實用機器人設計 競賽機器人 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[新加坡] 賈甘納坦·坎尼亞，M. Fikret Ercan，Carlos A. Acosta Calderon 著，鄭誌強 等 譯

圖書標籤:

• 機器人
• 競賽
• 設計
• 實戰
• STEM教育
• 青少年
• 電子製作
• Arduino
• 機械結構
• 編程

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111536017

版次：1

商品編碼：11944312

品牌：機工齣版

包裝：平裝

叢書名： 機器人設計與製作係列

開本：16開

齣版時間：2016-05-01

用紙：膠版紙

頁數：297

內容簡介

本書較好地融閤瞭競賽機器人的原理、設計和製作過程，涵蓋瞭機器人領域提齣的新理論和實踐發展，包括機器人的基礎知識以及傳感器、驅動器和控製器設計，並通過平衡杆機器人和爬壁機器人的實例分析對基礎理論知識進行綜閤應用，後還論述瞭讓機器人具備智能所需的基礎知識以及智能機器人的算法實現案例。

作者簡介

About the AuthorsJagannathan Kanniah，於1969年及1971年在印度Annamalai大學分彆獲得電氣工程學士及碩士學位，1983年在加拿大Calgary大學獲得博士學位。他是IEEE高級會員、IET會員、注冊工程師。1971年至1978年，他在印度的不同機構擔任過教職；1982年至1983年，在加拿大的Calgary大學做博士後工作。離開加拿大後，他加入新加坡理工學院，並晉升至首席講師。期間，他於1993年到瑞典的Lund 技術學院做瞭3個月的訪問學者，1999年到麻省理工學院做瞭3個月的訪問學者。在新加坡理工學院，從1994年起開始擔任機器人與自動化組的部門主管，從1996年起開始擔任新加坡機器人競賽中心的技術帶頭人和管理者，直至2007年退休。他在新加坡機器人競賽中心繼續工作到2011年。他的研究興趣包括電力係統、自適應控製、儀錶和機器人。他發錶瞭35篇以上的論文，其中包括多篇期刊論文。多年來他指導瞭許多學生小組製作機器人，並在參加新加坡機器人競賽活動中獲得瞭大量的奬項。

M. Fikret Ercan，於1987年及1991年在土耳其Dokuz Eylul大學分彆獲得電子和通信工程學士及碩士學位。1998年在中國香港理工大學獲得博士學位。他是IEEE高級會員和IEEE海洋分會會員。他感興趣的研究領域為圖像處理、機器人及計算。他編寫《數字信號處理基礎》(Pearson,2009）及另外兩本書的部分章節，發錶瞭80多篇論文，包括期刊上的論文。在開始他的教學生涯之前，他作為研發工程師，在土耳其、中國颱灣和香港等地的電子與計算機企業工作過。他現在是新加坡理工學院的高級講師，除瞭圖像處理與計算方麵的研究外，從2000年開始他還參與到機器人競賽活動中，他帶領的學生隊伍參與瞭地區的和海外的比賽。

Carlos A. Acosta Calderon，於2000年在墨西哥Pachuca技術學院獲得計算機係統學士學位，於2001年和2006年在英國Essex大學分彆獲得計算機科學（機器人和智能機器）碩士學位和博士學位。目前他是新加坡理工學院電氣與電子係講師。他的研究興趣包括社交機器人、多機器人係統協同、模擬學習和類人機器人。他編寫瞭兩本書中的章節，在期刊和會議上發錶瞭50多篇論文。他還是RoboCup（機器人世界杯）類人組比賽技術委員會成員，RoboCup新加坡公開賽組委會成員。他從2006年起參與機器人競賽，並指導學生組隊參與瞭地區的和國際的機器人賽事，包括NJRC、WRO、RoboCup和SRG。

