 196
12.3 系统整体设计 197
12.4 系统硬件设计 199
12.5 系统软件设计 202
12.6 结论 204
参考文献 204
第13章 六旋冀飞行器 205
13.1 项目设计简介 205
13.2 系统设计方案 207
13.3 试验结果分析 212
13.4 结论 214
参考文献 216
第四篇 搬运机器人
第14章 摄像头搬运小车Ⅰ 219
14.1 搬运机器人简介 219
14.2 整体设计简介 220
14.3 项目设计方案 220
参考文献 225
第15章 摄像头搬运小车Ⅱ 226
15.1 设计简介 226
15.2 系统总体设计 229
15.3 硬件系统设计 230
15.4 系统软件设计 235
15.5 系统开发与调试 241
参考文献 243
第16章 摄像头搬运小车Ⅲ 244
16.1 大赛简介及设计思路 244
16.2 摄像头搬运小车整体设计 245
16.3 摄像头搬运小车硬件设计 248
16.4 摄像头搬运小车软件设计 250
16.5 摄像头搬运小车调试过程 253
16.6 结论 255
参考文献 255
第五篇 竞技体操机器人
第17章 竞技体操机器人Ⅰ 259
17.1 设计简介 259
17.2 机械结构设计 260
17.3 电气控制 263
17.4 调试运行 270
17.5 总结与展望 273
参考文献 273
第18章 竞技体操机器人Ⅱ 274
18.1 设计内容和目标 274
18.2 国内外研究情况概述 275
18.3 研究技术方案 276
18.4 总结与展望 278
参考文献 278
第19章 竞技体操机器人Ⅲ 280
19.1 设计简介 280
19.2 机械结构分析 282
19.3 竞技体操机器人控制系统硬件介绍 285
19.4 舞蹈机器人控制系统软件设计 287
参考文献 292
第20章 竞技体操机器人Ⅳ 294
20.1 研究背景 294
20.2 体操机器人的结构 295
20.3 体操机器人的建模与仿真 298
20.4 控制系统设计 302
20.5 体操机器人的调试 304
参考文献 308
第21章 竞技体操机器人Ⅴ 310
21.1 设计简介 310
21.2 硬件设计 312
21.3 软件设计 316
21.4 连接调试 319
21.5 创新创意 321
21.6 结论 322
参考文献 322
第六篇 生物医学创新创意
第22章 基于动态光谱的血氧饱和度测量系统 325
22.1 设计简介 325
22.2 血氧饱和度测量的理论基础 329
22.3 硬件设计 334
22.4 软件和算法 335
22.5 结果与分析 340
22.6 总结与展望 342
参考文献 343
第23章 基于脸部动作编码的机器人视觉人机接口 345
23.1 研究设计简介 345
23.2 视觉信号的处理与分析 348
23.3 上位机与单片机的通信 350
23.4 智能模拟小车的设计 352
23.5 试验结果与分析 356
参考文献 358
第24章 低功耗穿戴式血氧饱和度测量仪 359
24.1 研究设计介绍 359
24.2 动脉血氧饱和度检测方法及DS理论 360
24.3 数字化处理方法及绝对差值加和提取方法 363
24.4 基于DS的动脉血氧饱和度检测系统的具体实现 366
24.5 试验与系统评估 370
24.6 总结与展望 371
参考文献 372
第七篇 其他机器人
第25章 智能快递分拣机器人 377
25.1 研究设计简介 377
25.2 机械结构分析 378
25.3 机器人搬运工程控制系统介绍 381
25.4 总结与展望 384
参考文献 384
第26章 工程越野机器人 386
26.1 设计解读 386
26.2 硬件设计 386
26.3 系统软件设计 392
26.4 成果展示 393
参考文献 396
第27章 越障机器人 398
27.1 机器人概述 398
27.2 系统整体设计 399
27.3 硬件设计 400
27.4 软件设计 404
27.5 系统开发与调试 405
27.6 结论 406
参考文献 406
第28章 仿生爬坡机器人 407
28.1 系统整体设计 407
28.2 硬件设计 408
28.3 软件设计 409
28.4 系统开发与调试 415
28.5 总结与展望 420
参考文献 421
第一篇 工程创新创意设计
第1章 筋斗云无人机
