机器人综合设计与实践
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江西南昌
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作者樊泽明
出版社电子工业出版社
ISBN9787121457548
出版时间2023-10
装帧平装
开本其他
定价69.8元
货号29650424
上书时间2024-11-04
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导语摘要
本书介绍机器人综合设计与实践的相关内容，是一本将串联型机器人技术、并联型机器人技术、移动机器人技术有机集成的教材。本书主要运用机器人的智能感知技术、自主定位与导航技术、运动与控制技术、控制系统与元件等知识内容，设计、构建并实现具备完整避障作业的机器人系统，旨在指导学生将机器人理论知识应用于设计与实践环节，增强学生对新知识、新技术的兴趣，达到培养学生动手实践能力、独立思考能力及团队分工协作能力的目的。通过学习本书，学生能进一步掌握机器人系统的理论知识和工程综合设计能力，为将来的专业发展打下良好的基础。本书具有理论性、设计性与实践性相结合的特点，特别适合作为高年级本科生和研究生的机器人学习教材，也适合作为从事机器人研究、开发和应用的科技人员的参考书。
作者简介
樊泽明，博士后，教授。1990-09至1994-07，空军电讯工程学院，读大学；1994-08 至 1996-08，西安联合机电设备厂，工作；1996-09至1999-02，西安工业大学机械学院，读硕士；1999-03至2002-10，西安理工大学机械与精密仪器工程学院，读博士；2002-11至2005-09，西安理工大学自动化学院，副教授/博士后；2005-10至2018-06，西北工业大学，副教授；2018-07至2021-06，西北工业大学自动化学院，教授。个人/集体荣誉：（1）校级最满意教师、校级"三育人先进个人”、校级先进工作者多次；（2）省级一流课程负责人：2门。教学成果获奖情况：（1）陕西省教学成果奖，一等奖，排名第一；（2）国家级教学竞赛，一等奖，排名第一（该奖项全国一等奖12项、二等奖40项、三等奖197项）；（3）全国高校教师实验设备创新大赛，银奖，排名第一（该奖项全国金奖1项、银奖3项、铜奖6项）；（4）陕西首届高校课堂教学创新大赛，优秀奖；（5）校级教学成果，一等奖，排名第一；（6）校级教学成果，二等奖,3项，排名第一；（7）陕西省第三届研究生电子设计竞赛，优秀指导教师奖；（8）指导学生获国家级、省部级奖20余项。出版著作情况：《机器人学基础》（机械工业出版社、2021年）、《机器人控制技术及智能控制方法》（西北工业大学出版社、2020年）。
目录
第1章 绪论1
1.1 机器人的起源与发展1
1.1.1 机器人的起源1
1.1.2 机器人的发展2
1.2 机器人的分类3
1.2.1 按机器人的连接方式分类3
1.2.2 按机器人的移动性分类5
1.2.3 按机器人的控制方式分类8
1.2.4 按机器人的几何结构分类9
1.2.5 按机器人的智能程度分类9
1.2.6 按机器人的用途分类9
1.3 本书综述10
1.3.1 机器人运动学设计与实践10
1.3.2 机器人感知和物体识别设计与实践12
1.3.3 机器人定位和地图构建设计与实践12
1.3.4 机器人规划和避障设计与实践12
1.3.5 机器人控制设计与实践12
1.4 本章小结12
习题113
第2章 机器人综合设计与实践平台14
2.1 引言14
2.2 硬件系统16
2.2.1 双目视觉系统17
2.2.2 双臂作业系统18
2.2.3 腰部3-RPS并联机构19
2.2.4 移动小车平台19
2.3 软件系统20
2.3.1 机器人模型20
2.3.2 机器人通信22
2.4 本章小结23
习题223
第3章 机器人正运动学综合设计与实践24
3.1 机器人正运动学理论基础24
3.1.1 机器人Standard-DH坐标系24
3.1.2 机器人Modified-DH坐标系26
3.1.3 相邻两连杆坐标系的位姿表达27
3.1.4 相邻两连杆坐标系的位姿确定27
3.1.5 机器人正运动学29
3.2 机器人正运动学综合设计30
3.2.1 感知系统正运动学31
3.2.2 主作业系统正运动学34
3.2.3 辅助作业系统正运动学36
3.2.4 3-RPS并联机构正运动学37
3.3 机器人正运动学综合实践40
3.3.1 仿真模型建立40
3.3.2 正运动学仿真42
3.3.3 正运动学实践43
3.4 本章小结46
习题347
第4章 机器人逆运动学综合设计与实践48
4.1 机器人逆运动学理论基础48
4.1.1 逆运动学定义48
4.1.2 机器人逆运动学的解48
4.2 机器人逆运动学综合设计49
4.2.1 主作业系统逆运动学50
4.2.2 辅助作业系统逆运动学61
4.2.3 3-RPS并联机构逆运动学62
4.3 机器人逆运动学综合实践64
4.4 本章小结67
习题467
第5章 机器人视觉感知与SLAM69
5.1 概述69
5.2 机器人视觉感知系统理论基础70
5.2.1 相机成像模型70
5.2.2 坐标系之间的转换关系71
5.3 机器人视觉感知系统综合设计73
5.3.1 摄像头选择73
5.3.2 摄像头标定74
5.3.3 视觉里程计设计75
5.3.4 特征点检测算法选择75
5.3.5 相机的运动估计79
5.3.6 闭环检测及关键帧选取策略81
5.3.7 位姿图优化84
5.4 机器人视觉感知系统综合实践86
5.4.1 特征点匹配对比分析实践86