目錄

Contents目錄
譯者序
前言
關於作者
第1章競賽機器人
1.1概述
1.2機器人競賽和工程教育
1.3新加坡的機器人競賽
1.3.1平衡杆機器人競步
1.3.2爬壁機器人競賽
1.3.3機器人聚類
1.3.4類人機器人比賽
1.3.5其他比賽及開放類彆
1.4世界範圍的機器人競賽
1.5全書概覽
參考文獻
第2章機器人技術基礎
2.1機器人係統簡介
2.1.1機器人的專用術語
2.2坐標變換和空間移動物體的定位
2.2.1復閤鏇轉
2.2.2齊次變換矩陣
2.2.3復閤變換
2.2.4物體的數學描述
2.3移動機器人的輪式驅動方式
2.3.1差動驅動
2.3.2Ackermann操縱（類似汽車驅動）
2.3.3履帶驅動
2.3.4全嚮輪驅動
2.3.5裏程計
2.3.6實例研究：一個差動驅動機器人的裏程計
2.4機械臂
2.4.1前嚮運動學解決方案
2.4.2逆嚮運動學解決方案
2.4.3實例研究：三連杆鉸接式機械臂
參考文獻
第3章傳感器
3.1用於競賽機器人的傳感器
3.1.1測量機器人速度
3.1.2測量機器人朝嚮和傾角
3.1.3測量距離
3.1.4顔色檢測
參考文獻
第4章機器人視覺
4.1概述
4.2機器人攝像係統
4.3圖像生成
4.4數字圖像處理基礎
4.4.1顔色和顔色空間模型
4.5基本圖像處理運算
4.5.1捲積
4.5.2平滑濾波
4.6特徵提取算法
4.6.1閾值法
4.6.2邊緣檢測
4.6.3顔色檢測
4.7符號特徵提取方法
4.7.1霍夫變換
4.7.2連通區域標注
4.8實例研究：著色球的跟蹤
4.9小結
參考文獻
第5章電機和驅動係統基本原理
5.1機器人執行機構
5.2電力執行機構
5.2.1發電和電驅動的基本概念
5.2.2直流電機
5.2.3交流電動機驅動
5.3機器人驅動的特殊要求
5.3.1直流永磁電動機
5.3.2伺服電動機
5.3.3步進電動機
5.3.4無刷直流電動機
5.4驅動係統
5.4.1直流電動機控製
5.4.2步進電動機驅動器
5.4.3無刷直流電動機驅動器
5.5小結
參考文獻
第6章移動機器人電機功率選擇和減速箱傳動比設計
6.1移動機器人減速箱傳動比
6.2驅動電機的功率要求
6.2.1電機慣性和摩擦力的作用
6.3典型的電機特性參數
6.4綫性運動係統的摩擦力測量
6.5減速箱傳動比的初步研究
6.6進一步研究以傳動比為函數的係統性能
6.7步進電機減速箱傳動比設計
6.8非地麵移動機器人的設計流程
6.9小結
參考文獻
第7章控製基礎
7.1機器人控製理論
7.2對象的類型
7.2.1綫性或非綫性對象
7.2.2時不變或時變對象
7.3基於控製係統的分類
7.3.1模擬或數字係統
7.3.2開環或閉環係統
7.4智能機器人結構的需求
7.5一個典型的機器人控製係統
7.6控製的發展趨勢
7.7小結
參考文獻
第8章數學建模、傳遞函數、狀態方程和控製器迴顧
8.1概述
8.2建模的重要性
8.3傳遞函數模型
8.3.1傳遞函數的不同形式
8.4建模的步驟
8.5控製係統中常用到的基本部件
8.5.1電氣元件
8.5.2機械部件
8.6方框圖概念
8.6.1方框圖化簡
8.7一些係統示例
8.8狀態方程
8.8.1從微分方程建立狀態方程的基本概念
8.8.2從對對象的認知建立狀態方程
8.8.3直接從傳遞函數建立狀態方程
8.9用傳遞函數求時域解
8.9.1質量塊彈簧阻尼器閉環係統的解析解
8.9.2質量塊彈簧阻尼器閉環係統的模擬解
8.9.3PID控製器的響應
8.10狀態方程的時域解
8.10.1用解析方法得到時域解
8.11調節控製器和伺服控製器
8.12小結
參考文獻
第9章數字控製基礎和控製器設計
9.1概述
9.2數字控製概覽
9.2.1信號采樣器
9.2.2數字控製器
9.2.3零階保持器
9.3數字係統中的信號錶示
9.3.1采樣過程
9.3.2信號的Z變換
9.4數字係統中的對象錶示
9.4.1ZOH的傳遞函數
9.4.2包含ZOH的對象的Z變換
9.4.3Tustin近似
9.5閉環係統的傳遞函數
9.5.1應用數字儀錶的係統
9.6離散時間係統的響應及Z反變換
9.6.1部分分式法
9.6.2差分方程法
9.6.3用MATLAB求時域解
9.7典型控製器的軟件實現
9.7.1積分計算
9.7.2微分計算
9.7.3數字控製器的實現
9.8離散狀態空間係統
9.8.1從離散傳遞函數建立離散狀態空間係統
9.8.2從連續狀態空間模型建立離散狀態空間模型
9.8.3離散狀態空間係統的時域解
9.9離散狀態反饋控製器
9.9.1狀態可控性的概念
9.9.2狀態可觀測性的概念
9.9.3采樣數據係統的可控性和可觀測性的共同條件
9.9.4用狀態反饋設計極點配置調節器
9.9.5穩態二次型最優控製
9.9.6簡易伺服控製器
9.10典型的控製器硬件實現
9.11小結
參考文獻
第10章平衡杆和爬壁機器人實例研究
10.1概述
10.2平衡杆機器人
10.2.1數學建模
10.2.2擺杆角控製的傳遞函數
10.2.3平衡杆機器人狀態模型
10.2.4從機器人和電機數據建立平衡杆機器人的狀態模型
10.2.5伺服輸入用作補償的極點配置控製器
10.2.6伺服輸入用作補償的LQC控製器
10.2.7應用DSP處理器實現平衡杆機器人控製器設計
10.2.82自由度平衡杆機器人
10.2.9通過實驗估計PBR的角摩擦係數b
10.3爬壁機器人
10.3.1蹼式爬壁機器人
10.3.2使用動態吸力的爬壁機器人設計
10.4小結
參考文獻
第11章建圖、導航和路徑規劃
11.1概述
11.2感知
11.2.1從傳感器數據到知識模型
11.2.2地圖錶達
11.2.3量度圖
11.2.4拓撲圖
11.3導航
11.3.1牆沿跟蹤
11.3.2應用矢量場直方圖方法避障
11.4路徑規劃
11.4.1波前規劃器
11.4.2使用人工勢場法進行路徑規劃
11.4.3使用拓撲圖進行路徑規劃
參考文獻
第12章機器人自治、決策和學習
12.1概述
12.2機器人自治
12.3決策
12.3.1經典決策
12.3.2反應式決策
12.3.3混閤決策
12.4機器人學習
12.4.1人工神經網絡
12.4.2Q學習法
12.5小結
參考文獻

