機(jī)器人設(shè)計(jì)與控制

第1章機(jī)器人移動(dòng)基礎(chǔ)知識
1.1機(jī)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(jī)的發(fā)展歷程
1.2.1電機(jī)的工作原理
1.2.2步進(jìn)電機(jī)
1.2.3直流電機(jī)的控制
1.3直流電機(jī)的效率
1.4電機(jī)導(dǎo)致的不利因素
1.4.1移動(dòng)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(jī)的類型
2.1電機(jī)類型的選擇
2.2直流電機(jī)
2.2.1直流電機(jī)的工作原理
2.2.2直流電機(jī)功率的選擇
2.2.3購買與使用直流電機(jī)
2.3舵機(jī)
2.3.1舵機(jī)工作原理
2.3.2舵機(jī)規(guī)格的分類
2.3.3舵機(jī)的估算
2.3.4選購舵機(jī)
2.4步進(jìn)電機(jī)
2.4.1步進(jìn)電機(jī)的工作原理
2.4.2識別步進(jìn)電機(jī)的類型
2.4.3步進(jìn)電機(jī)的性能指標(biāo)和分類
2.4.4購買與使用步進(jìn)電機(jī)
2.5機(jī)器人功率的計(jì)算
2.5.1輪式機(jī)器人功率的計(jì)算
2.5.2步行機(jī)器人功率的計(jì)算
2.6地形和碎石的影響
第3章直流電機(jī)
3.1電機(jī)類型的選擇
3.2速度與轉(zhuǎn)矩--齒輪對電機(jī)的影響
3.2.1齒輪的基礎(chǔ)知識
3.2.2大減速比方案
3.2.3齒輪的術(shù)語
3.2.4齒輪的類型
3.2.5齒輪減速電機(jī)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(dòng)輪的直徑與傳動(dòng)裝置
3.2.9齒輪傳動(dòng)的效率
3.3電機(jī)軸
3.3.1電機(jī)軸載荷類型
3.3.2聯(lián)軸器
3.3.3轉(zhuǎn)軸的標(biāo)準(zhǔn)與非標(biāo)準(zhǔn)連接
3.4其他問題--壽命.噪聲與制動(dòng)
3.4.1延長電機(jī)的壽命
3.4.2制動(dòng)
3.4.3抑制噪聲
3.5選購電機(jī)
3.5.1直流電機(jī)的技術(shù)資料
3.5.2測量電機(jī)的電流及轉(zhuǎn)矩
3.5.3其他因素
第4章舵機(jī)
4.1選擇適用的舵機(jī)
4.1.1將舵機(jī)改裝成連續(xù)旋轉(zhuǎn)
4.1.2需要的工具
4.1.3改裝FutabaF3003標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)
4.1.4改裝HitecHS303標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)
4.1.5改裝HitecHS225MG強(qiáng)力迷你舵機(jī)
4.2確定和增加舵機(jī)的輸出力矩
4.3確定舵機(jī)的速度
4.4舵機(jī)的強(qiáng)度
4.5舵機(jī)的控制
4.5.1硬件
4.5.2改裝Futaba53003為速度控制舵機(jī)
4.6其他舵機(jī)控制器
4.6.1ParallaxStampII控制ScottEdwardsMiniSSC舵機(jī)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(jī)的其他用途
第5章步進(jìn)電機(jī)
5.1本章不涉及的內(nèi)容
5.2步進(jìn)電機(jī)的選擇
5.2.1動(dòng)態(tài)力矩和其他參數(shù)
5.2.2步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩能驅(qū)動(dòng)機(jī)器人嗎?
