机器人设计与控制 (2010 年度畅销榜NO.39001 )

本书是机器人创意与制作系列之一。本书重点介绍如何搭建——个简易的机器人系统的物理实体，即机构、传动、驱动与控制。主要内容有机器人移动的基础知识，移动机器人用的电机类型、性能、传动构成、使用方法、驱动与控制电路，电机安装的简单方法，电机的开环和闭环控制的基本知识、系统构成、反馈元件简易制作、PID控制方法等。本书涉及的理论并不十分高深，也没有复杂的数学公式，重点在解答读者亲手制作机器人的过程中可能遇到的各种实际问题?讲述实践经验，传授有关机器人的基本原理和工程知识。 本书可作为大专院校理工科学生补充机械电子学、机器人工程、人工智能、计算机控制、生产过程自动化等领域知识的参考书．还可作为广大机电技术爱好者的课外读物。

第1章机器人移动基础知识
1.1机器人的定位
1.1.1室内环境
1.1.2室外环境
1.1.3地形问题
1.2直流电机的发展历程
1.2.1电机的工作原理
1.2.2步进电机
1.2.3直流电机的控制
1.3直流电机的效率
1.4电机导致的不利因素
1.4.1移动电源--电池
1.4.2电池的类型
1.4.3电源噪声
1.4.4电磁干扰(EMI)
1.4.5音频噪声

第2章电机的类型
2.1电机类型的选择
2.2直流电机
2.2.1直流电机的工作原理
2.2.2直流电机功率的选择
2.2.3购买与使用直流电机
2.3舵机
2.3.1舵机工作原理
2.3.2舵机规格的分类
2.3.3舵机的估算
2.3.4选购舵机
2.4步进电机
2.4.1步进电机的工作原理
2.4.2识别步进电机的类型
2.4.3步进电机的性能指标和分类
2.4.4购买与使用步进电机
2.5机器人功率的计算
2.5.1轮式机器人功率的计算
2.5.2步行机器人功率的计算
2.6地形和碎石的影响

第3章直流电机
3.1电机类型的选择
3.2速度与转矩--齿轮对电机的影响
3.2.1齿轮的基础知识
3.2.2大减速比方案
3.2.3齿轮的术语
3.2.4齿轮的类型
3.2.5齿轮减速电机与减速器
3.2.6齿侧间隙
3.2.7选用旧减速器
3.2.8驱动轮的直径与传动装置
3.2.9齿轮传动的效率
3.3电机轴
3.3.1电机轴载荷类型
3.3.2联轴器
3.3.3转轴的标准与非标准连接
3.4其他问题--寿命.噪声与制动
3.4.1延长电机的寿命
3.4.2制动
3.4.3抑制噪声
3.5选购电机
3.5.1直流电机的技术资料
3.5.2测量电机的电流及转矩
3.5.3其他因素

第4章舵机
4.1选择适用的舵机
4.1.1将舵机改装成连续旋转
4.1.2需要的工具
4.1.3改装FutabaF3003标准舵机
4.1.4改装HitecHS303标准舵机
4.1.5改装HitecHS225MG强力迷你舵机
4.2确定和增加舵机的输出力矩
4.3确定舵机的速度
4.4舵机的强度
4.5舵机的控制
4.5.1硬件
4.5.2改装Futaba53003为速度控制舵机
4.6其他舵机控制器
4.6.1ParallaxStampII控制ScottEdwardsMiniSSC舵机控制器
4.6.2ParallaxStampIISX4.6.1控制FerrettronicsFT639控制芯片
4.6.3BASCOM／AVR通过Atmel90S2313微控制器控制TTTSSC芯片
4.7舵机的其他用途

第5章步进电机
5.1本章不涉及的内容
5.2步进电机的选择
5.2.1动态力矩和其他参数
5.2.2步进电机的输出力矩能驱动机器人吗?
5.3步进电机的类型和接线
5.3.1单极性步进电机
5.3.2单极性步进电机的步进方式
5.3.3双极性步进电机
5.3.4双极性步进电机的步进方式
5.3.5步进驱动方式的相似之处
5.3.6通用步进电机
5.3.7有关步进电机极性配置的结语
5.4如何获得步进电机
5.5步进电机的控制和驱动电路
5.5.1分立式单极性步进电机控制和驱动电路
5.5.2分立式双极性步进电机控制和驱动电路
5.5.3步进电机控制／驱动电路的测试时钟
5.5.4单片机步进电机驱动器
5.5.5基于微控制器的特殊步进电机控制器
5.6常用步进电机接线列表