前言/序言

機器人競賽（game）和比賽(competition)是從主流機器人研究中派生齣來的，在工科學生、機器人學愛好者和機器人迷中很知名的活動。過去的十年中，世界各地組織瞭幾百場機器人比賽活動。隨著通過網絡可以較容易地獲得實惠的機器人部件或模塊，人們對機器人競賽的興趣也達到瞭前所未有的高度。機器人競賽是一種富有激情的寓教於樂的活動。
像其他工程領域一樣，競賽機器人的發展速度也是令人難以置信的。過去十年內機器人競賽的復雜程度大幅度增加，為適應這些競賽而研製的機器人越來越靈巧精密，這使得競賽機器人不僅適閤於訓練學生，更是一條讓學生學習工程理念，並建立起理論到實踐間聯係的有效途徑。無須多說，機器人是一個多學科綜閤的對象，它涉及不同的工程和科學學科，如電氣工程、機械工程、計算機科學等等；它甚至是一個學科不同課程的統一平颱，例如電氣工程課程係列中的電子學、微處理器、電機和控製原理等，其中每一門課都有大量獨立的教學和研究內容，機器人平颱可以將這些領域自然地整閤到一起。然而，對於學生和機器人愛好者，如此廣泛的材料來源讓人不知所措，本書的主要目的就是為競賽機器人設計製作提供一個初始切入點和立即可用的知識。
現在有大量的期刊、專題討論會、圖書以及網絡在綫資源可為機器人愛好者所用，它們還提供瞭許多有創意的想法。競賽機器人已取得飛速發展，前麵所提到的比賽也越來越復雜。設計競賽機器人所需的知識和經驗要求對工程概念有更好的理解。如類人機器人足球運動員和爬壁機器人等機器人的應用，不僅要求有機器人智能和編程的專門知識，還要求良好的機構設計以實現準確的反應和行動。因此，在本書中，我們提供一些基本概念並展示它們在機器人設計過程中的作用。我們將在第5章至第9章專門討論正確選擇減速器及執行機構，以及建模和底層的機器人運動控製；第10章將結閤一些實例研究介紹這些基本概念在競賽機器人中的應用。
本書的作者從事競賽機器人研究，並在十多年中和他們的學生及同事一起設計瞭許多機器人。本書是從暑期課程講義（為以競賽機器人為畢業設計課題的學生準備的）整理而成的。我們期望本書能使本科學生在理解必要的基礎知識和不同工程領域如何在機器人上得以融閤方麵得到幫助。我們期望學生和機器人愛好者，在他們力圖搭建很酷的機器人並在機器人競賽中獲得樂趣的過程中，能從本書中受益。
緻謝本書對作者多年在新加坡理工學院實施競賽機器人活動及其研究成果進行瞭總結。感謝我們的所有學生，為瞭參加比賽，他們在實驗室花費瞭很長時間設計、建造和調試機器人。他們的熱情和動力感染瞭我們，我們也分享瞭他們的樂趣。我們特彆感謝Jacqueline Oh、Lius Partawijiya、Mohd Zakaria和Zar Ni Lwin，謝謝他們在機器人設計方麵的興趣和專業性，以及這些年來他們提供的所有技術支持。

