本书较好地融合了竞赛机器人的原理、设计和制作过程，涵盖了机器人领域提出的最新理论和实践发展，包括机器人的基础知识以及传感器、驱动器和控制器设计，并通过平衡杆机器人和爬壁机器人的实例分析对基础理论知识进行综合应用，最后还论述了让机器人具备智能所需的基础知识以及智能机器人的算法实现案例。

本书为竞赛机器人设计、制作提供一个初始切入点和立即可用的知识，是一本集竞赛机器人原理、设计和制作于一体的综合指南。

封底
作者借助于多年机器人制作和教学的经验，展示了机器人制作从开始到结束的关键步骤，并为额外的模块给出了独立的例子。每章包括了基本原理和关键点，如驱动器、传感器、机器人视觉以及控制等，还有机器人竞赛中的例子和案例研究。此外，本书还讨论了人工智能技术的应用，并以MATLAB代码的形式提供了算法和应用实例。

本书包括
驱动电动机和驱动电动机控制的完整内容；
必要的供货商网站的参考引用；
着眼于实现的数字控制技术；
较先进的平衡杆机器人的控制器设计和实现技术；
基础的人工智能技术及应用MATLAB的例子；
机器人视觉系统、传感器系统和控制的讨论。

前
本书较好地融合了竞赛机器人的原理、设计和制作过程，涵盖了机器人领域的最新理论和实践发展，包括机器人的基础知识以及传感器、驱动器和控制器设计，并通过平衡杆机器人和爬壁机器人的实例分析对基础理论知识进行综合应用，最后还论述了让机器人具备智能所需的基础知识以及智能机器人的算法实现案例。

机器人竞赛（game）和比赛(competition)是从主流机器人研究中派生出来的，在工科学生、机器人学爱好者和机器人迷中很知名的活动。过去的十年中，世界各地组织了几百场机器人比赛活动。随着通过网络可以较容易地获得实惠的机器人部件或模块，人们对机器人竞赛的兴趣也达到了前所未有的高度。机器人竞赛是一种富有激情的寓教于乐的活动。
像其他工程领域一样，竞赛机器人的发展速度也是令人难以置信的。过去十年内机器人竞赛的复杂程度大幅度增加，为适应这些竞赛而研制的机器人越来越灵巧精密，这使得竞赛机器人不仅适合于训练学生，更是一条让学生学习工程理念，并建立起理论到实践间联系的有效途径。无须多说，机器人是一个多学科综合的对象，它涉及不同的工程和科学学科，如电气工程、机械工程、计算机科学等等；它甚至是一个学科不同课程的统一平台，例如电气工程课程系列中的电子学、微处理器、电机和控制原理等，其中每一门课都有大量独立的教学和研究内容，机器人平台可以将这些领域自然地整合到一起。然而，对于学生和机器人爱好者，如此广泛的材料来源让人不知所措，本书的主要目的就是为竞赛机器人设计制作提供一个初始切入点和立即可用的知识。
现在有大量的期刊、专题讨论会、图书以及网络在线资源可为机器人爱好者所用，它们还提供了许多有创意的想法。竞赛机器人已取得飞速发展，前面所提到的比赛也越来越复杂。设计竞赛机器人所需的知识和经验要求对工程概念有更好的理解。如类人机器人足球运动员和爬壁机器人等机器人的应用，不仅要求有机器人智能和编程的专门知识，还要求良好的机构设计以实现准确的反应和行动。因此，在本书中，我们提供一些基本概念并展示它们在机器人设计过程中的作用。我们将在第5章至第9章专门讨论正确选择减速器及执行机构，以及建模和底层的机器人运动控制；第10章将结合一些实例研究介绍这些基本概念在竞赛机器人中的应用。
本书的作者从事竞赛机器人研究，并在十多年中和他们的学生及同事一起设计了许多机器人。本书是从暑期课程讲义（为以竞赛机器人为毕业设计课题的学生准备的）整理而成的。我们期望本书能使本科学生在理解必要的基础知识和不同工程领域如何在机器人上得以融合方面得到帮助。我们期望学生和机器人爱好者，在他们力图搭建很酷的机器人并在机器人竞赛中获得乐趣的过程中，能从本书中受益。
致谢
本书对作者多年在新加坡理工学院实施竞赛机器人活动及其研究成果进行了总结。感谢我们的所有学生，为了参加比赛，他们在实验室花费了很长时间设计、建造和调试机器人。他们的热情和动力感染了我们，我们也分享了他们的乐趣。我们特别感谢Jacqueline Oh、Lius Partawijiya、Mohd Zakaria和Zar Ni Lwin，谢谢他们在机器人设计方面的兴趣和专业性，以及这些年来他们提供的所有技术支持。

