機器人設計與控制

第1章機器人移動基礎知識
1.1機器人的定位
1.1.1室內(nèi)環(huán)境
1.1.2室外環(huán)境
1.1.3地形問題
1.2直流電機的發(fā)展歷程
1.2.1電機的工作原理
1.2.2步進電機
1.2.3直流電機的控制
1.3直流電機的效率
1.4電機導致的不利因素
1.4.1移動電源--電池
1.4.2電池的類型
1.4.3電源噪聲
1.4.4電磁干擾(EMI)
1.4.5音頻噪聲
第2章電機的類型
2.1電機類型的選擇
2.2直流電機
2.2.1直流電機的工作原理
2.2.2直流電機功率的選擇
2.2.3購買與使用直流電機
2.3舵機
2.3.1舵機工作原理
2.3.2舵機規(guī)格的分類
2.3.3舵機的估算
2.3.4選購舵機
2.4步進電機
2.4.1步進電機的工作原理
2.4.2識別步進電機的類型
2.4.3步進電機的性能指標和分類
2.4.4購買與使用步進電機
2.5機器人功率的計算
2.5.1輪式機器人功率的計算
2.5.2步行機器人功率的計算
2.6地形和碎石的影響
第3章直流電機
3.1電機類型的選擇
3.2速度與轉(zhuǎn)矩--齒輪對電機的影響
3.2.1齒輪的基礎知識
3.2.2大減速比方案
3.2.3齒輪的術語
3.2.4齒輪的類型
3.2.5齒輪減速電機與減速器
3.2.6齒側(cè)間隙
3.2.7選用舊減速器
3.2.8驅(qū)動輪的直徑與傳動裝置
3.2.9齒輪傳動的效率
3.3電機軸
3.3.1電機軸載荷類型
3.3.2聯(lián)軸器
3.3.3轉(zhuǎn)軸的標準與非標準連接
3.4其他問題--壽命.噪聲與制動
3.4.1延長電機的壽命
3.4.2制動
3.4.3抑制噪聲
3.5選購電機
3.5.1直流電機的技術資料
3.5.2測量電機的電流及轉(zhuǎn)矩
3.5.3其他因素
第4章舵機
4.1選擇適用的舵機
4.1.1將舵機改裝成連續(xù)旋轉(zhuǎn)
4.1.2需要的工具
4.1.3改裝FutabaF3003標準舵機
4.1.4改裝HitecHS303標準舵機
4.1.5改裝HitecHS225MG強力迷你舵機
4.2確定和增加舵機的輸出力矩
4.3確定舵機的速度
4.4舵機的強度
4.5舵機的控制
4.5.1硬件
4.5.2改裝Futaba53003為速度控制舵機
4.6其他舵機控制器
4.6.1ParallaxStampII控制ScottEdwardsMiniSSC舵機控制器
4.6.2ParallaxStampIISX4.6.1控制FerrettronicsFT639控制芯片
4.6.3BASCOM／AVR通過Atmel90S2313微控制器控制TTTSSC芯片
4.7舵機的其他用途
第5章步進電機
5.1本章不涉及的內(nèi)容
5.2步進電機的選擇
5.2.1動態(tài)力矩和其他參數(shù)
5.2.2步進電機的輸出力矩能驅(qū)動機器人嗎?