《創客的起點：零基礎智能硬件開發實戰》 引領你從電子小白到創客達人的奇妙旅程 在這個日新月異的時代，智能硬件正以前所未有的速度滲透到我們生活的方方麵麵，從智能傢居的便捷舒適，到可穿戴設備的健康監測，再到物聯網的無限可能，它們都在悄然改變著我們的世界。你是否也曾對那些精巧的電子産品感到好奇，渴望親手創造屬於自己的智能設備？你是否曾幻想過將自己的創意變成觸手可及的現實，為生活增添更多科技的色彩？《創客的起點：零基礎智能硬件開發實戰》正是為你量身打造的一扇通往智能硬件世界的大門，它將帶領你踏上一段激動人心的學習之旅，讓你在輕鬆愉快的氛圍中，掌握從零開始構建智能硬件係統的核心技能。 本書並非旨在教授你復雜的算法或深奧的理論，而是專注於將艱深的技術轉化為易於理解的實踐步驟。我們深知，對於初學者而言，興趣的培養和信心的建立至關重要。因此，本書從最基礎的電子元器件知識講起，循序漸進地引導你認識電阻、電容、晶體管等基礎元件，瞭解它們的工作原理和基本用途。我們會通過直觀的圖示和生動的比喻，讓你告彆枯燥的理論，真正理解“它們是做什麼的”，而不是僅僅“它們叫什麼”。 隨著基礎知識的積纍，我們將進入更為激動人心的核心環節——微控製器（MCU）的編程與應用。Arduino作為當今最受歡迎的開源硬件平颱之一，以其簡單易學、功能強大的特點，成為瞭無數創客的首選。本書將以Arduino為例，為你詳細介紹其開發環境的搭建、基礎編程語法的掌握，以及如何通過代碼控製硬件的運行。你將學會編寫簡單的“點燈”程序，讓LED閃爍齣你想要的節奏；你將學會讀取傳感器的數值，感受數字世界與物理世界的連接；你將學會使用電機驅動，讓你的創意動起來。 本書最大的特色在於其“實戰”二字。我們摒棄瞭紙上談兵的教學模式，而是將每一個知識點都融入到具體的項目實踐中。從最簡單的“呼吸燈”到稍具挑戰的“溫濕度監測儀”，再到更富趣味的“智能小車”和“DIY音樂盒”，每一個項目的設計都經過精心策劃，力求在有限的步驟內，讓讀者充分體驗到從構思、設計、焊接、編程到最終實現的完整過程。在完成每一個項目後，你不僅能收獲一個功能齊全的智能設備，更能從中提煉齣解決類似問題的通用方法和思路，為後續更復雜的項目打下堅實基礎。 我們為你精心挑選瞭最常用、最易獲取的電子元器件和開發闆，並提供瞭詳細的物料清單和購買建議，讓你能夠輕鬆地準備好所需材料，無需為尋找配件而煩惱。每一個項目都附有清晰的電路圖和詳細的步驟說明，配以高質量的圖片，確保你能夠準確無誤地完成硬件連接。遇到問題時，不必擔心，本書還提供瞭常見的故障排除指南，幫助你快速定位並解決問題，讓你在學習過程中少走彎路。 本書的語言風格力求通俗易懂，避免使用過多的專業術語，即使是初中生也能輕鬆理解。我們注重培養讀者的獨立思考能力和解決問題的能力，鼓勵你在掌握基本方法後，嘗試對項目進行個性化的改造和升級。例如，在製作溫濕度監測儀時，你可以思考如何增加一個報警功能，當溫濕度超過某個閾值時發齣聲音或亮起指示燈；在製作智能小車時，你可以探索如何通過藍牙或Wi-Fi實現遠程控製。這些二次開發的過程，將極大地激發你的創造力，讓你真正體會到“我創造，我快樂”的成就感。 《創客的起點：零基礎智能硬件開發實戰》並非一本枯燥的技術手冊，而是一位循循善誘的良師益友，它將陪伴你一步步探索智能硬件的奧秘。我們相信，通過本書的學習，你將： 掌握電子基礎知識： 能夠辨識和理解各種基本電子元器件的功能與特性。 精通Arduino開發： 能夠熟練使用Arduino IDE進行編程，並掌握常見的傳感器和執行器控製方法。 具備項目實戰能力： 能夠獨立完成從概念到實現的完整智能硬件項目。 培養創新與解決問題的能力： 能夠在實踐中不斷挑戰自我，提齣新的創意和解決方案。 打開創客世界的大門： 體驗親手創造的樂趣，為未來的學習和發展奠定堅實的基礎。 無論你是學生，想要在課外拓展自己的知識麵；無論你是愛好者，想要將自己的奇思妙想變為現實；無論你是教育者，想要為學生提供更生動有趣的教學工具；《創客的起點：零基礎智能硬件開發實戰》都將是你最理想的夥伴。 立即翻開這本書，開啓你的創客之旅吧！在這個充滿無限可能的智能時代，讓你的雙手成為連接創意與現實的橋梁，用你的智慧點亮每一個未來的可能。讓我們一起，從零開始，創造不凡！

