地面无人平台设计、应用与实践9787563572168

武萌，女，山东泰安人，陆军装甲兵学院副教授，主要从事人工智能原理、移动机器人、地面无人平台相关教学科研工作，主持并完成教学科研课题10余项，第一作者发表核心期刊论文12篇，EI检索论文8篇，出版学术专著1部，主编院内教材5部，参加学院优质课比赛获二等奖1项，三等奖1项，教革创新比赛三等奖1项，参加第十届“北斗杯”全国科技创新大赛华北赛区大学组创新应用方案获二等奖1项，第一作者实用新型专利授权3项，软件著作权5项。

第1篇 设计基础

第1章 无人平台发展概述

1.1 移动机器人

1.1.1 移动机器人的发展

1.1.2 移动机器人的分类

1.2 地面无人平台关键技术

1.3 地面无人系统的智能化标准

1.4 地面无人平台智能化发展应用

1.4.1 美国地面无人平台的智能化发展

1.4.2 我国无人平台的智能化发展

思考题

第2章 常用处理器

2.1 常用处理器概述

2.2 STM32控制器基本特性

2.3 STM32控制器内核

2.4 STM32控制器的外设通道

2.4.1 通用输入输出GPIO口

2.4.2 基于定时器的外设通道

2.4.3 ADC转换通道

2.4.4 通用同步/异步串行接口

2.4.5 串行外设接口

2.4.6 两线串行总线接口

2.4.7 CAN接口

思考题

第3章 常用传感器与执行机构

3.1 伺服电动机

3.2 红外测距传感器

3.3 灰度传感器

3.4 姿态传感器

3.5 激光雷达

3.5.1 单线激光雷达

3.5.2 多线激光雷达

3.6 视觉传感器

思考题

第2篇 模块化机器人平台

第4章 模块化移动机器人平台组成

4.1 模块化设计思想和实现意义

4.2 模块化移动机器人的组成结构

4.2.1 模块机器人控制器

4.2.2 运动控制底盘

4.2.3 红外测距模块

4.2.4 灰度传感器模块

思考题

第5章 功能模块

5.1 控制面板

5.1.1 基于GPIO的指示灯显示

5.1.2 基于GPIO的按键控制

5.1.3 OLED显示屏显示

5.2 定时器

5.2.1 定时器配置方法

5.2.2定时器模块的封装应用

5.3姿态获取

5.3.1基于MPU6050的姿态获取硬件设计

5.3.2四元数法获取姿态信息

5.3.3程序实现方法

5.4红外测距

5.5灰度传感器数据获取

5.6伺服电动机控制

5.6.1伺服电动机模块硬件设计

5.6.2仿真确定PID参数

5.6.3运动控制实现方案

思考题

第6章模块化机器人综合设计

6.1四轮差动运动控制

6.1.1直行

6.1.2旋转

6.1.3复合运动

6.1.4四轮差动程序实现

6.2红外传感器测距避障

6.3灰度传感器黑线循迹

思考题

……

第3篇基于机器人操作系统的无人平台

第7章机器人操作系统

第8章基于ROS 的无人平台综合设计

第4篇地面无人平台应用

第9章足球机器人

第10章地面无人平台

参考文献

第1章无人平台发展概述

1.1移动机器人

移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。它集中了传感器技术、信息处理、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果,是目前科学技术发展最活跃的领域之一。随着机器人性能不断地完善,移动机器人的应用范围不断扩展,不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用,而且在城市安全、国防军事等有害与危险场合得到很好的应用。因此,移动机器人技术已经得到了世界各国的普遍关注。

1.1.1移动机器人的发展

人类很早就开始梦想创造出具有一定功能甚至智慧的机器人，代替人类完成各种工作。然而,真正的机器人是在20世纪以后，数学、物理、机械、电子信息、计算机，尤其是在人工智能等理论和技术发展的基础上产生的。

1966年一1972年,美国斯坦福国际研究所(Stanford Research Institute,SRI)研制了Shakey机器人，如图1.1所示，它是20世纪最早的移动机器人之一。Shakey机器人引人了人工智能的自动规划技术,具备一定的人工智能，能够自主进行感知、环境建模、行为规划并执行任务。

1973年一1980年,美国科学家、斯坦福大学的研究生Moravec研制出了具有视觉能力可以自行在房间内导航并规避障碍物的“斯坦福车”(Stanford Cart),如图1.2所示,是现代地面无人车的始祖。

……

本书以地面无人平台的组成、原理、关键技术设计及移动平台应用为研究内容，涵盖地面无人平台设计基础、模块化机器人平台、基于操作系统的无人平台和地面无人平台应用四部分，涉及无人平台发展概述、常用处理器、常用传感器与执行机构、模块机器人的组成和功能设计、ROS机器人操作系统、基于ROS的无人平台综合设计、足球机器人和地面无人平台关键技术设计及应用等内容。着重分析了当前地面无人平台测距避障、建图导航、目标识别与跟随、协同编队等关键技术设计方法，介绍了足球机器人、地面无人移动平台在环境感知、导航定位、路径规划、协同控制等方面应用取得的一些进展，对于地面无人平台理解认知，促进相关技术提高具有重要的作用和意义。