机器人

本书针对机器人初学者、爱好者及大学生们，是一本集原理、设计和制作竞赛机器人于一体的综合指南。作者借助于多年的机器人制作和教学经验，展示了机器人制作从开始到结束的关键步骤，并为额外的模块给出了独立的例子。每章包括了基本原理和关键点，如驱动器、传感器、机器人视觉以及控制等，还有机器人竞赛中的例子和案例研究。此外，本书还讨论了人工智能技术的应用，并用MATLAB代码的形式提供了算法和应用实例。
本书包括：
? 全面覆盖驱动电动机和驱动电动机控制；
? 必要的供货商网站的参考引用；
? 着眼于实现的数字控制技术；
? 平衡杆机器人较先进的控制器设计和实现技术；
? 基础的人工智能技术及应用MATLAB的例子；
? 机器人视觉系统、传感器系统和控制的讨论。

[新加坡]贾甘纳坦·坎尼亚（Jagannathan Kanniah），M.菲克雷特·埃尔坎（M. Fikret Ercan），卡洛斯A.阿科斯塔·卡尔德隆（Carlos A. Acosta Calderon）著：暂无简介

肖军浩 李鹏 耿丽娜 郑志强　译：暂无简介

机器人比赛是一种能培养青少年学生动手解决实际问题的能力和创新思维的有益活动，国内和国际上广泛开展了各类机器人比赛。由于机器人是一个典型的多学科交叉融合产物，所以能有一本介绍制作机器人基础知识的书是非常有必要的。
本书正是一本可以指导青少年学生开展竞赛机器人设计的教材或参考书。正如书名所表明的，本书特别针对要参加机器人比赛活动的机器人初学者、爱好者及大学生们，为他们提供制作竞赛机器人所需的全部关键基础知识和制作步骤的实际指导，并通过实例研究展示了机器人制作和调试的必要过程。译者有十多年指导学生参加各类机器人竞赛活动的经历和体会，认为这是一本难得的知识点覆盖全面、实用性强，且适应我国大学生和职业技术学院学生水平的机器人制作教材或参考书，能满足学生开始设计制作自己的机器人并参加广泛开展的机器人比赛的基本需求。
　从内容上，除第1章外，后面内容可分为相对独立的四个部分。第一部分（第2~6章）涉及机器人的基础、基本传感器及驱动机构及器件选型，这是制作机器人所需的第一步。第二部分（第7~9章）包含了让机器人能按指令动作的必要的控制基础及控制器设计。第三部分（第10章）为实例研究，通过平衡杆机器人和爬璧机器人的实例分析，把前两部分的内容在实际竞赛机器人设计制作中进行综合运用，具有很强的指导性。第四部分（第11、12章）介绍了使竞赛机器人具备一定的智能所需的基础知识，并给出了算法实现案例。读者可以根据基础和需求的不同，选取不同的部分作为重点进行阅读和实践。
制作竞赛机器人是一门实践性很强、需要多人协作的科学活动，译者建议读者能组成机器人制作团队，并结合实践开展这方面的学习，这将会更加显现出本书的实用性。
本书的前言和第11、12章由肖军浩译，第7～9章由李鹏译，第2、3章由耿丽娜译，郑志强翻译了其余章节，并对全部译稿进行了统稿。在翻译过程中还得到了郭帅、孔维杰、黄玉玺、黄彦博、程球、陆运佑、蒋涛文等的帮助。我们在翻译过程中力求译文准确，但本书涉及面很广，受译者水平限制，错误、欠妥之处在所难免，恳请读者批评指正。