5.3步進電機的類型和接線
5.3.1單極性步進電機
5.3.2單極性步進電機的步進方式
5.3.3雙極性步進電機
5.3.4雙極性步進電機的步進方式
5.3.5步進驅(qū)動方式的相似之處
5.3.6通用步進電機
5.3.7有關步進電機極性配置的結語
5.4如何獲得步進電機
5.5步進電機的控制和驅(qū)動電路
5.5.1分立式單極性步進電機控制和驅(qū)動電路
5.5.2分立式雙極性步進電機控制和驅(qū)動電路
5.5.3步進電機控制／驅(qū)動電路的測試時鐘
5.5.4單片機步進電機驅(qū)動器
5.5.5基于微控制器的特殊步進電機控制器
5.6常用步進電機接線列表
第6章安裝電機
6.1平衡.對稱.同軸排列
6.1.1平衡
6.1.2對稱
6.1.3同軸
6.2電機固定支架
6.2.1金屬安裝支架
6.2.2木制安裝架
6.2.3其他固定件--U形螺栓和軟管卡箍
6.2.4快速固定
6.3無支架電機安裝方式
6.3.1雙面泡沫防滑膠帶
6.3.2用鉤和繩臨時固定
第7章電機控制基礎
7.1若干約定
7.2直流H橋集成功放電路驅(qū)動原理
7.3反向電動勢和續(xù)流二極管
7.4簡單小電流H橋集成功放電路的設計
7.5小電流H橋集成功放電路的改進設計
7.6H橋集成功放電路芯片
7.6.1754410.L293B和L293D雙通道直流電機驅(qū)動芯片
7.6.2L298雙通道直流電機驅(qū)動芯片
7.6.3LMD18200單通道直流電機驅(qū)動芯片
7.6.4UCN2998雙通道直流電機驅(qū)動芯片
7.6.5UCN3951直流電機驅(qū)動芯片
7.7大電流直流電機驅(qū)動器
7.7.1大電流H橋集成功放電路直流電機驅(qū)動器產(chǎn)品
7.7.2自制大電流直流電機驅(qū)動器
7.8導線的規(guī)格
7.9脈寬調(diào)制(PWM)技術及其應用
7.9.1方向-幅值PWM
7.9.2鎖相環(huán)PWM
7.9.3PWM信號的最佳頻率
7.9.4緩沖網(wǎng)絡及其使用
7.10步進電機驅(qū)動芯片
7.10.1ULN2003和UNL2004(單極性步進電機驅(qū)動芯片)
7.10.2UDN2540和UDN2544(單極性步進電機驅(qū)動芯片)
7.10.3L298(雙極性步進電機驅(qū)動芯片)
7.11電流反饋和過電流保護
7.11.1最簡單的方案--舌簧管開關
7.11.2電流感應傳感器
7.11.3關斷電阻
第8章電機的閉環(huán)反饋控制
8.1編碼器和里程計
8.2增量式軸編碼器的制作
8.2.1簡易反射式光學編碼器
8.2.2傳感器位置的固定
8.2.3提高分辨率--碼盤與電樞軸連接
8.2.4旋轉(zhuǎn)方向識別
8.2.5光柵式編碼器
8.2.6基于霍爾效應的編碼器
8.2.7非驅(qū)動輪編碼器
8.3軸編碼器和模擬轉(zhuǎn)速計
8.3.1市售軸編碼器
8.3.2模擬轉(zhuǎn)速計
8.4電機的反饋控制算法
8.4.1PID控制算法簡介
8.5絕對式編碼器
第9章微控制器的電氣接口
9.1電源
9.1.1雙電池供電方式
9.1.2單電池供電方式
9.1.3電源總線的噪聲處理
9.2器件連接
9.2.1選擇導線
9.2.2連接方式
9.3微控制器.計算機的輸入／輸出接口
9.3.1緩)中接口
9.3.2隔離接口
9.3.3串行接口
9.4緩沖器和串行接口實例--步進信號和PWM信號的產(chǎn)生
9.4.1OOPicPWM信號接口實例
9.4.2StampII和TTLPWM控制器與754410的接口實例
第10章車輪和履帶
10.1車輪直徑.轉(zhuǎn)矩及速度
10.2車輪和履帶的選擇
10.2.1車輪重量與類型的關系
10.2.2地形條件與車輪(履帶)材料
10.3車輪的種類及選購
10.3.1無線遙控(RC)車輪
10.3.2LEGO車輪
10.3.3玩具飛機輪胎
10.3.4全方位車輪
10.3.5各種特殊車輪
10.4履帶的種類和選購
10.4.1玩具或模型履帶
10.4.2LEGO坦克履帶
10.4.3V型履帶和滑輪履帶
10.5軸的安裝
10.5.1往舵機上安裝車輪和輪轂
10.5.2往電機軸上安裝輪轂和聯(lián)軸器
10.5.3浮動傳動軸
10.5.4浮動軸的安裝
10.5.5浮動軸的驅(qū)動
10.6樣機
第11章多足步行機器人
11.1雙足及多足機器人
11.1.1靜平衡與動平衡
11.1.2舵機軸的支承和受力
11.2簡單傳動機構
11.2.1遙控玩具車的球鉸連桿
11.2.2Z形連桿
11.2.3遙控航模飛機U形連桿
11.2.4連接點的選擇
11.3常用連接設備
11.3.1鋼絲
11.3.2鏈連接
11.4多個舵機的安裝
11.4.1腿的基本結構
11.4.2昆蟲腿的布局
11.4.3哺乳動物腿的布局
11.4.4兩足機器人
11.5步態(tài)
11.5.1兩腿移動
11.5.2哺乳類四足動物
11.5.3六足昆蟲
11.5.4八足蜘蛛
11.6力／觸覺反饋
11.6.1接觸開關電路
11.6.2判斷腿是否觸地
11.6.3判斷腿是否被阻擋
附錄
附錄A術語及其解釋
附錄B表格.公式.單位換算
附錄C參考資料
索引