第6章安装电机
6.1平衡.对称.同轴排列
6.1.1平衡
6.1.2对称
6.1.3同轴
6.2电机固定支架
6.2.1金属安装支架
6.2.2木制安装架
6.2.3其他固定件--U形螺栓和软管卡箍
6.2.4快速固定
6.3无支架电机安装方式
6.3.1双面泡沫防滑胶带
6.3.2用钩和绳临时固定

第7章电机控制基础
7.1若干约定
7.2直流H桥集成功放电路驱动原理
7.3反向电动势和续流二极管
7.4简单小电流H桥集成功放电路的设计
7.5小电流H桥集成功放电路的改进设计
7.6H桥集成功放电路芯片
7.6.1754410.L293B和L293D双通道直流电机驱动芯片
7.6.2L298双通道直流电机驱动芯片
7.6.3LMD18200单通道直流电机驱动芯片
7.6.4UCN2998双通道直流电机驱动芯片
7.6.5UCN3951直流电机驱动芯片
7.7大电流直流电机驱动器
7.7.1大电流H桥集成功放电路直流电机驱动器产品
7.7.2自制大电流直流电机驱动器
7.8导线的规格
7.9脉宽调制(PWM)技术及其应用
7.9.1方向-幅值PWM
7.9.2锁相环PWM
7.9.3PWM信号的最佳频率
7.9.4缓冲网络及其使用
7.10步进电机驱动芯片
7.10.1ULN2003和UNL2004(单极性步进电机驱动芯片)
7.10.2UDN2540和UDN2544(单极性步进电机驱动芯片)
7.10.3L298(双极性步进电机驱动芯片)
7.11电流反馈和过电流保护
7.11.1最简单的方案--舌簧管开关
7.11.2电流感应传感器
7.11.3关断电阻

第8章电机的闭环反馈控制
8.1编码器和里程计
8.2增量式轴编码器的制作
8.2.1简易反射式光学编码器
8.2.2传感器位置的固定
8.2.3提高分辨率--码盘与电枢轴连接
8.2.4旋转方向识别
8.2.5光栅式编码器
8.2.6基于霍尔效应的编码器
8.2.7非驱动轮编码器
8.3轴编码器和模拟转速计
8.3.1市售轴编码器
8.3.2模拟转速计
8.4电机的反馈控制算法
8.4.1PID控制算法简介
8.5绝对式编码器

第9章微控制器的电气接口
9.1电源
9.1.1双电池供电方式
9.1.2单电池供电方式
9.1.3电源总线的噪声处理
9.2器件连接
9.2.1选择导线
9.2.2连接方式
9.3微控制器.计算机的输入／输出接口
9.3.1缓)中接口
9.3.2隔离接口
9.3.3串行接口
9.4缓冲器和串行接口实例--步进信号和PWM信号的产生
9.4.1OOPicPWM信号接口实例
9.4.2StampII和TTLPWM控制器与754410的接口实例

第10章车轮和履带
10.1车轮直径.转矩及速度
10.2车轮和履带的选择
10.2.1车轮重量与类型的关系
10.2.2地形条件与车轮(履带)材料
10.3车轮的种类及选购
10.3.1无线遥控(RC)车轮
10.3.2LEGO车轮
10.3.3玩具飞机轮胎
10.3.4全方位车轮
10.3.5各种特殊车轮
10.4履带的种类和选购
10.4.1玩具或模型履带
10.4.2LEGO坦克履带
10.4.3V型履带和滑轮履带
10.5轴的安装
10.5.1往舵机上安装车轮和轮毂
10.5.2往电机轴上安装轮毂和联轴器
10.5.3浮动传动轴
10.5.4浮动轴的安装
10.5.5浮动轴的驱动
10.6样机

第11章多足步行机器人
11.1双足及多足机器人
11.1.1静平衡与动平衡
11.1.2舵机轴的支承和受力
11.2简单传动机构
11.2.1遥控玩具车的球铰连杆
11.2.2Z形连杆
11.2.3遥控航模飞机U形连杆
11.2.4连接点的选择
11.3常用连接设备
11.3.1钢丝
11.3.2链连接
11.4多个舵机的安装
11.4.1腿的基本结构
11.4.2昆虫腿的布局
11.4.3哺乳动物腿的布局
11.4.4两足机器人
11.5步态
11.5.1两腿移动
11.5.2哺乳类四足动物
11.5.3六足昆虫
11.5.4八足蜘蛛
11.6力／触觉反馈
11.6.1接触开关电路
11.6.2判断腿是否触地
11.6.3判断腿是否被阻挡

附录
附录A术语及其解释
附录B表格.公式.单位换算
附录C参考资料

索引