5.4.2 误匹配特征点剔除的实验及分析改进实践95
5.4.3 建图的要求及分类98
5.5 本章小结100
习题5100
第6章 机器人目标识别综合设计与实践101
6.1 概述101
6.2 机器人目标识别理论基础101
6.2.1 传统的物体识别101
6.2.2 基于深度学习的目标检测算法103
6.3 机器人目标识别综合设计110
6.3.1 边界框的预测111
6.3.2 损失函数112
6.3.3 特征提取网络113
6.3.4 多种网络对比效果114
6.4 机器人目标识别综合实践115
6.4.1 加深网络层级115
6.4.2 基于图像金字塔的网络重构117
6.4.3 K-means先验框聚类119
6.5 本章小结119
习题6120
第7章 机器人路径规划综合设计与实践121
7.1 概述121
7.2 机器人路径规划理论基础121
7.3 机器人路径规划综合设计122
7.3.1 二维空间全局路径规划122
7.3.2 三维空间内路径规划126
7.4 机器人路径规划综合实践131
7.4.1 二维空间内路径规划实践131
7.4.2 三维空间内路径仿真实验134
7.4.3 路径平滑处理136
7.5 本章小结137
习题7137
第8章 机器人轨迹规划综合设计与实践138
8.1 概述138
8.2 机器人轨迹规划理论基础138
8.3 机器人轨迹规划综合设计139
8.3.1 关节空间下的轨迹规划139
8.3.2 工作空间下的轨迹规划141
8.3.3 机器人双臂协调运动规划146
8.4 机器人轨迹规划综合实践149
8.4.1 关节空间轨迹规划149
8.4.2 工作空间轨迹规划151
8.4.3 双臂协调抓取任务152
8.5 本章小结155
习题8155
第9章 机器人控制综合设计与实践156
9.1 概述156
9.2 机器人控制理论基础156
9.2.1 机器人控制器156
9.2.2 机器人控制变量157
9.2.3 机器人控制层次157
9.2.4 机器人控制技术159
9.3 机器人控制综合设计160
9.3.1 机器人驱动器空间控制综合设计162
9.3.2 机器人关节空间控制综合设计169
9.3.3 机器人工作空间控制综合设计173
9.4 机器人控制综合实践175
9.4.1 机器人驱动器空间控制综合实践175
9.4.2 机器人关节空间控制综合实践177
9.4.3 机器人工作空间控制综合实践182
9.5 本章小结188
习题9188
第10章 机器人综合实践189
10.1 概述189
10.1.1 软、硬件系统介绍189
10.1.2 软件系统190
10.2 SLAM系统性能分析190
10.2.1 Tum数据集性能测试分析190
10.2.2 建图实验193
10.3 目标物识别及三维环境重建实践197
10.3.1 实验数据集及相关参数说明197
10.3.2 目标物、环境障碍物识别效果198
10.3.3 神经网络性能测试199
10.3.4 环境障碍物三维重建实验202
10.4 目标物抓取实验205
10.4.1 抓取实验示例205
10.4.2 误差校正208
10.4.3 双臂抓取实验211
10.5 本章小结212
习题10212
参考文献213
附录A 网络配置参数216
附录B P-R曲线绘制代码233
附录C 网络训练过程代码238
内容摘要
本书介绍机器人综合设计与实践的相关内容，是一本将串联型机器人技术、并联型机器人技术、移动机器人技术有机集成的教材。本书主要运用机器人的智能感知技术、自主定位与导航技术、运动与控制技术、控制系统与元件等知识内容，设计、构建并实现具备完整避障作业的机器人系统，旨在指导学生将机器人理论知识应用于设计与实践环节，增强学生对新知识、新技术的兴趣，达到培养学生动手实践能力、独立思考能力及团队分工协作能力的目的。通过学习本书，学生能进一步掌握机器人系统的理论知识和工程综合设计能力，为将来的专业发展打下良好的基础。本书具有理论性、设计性与实践性相结合的特点，特别适合作为高年级本科生和研究生的机器人学习教材，也适合作为从事机器人研究、开发和应用的科技人员的参考书。
主编推荐
樊泽明，博士后，教授。1990-09至1994-07，空军电讯工程学院，读大学；1994-08 至 1996-08，西安联合机电设备厂，工作；1996-09至1999-02，西安工业大学机械学院，读硕士；1999-03至2002-10，西安理工大学机械与精密仪器工程学院，读博士；2002-11至2005-09，西安理工大学自动化学院，副教授/博士后；2005-10至2018-06，西北工业大学，副教授；2018-07至2021-06，西北工业大学自动化学院，教授。个人/集体荣誉：（1）校级最满意教师、校级"三育人先进个人”、校级先进工作者多次；（2）省级一流课程负责人：2门。教学成果获奖情况：（1）陕西省教学成果奖，一等奖，排名第一；（2）国家级教学竞赛，一等奖，排名第一（该奖项全国一等奖12项、二等奖40项、三等奖197项）；（3）全国高校教师实验设备创新大赛，银奖，排名第一（该奖项全国金奖1项、银奖3项、铜奖6项）；（4）陕西首届高校课堂教学创新大赛，优秀奖；（5）校级教学成果，一等奖，排名第一；（6）校级教学成果，二等奖,3项，排名第一；（7）陕西省第三届研究生电子设计竞赛，优秀指导教师奖；（8）指导学生获国家级、省部级奖20余项。出版著作情况：《机器人学基础》（机械工业出版社、2021年）、《机器人控制技术及智能控制方法》（西北工业大学出版社、2020年）。
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