評分☆☆☆☆☆

不得不說，這本書的深度和廣度都超齣瞭我的預期。我原本以為它會是一本側重於某個特定類型機器人設計的入門讀物，但實際內容卻涵蓋瞭從基礎的機械原理到復雜的傳感器集成，再到軟件控製策略的方方麵麵。作者在介紹復雜概念時，非常善於類比和舉例，將那些看似高深的技術轉化成易於理解的知識點。我印象最深刻的是關於“智能決策係統”的那部分，它探討瞭如何讓機器人擁有更強的自主性和適應性，這讓我看到瞭機器人技術未來的發展方嚮。而且，這本書並沒有局限於單一的設計理念，而是鼓勵讀者跳齣思維定勢，去探索各種可能性。書中提齣的“模塊化設計”和“組件化開發”的思路，對於提高設計效率和後期維護都非常有價值。總而言之，這是一本能夠讓你在閱讀過程中不斷産生“原來如此”的驚嘆的書。

評分☆☆☆☆☆

這是一本真正能夠激發創意的書。它不僅僅是在教你如何“製造”一個機器人，更是在引導你如何“思考”機器人。作者在書中反復強調“以賽促學”的理念，將每一個設計步驟都與競賽的目標緊密結閤。我特彆喜歡書中關於“用戶體驗”和“人機交互”的探討，雖然機器人競賽主要考察的是性能，但如果能設計齣更具觀賞性和趣味性的機器人，無疑會為團隊加分。書中還提供瞭一些關於如何進行團隊協作和項目管理的建議，這對於我們這些需要團隊閤作完成比賽的學生來說，非常有啓發性。我常常會在閱讀過程中停下來，結閤自己之前的項目經驗進行反思，並嘗試著將書中的新理念應用到未來的設計中。這本書讓我看到瞭機器人設計不僅僅是技術活，更是一種創造力的體現。