尾坐式飞行器可以同时拥有固定翼飞机的高速性能和直升机的垂直起降性能，是近年来航空领域的研究热点。我们研发的尾坐式无人机创新性地采用了正反桨推力矢量装置，其反扭矩相互抵消，且可以在过失速情况下稳定地控制机体姿态。此外，该无人机采用新型的尾坐式起降方案：起飞时采用分离式起落架，使得机体无需安装大型起落架，减轻了机体重量；降落时采用可控前倾式降落方式，防止了降落时因侧风导致的机体翻倒。由于尾坐式飞机特殊的飞行方式，该无人机的控制方法较为复杂，因此，研发了配套的新型飞行控制方法：为解决欧拉角奇异的问题，提出了水平=垂直欧拉角综合姿态解算方法；为了在获得快速响应的同时防止超调，采用了线性=恒加速度逼近和角速率限幅积分逼近控制方法；此外，提出了一种特殊的数据融合算法，该算法通过迭代计算保证了高度数据的准确性；尾坐式起降时，机体姿态和高度具有强耦合关系，为此采用一种基于滤波前馈加速度算法的高度控制器。完整的尾坐式飞行试验结果验证了无人机总体设计、硬件系统以及飞行控制算法的有效性。
1.1 尾坐式飞行器系统整体设计
1.1.1 尾坐式飞行器概述
尾坐式飞行器在起飞时尾部着地、机体处于垂直状态，起飞时在动力系统作用下机体垂直上升。在飞行器到达一定高度后，进入飞行转换模式，此时机体逐渐减小自身攻角，直至完全改平后进入高速平飞模式。当飞行器需要降落时，机体再次进入飞行转换模式，逐渐增加自身攻角，直至机体完全垂直。之后机体垂直下降，直至接触地面完成降落流程。尾坐式飞行器的整个飞行流程如图1-1所示。
由于尾坐式飞行器可以同时拥有固定翼飞机的高速性能和直升机的垂直起降性能[1，2]，且不需要复杂的动力倾转机构，因此，早在20世纪50年代，美国就开始研制尾坐式飞行器XF-Y1(图1-2)。然而经过试验后，科研人员发现尾坐式飞行器的控制问题较为复杂，在当时的技术条件下难以解决。同时，在进行尾坐式起降时，飞行员的视野较差，存在很大的视觉死角，容易发生事故。因此，美国在当时暂时放弃了对尾坐式飞机的进一步探索。
图1-1 尾坐式飞行器飞行流程
图1-2 美国XF-Y1尾坐式飞行器
2000年以后，随着电子技术的发展，主动控制技术和高性能无人机飞控系统逐渐成熟，以前无法解决的复杂控制问题，在采用主动控制技术后已经可以逐步解决。而高性能无人机飞控系统的出现，使得飞行器不需要搭载驾驶员，原先飞行员视野较差的问题也得到解决。因此，尾坐式飞行器又成为了各航空大国的研究热点，目前项目进展较好的有Sky-Tote、Golden-Eye、V-Bat以及TERN等尾坐式飞行器(图1-3)。
图1-3 目前国际上主要的尾坐式飞行器项目
1.1.2 推力矢量尾坐式无人机总体设计
我们研发的推力矢量尾坐式无人机，采用尾坐式起降方式，配备双旋翼推力矢量装置用于控制飞机姿态。双旋翼推力采用正反桨设计，反扭矩相互抵消，避免了因消除反扭矩占用大量舵量的问题。除与推力矢量装置联动的副翼外，再无其他气动舵面，在保证机体各方向有效控制能力的前提下，减少了不必要的冗余控制装置，有助于减轻机体重量。此外，该无人机创造性地应用了新型的尾坐式起降方案：起飞时采用分离式支架，机体无需安装大型起落架，进而减轻了机体重量；降落时采用可控前倾式降落方式，防止了因侧风导致的机体翻倒。推力矢量尾坐式无人机实物图如图1-4所示。
尾坐式无人机在垂直起降状态下，机体处于过失速状态，此时气动舵面基本失效，无法提供有效的控制力矩。为了在过失速状态下有效控制机体姿态，可以采用推力矢量技术，直接偏转推力方向，进而产生有效的控制力矩。我们研发的无人机采用了两个单自由度的推力矢量偏转装置，电机及螺旋桨在拉杆作用下，由舵机带动偏转，进而改变推力方向，产生矢量推力。为增强高速平飞时飞机对自身姿态的控制能力，有效利用气动力，采用副翼与矢量装置联动的设计方案，这样既简化了伺服系统，又为电机提供偏转安装面，一举多得。其作动示意图如图1-5所示。
图1-4 推力矢量尾坐式无人机实物图
图1-5 推力矢量偏转装置作动示意图
该推力矢量装置经过大量的试验及优化设计，可使用最少的控制装置实现最佳的控制效果。最终采用的方案仅需两个单自由度伺服机构，配合两台电机的转速控制，即可实现对机体俯仰、滚转、偏航三个方向的矢量控制。
在俯仰方向上，采用推力矢量联动上下偏转的方式对姿态进行控制。当左右推力矢量装置同时下偏时，偏转的发动机产生低头力矩，机体俯仰角减小；当左右推力矢量装置同时上偏时，偏转的发动机产生抬头力矩，机体俯仰角增大。其控制过程如图1-6所示。
在滚转方向上，采用推力矢量差动上下偏转的方式对姿态进行控制。当左推力矢量装置下偏且右推力矢量装置上偏时，偏转的发动机产生向右滚转的力矩，机体