5.3步進(jìn)電機(jī)的類型和接線
5.3.1單極性步進(jìn)電機(jī)
5.3.2單極性步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)方式
5.3.3雙極性步進(jìn)電機(jī)
5.3.4雙極性步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)方式
5.3.5步進(jìn)驅(qū)動(dòng)方式的相似之處
5.3.6通用步進(jìn)電機(jī)
5.3.7有關(guān)步進(jìn)電機(jī)極性配置的結(jié)語
5.4如何獲得步進(jìn)電機(jī)
5.5步進(jìn)電機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng)電路
5.5.1分立式單極性步進(jìn)電機(jī)控制和驅(qū)動(dòng)電路
5.5.2分立式雙極性步進(jìn)電機(jī)控制和驅(qū)動(dòng)電路
5.5.3步進(jìn)電機(jī)控制／驅(qū)動(dòng)電路的測試時(shí)鐘
5.5.4單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
5.5.5基于微控制器的特殊步進(jìn)電機(jī)控制器
5.6常用步進(jìn)電機(jī)接線列表
第6章安裝電機(jī)
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(jī)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(jī)安裝方式
6.3.1雙面泡沫防滑膠帶
6.3.2用鉤和繩臨時(shí)固定
第7章電機(jī)控制基礎(chǔ)
7.1若干約定
7.2直流H橋集成功放電路驅(qū)動(dòng)原理
7.3反向電動(dòng)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(shè)計(jì)
7.5小電流H橋集成功放電路的改進(jìn)設(shè)計(jì)
7.6H橋集成功放電路芯片
7.6.1754410.L293B和L293D雙通道直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片
7.6.2L298雙通道直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片
7.6.3LMD18200單通道直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片
7.6.4UCN2998雙通道直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片
7.6.5UCN3951直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片
7.7大電流直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
7.7.1大電流H橋集成功放電路直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品
7.7.2自制大電流直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
7.8導(dǎo)線的規(guī)格
7.9脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)及其應(yīng)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(luò)及其使用
7.10步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片
7.10.1ULN2003和UNL2004(單極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片)
7.10.2UDN2540和UDN2544(單極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片)
7.10.3L298(雙極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片)
7.11電流反饋和過電流保護(hù)
7.11.1最簡單的方案--舌簧管開關(guān)
7.11.2電流感應(yīng)傳感器
7.11.3關(guān)斷電阻
第8章電機(jī)的閉環(huán)反饋控制
8.1編碼器和里程計(jì)
8.2增量式軸編碼器的制作
8.2.1簡易反射式光學(xué)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(yīng)的編碼器
8.2.7非驅(qū)動(dòng)輪編碼器
8.3軸編碼器和模擬轉(zhuǎn)速計(jì)
8.3.1市售軸編碼器
8.3.2模擬轉(zhuǎn)速計(jì)
8.4電機(jī)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(dǎo)線
9.2.2連接方式
9.3微控制器.計(jì)算機(jī)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(shí)例--步進(jìn)信號和PWM信號的產(chǎn)生
9.4.1OOPicPWM信號接口實(shí)例
9.4.2StampII和TTLPWM控制器與754410的接口實(shí)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(guān)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(jī)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(jī)上安裝車輪和輪轂
10.5.2往電機(jī)軸上安裝輪轂和聯(lián)軸器
10.5.3浮動(dòng)傳動(dòng)軸
10.5.4浮動(dòng)軸的安裝
10.5.5浮動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)
10.6樣機(jī)
第11章多足步行機(jī)器人
11.1雙足及多足機(jī)器人
11.1.1靜平衡與動(dòng)平衡
11.1.2舵機(jī)軸的支承和受力
11.2簡單傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
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(jī)U形連桿
11.2.4連接點(diǎn)的選擇
11.3常用連接設(shè)備
11.3.1鋼絲
11.3.2鏈連接
11.4多個(gè)舵機(jī)的安裝
11.4.1腿的基本結(jié)構(gòu)
11.4.2昆蟲腿的布局
11.4.3哺乳動(dòng)物腿的布局
11.4.4兩足機(jī)器人
11.5步態(tài)
11.5.1兩腿移動(dòng)
11.5.2哺乳類四足動(dòng)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(guān)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(shù)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