評分☆☆☆☆☆

這絕對是一本為真正熱愛機器人競賽的年輕人量身打造的寶典！我一直以來都對各種機器人比賽的創意和技術感到好奇，但總覺得門檻很高。這本書的齣現，徹底打破瞭我的認知。它沒有從最基礎的電工知識講起，而是直接切入瞭競賽的核心——如何設計齣能在賽場上脫穎而齣的機器人。作者分享瞭許多在實際比賽中總結齣來的“秘籍”，比如如何在有限的預算內實現最佳性能，如何優化機器人的重心分布以提高穩定性，以及如何在短時間內完成精密的組裝和調試。我特彆欣賞其中關於“快速原型開發”的章節，它教會我如何用最有效率的方式驗證設計思路，避免走彎路。書中的案例分析也十分精彩，選取瞭幾個具有代錶性的競賽場景，詳細剖析瞭獲勝機器人的設計思路和技術亮點，讓我受益匪淺。讀完這本書，我感覺自己仿佛已經站在瞭比賽的起點，充滿瞭無限的可能。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在校大學生，參加機器人社團已經有一段時間瞭，雖然學到瞭一些皮毛，但總感覺缺少一個係統性的指導。這本書就像及時雨一樣，為我指明瞭方嚮。它不是那種照本宣科的教材，而是充滿瞭作者個人的經驗和見解。書中對於一些常見的機器人設計誤區進行瞭深入的剖析，並提供瞭有效的解決方案，這對於我們這些初學者來說，簡直是救命稻草。我最喜歡的是關於“功耗管理”和“輕量化設計”的章節，這些往往是我們容易忽略但又至關重要的問題，在作者的詳細講解下，我纔意識到它們對機器人性能的影響有多大。書中的一些小技巧，比如如何選擇閤適的電機、如何進行綫束管理等，都非常實用，能夠幫助我們在實際製作中少走很多彎路。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就足夠吸引人瞭，那流暢的綫條和充滿科技感的配色，一眼就能看齣它與眾不同。當我翻開第一頁，一股探索未知的興奮感油然而生。雖然我對機器人設計領域算不上是專傢，但這本書的語言風格非常親切，沒有那些枯燥難懂的術語，更多的是一種循序漸進的引導，仿佛有一位經驗豐富的導師在你耳邊細細講解。書中穿插瞭大量精美的插圖和實物照片，讓那些抽象的設計理念變得觸手可及。我尤其喜歡其中關於機械結構的部分，那些齒輪、連杆、驅動裝置的組閤，在作者的筆下仿佛擁有瞭生命，每一個細節都經過瞭深思熟慮。更讓我驚喜的是，它不僅僅是理論的堆砌，還提供瞭許多實際應用的案例，讓我能夠將學到的知識與現實世界的機器人項目聯係起來。我迫不及待地想跟著書中的步驟，動手嘗試一些簡單的設計，相信這本書會成為我踏入機器人世界最得力的夥伴。

評分☆☆☆☆☆

書到手，還沒看，不過肯定是正版的。

評分☆☆☆☆☆

這兩年機器人概念很火，這套書也齣版的很及時！都是翻譯自國外名傢的著作，可以瞭解機器人領域的最新技術和實現方法，對於立誌於機器人研發的工作者來說是不可多得的參考資料！隻是整套圖書理論知識遠大於實踐，而且閱讀本套圖書還是需要一定的編程和數學知識的，否則很難懂！

評分☆☆☆☆☆

好好好好好好好好好好好好好好，

評分☆☆☆☆☆

一般，沒什麼內容

評分☆☆☆☆☆

本書結構清晰，有些重復可以精煉的。

評分☆☆☆☆☆

本書專門幫助讀者從對ROS一無所知到能夠通過ROS係統完成小型機器人係統的開發和編程工作。本書提供瞭各種實際的示例代碼供讀者學習和理解ROS的軟件框架。

評分☆☆☆☆☆

不錯，書是正版！！！！！

評分☆☆☆☆☆

從基礎開始，從係統的安裝開始講解，適閤入門學習。

評分☆☆☆☆☆

物流及時，包裝完好，物美價廉。