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1.1　机器人的定义和产生1

1.1.1　机器人的定义1

第1章 工业机器人与特种机器人1

1.1.2　机器人的产生与发展2

1.2 工业机器人4

1.2.1　工业机器人的组成4

1.2.2　工业机器人的典型机构7

1.3　特种机器人的分类和共性技术8

1.4　基于行为的特种机器人体系结构9

2.1　轮式移动机器人12

2.1.1　地面移动机器人车轮形式12

第2章　地面移动机器人12

2.1.2　地面移动机器人车轮的配置和转向机构14

2.1.3　三轮移动机器人运动分析15

2.2　履带式移动机器人16

2.2.1　履带移动机器人的本体结构17

2.2.2　履带移动机器人的越障原理19

2.3　步行机器人20

2.3.1　步行机器人的腿机构21

2.3.2　步行机器人的发展过程22

2.3.3　两足步行机器人动力学模型24

2.4　地面排爆机器人25

2.4.1　轮式地面排爆机器人26

2.4.2　履带式地面排爆机器人27

2.4.3　轮履复合式地面排爆机器人30

2.5　特殊表面移动机器人31

2.5.1　缆索机器人的机构设计31

2.5.2　动态响应分析32

第3章　水下机器人36

3.1　水下机器人概述36

3.1.1 国外水下机器人的发展现状36

3.1.2　国内水下机器人的发展现状37

3.1.3　水下机器人的分类38

3.1.4　水下机器人研究实例39

3.2　水下机器人结构40

3.3　水下机器人的驱动能源44

3.3.1 电力44

3.3.2　电动机45

3.3.3　电池组46

3.3.4　水下机器人的动力系统49

3.4　水下机器人的导航与定位系统50

3.4.1　航位推算法50

3.4.2　水声导航52

3.4.3　终端导航装备55

3.5　水下机器人的操纵性与控制56

3.6　水下机器人的作业执行系统61

3.6.1　概述61

3.6.2　水下机械手61

3.6.3　水下工具包63

4.1.1　无人机65

4.1　无人机与飞行机器人65

第4章　低空飞行机器人65

4.1.2　无人机与飞行机器人68

4.1.3　飞行机器人的研究现状69

4.1.4　飞行机器人系统的组成72

4.2　飞行机器人的姿态与导航传感器73

4.2.1　陀螺仪73

4.2.1.1　陀螺仪的基本特性73

4.2.1.2　振动陀螺仪75

4.2.1.3　MEMS陀螺75

4.2.1.4　光学陀螺仪75

4.2.2.1　微电容式加速度传感器76

4.2.2　MEMS加速度传感器76

4.2.2.2　微压阻式加速度传感器77

4.2.2.3　微热电偶式加速度传感器77

4.2.2.4　微谐振式加速度传感器78

4.2.2.5　微光波导加速度传感器79

4.2.3　惯性导航系统79

4.2.3.1　平台式惯性导航系统80

4.2.3.2　捷联式惯性导航系统81

4.2.4　气压式高度传感器82

4.2.5　空速传感器84

4.2.6　磁阻传感器86

4.3.1　数传电台87

4.3.1.1　数字数传电台的性能特点87

4.3　飞行机器人的数据链路87

4.3.1.2　数传电台的调制方式88

4.3.1.3　数字数传电台的设计与组网88

4.3.2　无线局域网89

4.3.2.1　无线局域网协议90

4.3.2.2　无线局域网的关键技术91

4.3.2.3　无线局域网的组网92

4.3.3　GPRS公网数据传输95

4.3.3.1　GPRS接口95

4.3.3.2　数据帧格式96

4.4　飞行机器人的地面控制站96

4.4.1　基于PC机平台的飞行机器人地面控制站系统96

4.4.1.1　地面站控制系统的功能97

4.4.1.2　地面站控制系统的组成单元99

4.4.2　基于32位的ARM7系统的飞行机器人手持式地面控制站系统100

4.4.2.1　硬件设计101

4.4.2.2　软件系统设计102

4.4.2.3　键盘摇杆命令输入分析模块103

4.4.2.4　飞控数据采集模块103

4.4.2.5　数据分析模块104

4.4.2.6　CF卡操作模块104

4.4.2.7　与PC机通信模块104

4.5　定翼飞行机器人105

4.5.1　定翼飞行机器人的刚体运动方程105

4.5.2　线性化小扰动运动方程106

4.6　旋翼飞行机器人107

4.6.1　旋翼飞行机器人上的外力107

4.5.3　定翼飞行机器人的飞行控制107

4.6.2　旋翼飞行机器人操纵机构的力学分析109

4.6.3　贝尔希勒翼动力学分析111