肖军浩、李鹏、耿丽娜、郑志强

译者序
前言
关于作者
第1章竞赛机器人
11概述
12机器人竞赛和工程教育
13新加坡的机器人竞赛
131平衡杆机器人竞步
132爬壁机器人竞赛
133机器人聚类
134类人机器人比赛
135其他比赛及开放类别
14世界范围的机器人竞赛
15全书概览
参考文献
第2章机器人技术基础
21机器人系统简介
211机器人的专用术语
22坐标变换和空间移动物体的定位
221复合旋转
222齐次变换矩阵
223复合变换
224物体的数学描述
23移动机器人的轮式驱动方式
231差动驱动
232Ackermann操纵（类似汽车驱动）
233履带驱动
234全向轮驱动
235里程计
236实例研究：一个差动驱动机器人的里程计
24机械臂
241前向运动学解决方案
242逆向运动学解决方案
243实例研究：三连杆铰接式机械臂
参考文献
第3章传感器
31用于竞赛机器人的传感器
311测量机器人速度
312测量机器人朝向和倾角
313测量距离
314颜色检测
参考文献
第4章机器人视觉
41概述
42机器人摄像系统
43图像生成
44数字图像处理基础
441颜色和颜色空间模型
45基本图像处理运算
451卷积
452平滑滤波
46特征提取算法
461阈值法
462边缘检测
463颜色检测
47符号特征提取方法
471霍夫变换
472连通区域标注
48实例研究：着色球的跟踪
49小结
参考文献
第5章电机和驱动系统基本原理
51机器人执行机构
52电力执行机构
521发电和电驱动的基本概念
522直流电机
523交流电动机驱动
53机器人驱动的特殊要求
531直流永磁电动机
532伺服电动机
533步进电动机
534无刷直流电动机
54驱动系统
541直流电动机控制
542步进电动机驱动器
543无刷直流电动机驱动器
55小结
参考文献
第6章移动机器人电机功率选择和减速箱传动比设计
61移动机器人减速箱传动比
62驱动电机的功率要求
621电机惯性和摩擦力的作用
63典型的电机特性参数
64线性运动系统的摩擦力测量
65减速箱传动比的初步研究
66进一步研究以传动比为函数的系统性能
67步进电机减速箱传动比设计
68非地面移动机器人的设计流程
69小结
参考文献
第7章控制基础
71机器人控制理论
72对象的类型
721线性或非线性对象
722时不变或时变对象
73基于控制系统的分类
731模拟或数字系统
732开环或闭环系统
74智能机器人结构的需求
75一个典型的机器人控制系统
76控制的发展趋势
77小结
参考文献
第8章数学建模、传递函数、状态方程和控制器回顾
81概述
82建模的重要性
83传递函数模型
831传递函数的不同形式
84建模的步骤
85控制系统中常用到的基本部件
851电气元件
852机械部件
86方框图概念
861方框图化简
87一些系统示例
88状态方程
881从微分方程建立状态方程的基本概念
882从对对象的认知建立状态方程
883直接从传递函数建立状态方程
89用传递函数求时域解
891质量块弹簧阻尼器闭环系统的解析解
892质量块弹簧阻尼器闭环系统的模拟解
893PID控制器的响应
810状态方程的时域解
8101用解析方法得到时域解
811调节控制器和伺服控制器
812小结
参考文献
第9章数字控制基础和控制器设计
91概述
92数字控制概览
921信号采样器
922数字控制器
923零阶保持器
93数字系统中的信号表示
931采样过程
932信号的Z变换
94数字系统中的对象表示
941ZOH的传递函数
942包含ZOH的对象的Z变换
943Tustin近似
95闭环系统的传递函数
951应用数字仪表的系统
96离散时间系统的响应及Z反变换
961部分分式法
962差分方程法
963用MATLAB求时域解
97典型控制器的软件实现
971积分计算
972微分计算
973数字控制器的实现
98离散状态空间系统
981从离散传递函数建立离散状态空间系统
982从连续状态空间模型建立离散状态空间模型
983离散状态空间系统的时域解
99离散状态反馈控制器
991状态可控性的概念
992状态可观测性的概念
993采样数据系统的可控性和可观测性的共同条件
994用状态反馈设计极点配置调节器
995稳态二次型最优控制
996简易伺服控制器
910典型的控制器硬件实现
911小结
参考文献
第10章平衡杆和爬壁机器人实例研究
101概述
102平衡杆机器人
1021数学建模
1022摆杆角控制的传递函数
1023平衡杆机器人状态模型
1024从机器人和电机数据建立平衡杆机器人的状态模型
1025伺服输入用作补偿的极点配置控制器
1026伺服输入用作补偿的LQC控制器
1027应用DSP处理器实现平衡杆机器人控制器设计
10282自由度平衡杆机器人
1029通过实验估计PBR的角摩擦系数b
103爬壁机器人
1031蹼式爬壁机器人
1032使用动态吸力的爬壁机器人设计
104小结
参考文献
第11章建图、导航和路径规划
111概述
112感知
1121从传感器数据到知识模型
1122地图表达
1123量度图
1124拓扑图
113导航
1131墙沿跟踪
1132应用矢量场直方图方法避障
114路径规划
1141波前规划器
1142使用人工势场法进行路径规划
1143使用拓扑图进行路径规划
参考文献
第12章机器人自治、决策和学习
121概述
122机器人自治
123决策
1231经典决策
1232反应式决策
1233混合决策
124机器人学习
1241人工神经网络
1242Q学习法
125小结
参考文献