4.6.4　旋翼飞行机器人的全量方程112

4.6.5　旋翼飞行机器人的飞行控制114

4.6.5.1　单桨旋翼飞行机器人的飞行控制114

4.6.5.2　四桨旋翼飞行机器人的飞行控制114

4.7　气浮飞行机器人116

4.7.1　飞艇分类及分析117

4.7.2　飞艇的结构设计118

4.7.3　飞艇的动力学建模121

4.7.4　飞艇的控制系统结构124

4.8.2 自主导航过程和算法126

4.8.2.1　导航坐标系、航路点、航线设立126

4.8　飞行机器人的导航控制126

4.8.1　导航系统的组成结构126

4.8.2.2　导航的算法127

4.8.3　GPS接收数据的处理和出错处理129

4.8.3.1　GPS数据处理129

4.8.3.2　GPS接收数据中断或出错的处理130

第5章　空间机器人132

5.1　空间机器人的特点和分类132

5.1.1　空间机器人的用途132

5.1.2　空间机器人的特点和分类133

5.1.2.1　空间环境对空间机器人设计的要求133

5.1.2.2　空间机器人的分类134

5.2　空间机器人的重力补偿及研究概况136

5.2.1　空间机器人研究的特殊性136

5.2.2　空间机器人的重力补偿系统137

5.2.3　国外空间机器人发展概况138

5.3　空间机器人的深空通信技术141

5.3.1 深空通信中提高信噪比的方法141

5.3.2　国际深空通信的概况143

5.3.3　深空通信天线组阵技术145

5.4　火星探测空间机器人148

5.4.1　概述148

5.4.2　航天器150

5.4.3　探测空间机器人155

5.4.4　“勇气号”机器人进入火星大气层、降落、登陆过程162

第6章　微机器人与微操作165

6.1　微机器人的概念和MEMS基础165

6.2　微型机器人167

6.2.1 电磁驱动微小型机器人的运动原理167

6.2.2　惯性冲击式微小型机器人的运动原理169

6.2.3　螺旋轮式微小型机器人的运动原理170

6.2.4　尺蠖式微小型机器人的运动原理170

6.2.5　足式微小型机器人171

6.2.6　微型飞行器171

6.2.6.1　微型飞行器的研究实例172

6.2.6.2　微型飞行器的微动力系统173

6.2.6.3　微型飞行器的关键技术174

6.3.1　微操作机器人系统175

6.3　微操作机器人175

6.3.2　拟实环境的结构177

6.3.3　微操作拟实环境辅助微操作工具z方向定位178

6.4　微定位机器人180

第7章　特种机器人的双目立体视觉系统182

7.1　概述182

7.2　双目立体视觉系统设计183

7.2.1　双目立体视觉测距原理183

7.2.2　双目立体视觉系统描述184

7.2.3　双目立体视觉系统流程185

7.2.4　图像坐标系、世界坐标系和摄像机坐标系187

7.2.5　视觉传感器的结构分析及其模型188

7.2.5.1　交向摆放的视觉传感器及模型188

7.3　摄像机的标定190

7.2.5.2　正直摆放的视觉传感器及模型190

7.3.1　透视变换和理想的针孔摄像机模型191

7.3.2　摄像机镜头畸变192

7.3.3　摄像机标定方法193

7.3.3.1　利用透视变换矩阵的摄像机标定方法193

7.3.3.2　直接线性变换法195

7.3.3.3　双平面法196

7.3.3.4　两步法197

7.4　立体匹配算法研究199

7.4.1　立体匹配的基本问题199

7.4.2　匹配基元的选择199

7.4.3.1　极线约束200

7.4.3　匹配准则200

7.4.3.2　唯一性约束201

7.4.3.3　视差一致性约束201

7.4.3.4　连续性约束201

7.4.3.5　相容性约束202

7.4.3.6　顺序一致性约束202

7.4.4　算法结构202

7.4.5　立体匹配算法203

7.4.6　区域相关匹配203

7.4.6.1　相似性测度203

7.4.6.2　匹配搜索方案205

7.4.6.3　区域匹配的优缺点205

7.4.6.4　改进的算法概述206

7.4.7　一种新的立体匹配算法207

7.4.7.1　生物信息学中双DNA序列比对算法207

7.4.7.2　基于双序列比对算法的立体匹配方法208

7.4.7.3　算法改进208

7.4.7.4　实验结果210

7.4.8　立体匹配存在的难点及算法评估211

7.5　深度信息获取212

7.5.1　概述212

7.5.2　改进的立体匹配算法212

7.5.2.1　基本原理212

7.5.2.2　算法流程213

参考文献215