《兩輪自平衡機器人的研究與設計》是2012年科學出版社出版的圖書，作者是阮曉鋼，蔡建羨等。
基本介紹
- 書名：兩輪自平衡機器人的研究與設計
- 作者：阮曉鋼，蔡建羨等
- ISBN：9787030334015
- 出版社：科學出版社
- 開本：16開
圖書信息,圖書簡介,圖書目錄,
圖書信息
作者：16開
頁數:284頁
出版日期2012-02-01
頁數:284頁
出版日期2012-02-01
圖書簡介
阮曉鋼等編著的《兩輪自平衡機器人的研究與設計》講述了兩輪直立式機器人的進化歷史、基本構造、運動原理以及套用前景，描述了一種腰椎由彈簧和旋轉鉸鏈構成的柔性兩輪直立式機器人系統，包括柔性兩輪直立式機器人的物理系統設計和製作、數學模型、姿態檢測方法、運動平衡控制。特別地，本書構建了柔性兩輪直立式機器人仿生的姿態“感覺一運動”系統，使其具有仿生的操作條件反射行為，能自主學習平衡技能，像人和動物一樣，通過操作條件反射式的學習，漸進地形成、發展和完善其運動平衡控制技能。
《兩輪自平衡機器人的研究與設計》可供從事機器人學和自動控制學科的科技工作者學習或參考，也可作為本科高年級學生或研究生的教材或參考書籍。
《兩輪自平衡機器人的研究與設計》可供從事機器人學和自動控制學科的科技工作者學習或參考，也可作為本科高年級學生或研究生的教材或參考書籍。
圖書目錄
第1章 概論
1.1 兩輪平衡機器人的基本構造和運動原理
1.1.1 兩輪機器人的基本構造
1.1.2 兩輪機器人的運動原理
1.2 兩輪機器人的成長歷史
1.2.1 從倒立擺到平衡機器人
1.2.2 典型的兩輪機器人系統
1.2.3 兩輪機器人相關基礎研究
1.3 兩輪機器人技術套用前景
參考文獻
第2章 “原人”柔性兩輪機器人
2.1 柔性機器入學概述
2.1.1 研究柔性機器人的目的
2.1.2 柔性倒立擺
2.1.3 柔性關節
2.1.4 柔性機械臂
2.1.5 柔性脊椎機器人
2.2 “原人”機器人的基本特徵
2.3 “原人”機器人的機體結構
2.3.1 基本原理
2.3.2 總體框架
2.3.3 柔性腰椎
2.4 “原人”機器人的電氣系統
2.4.1 電氣系統總體結構
2.4.2 檢測系統
2.4.3 控制系統
2.5 “原人”機器人的軟體系統
2.5.1 軟體系統的主體結構
2.5.2 組織級：EPC行為決策
2.5.3 協調級：DSP運動平衡控制
2.5.4 操作級：ISU伺服控制
參考文獻
第3章 兩輪機器人的數學模型
3.1 相關研究工作
3.1.1 剛性系統的數學模型研究
3.1.2 柔性系統的數學模型研究
3.2 剛性兩輪機器人模型
3.2.1 系統坐標、參數和變數
3.2.2 動力學模型
3.2.3 運動學模型
3.2.4 電機及其伺服機構模型
3.3 柔性兩輪機器人模型
3.3.1 柔性旋轉關節與系統假設
3.3.2 系統坐標、參數和變數
3.3.3 運動學模型
3.3.4 動力學模型
3.4 柔性兩輪機器人動力學特性分析
3.4.1 系統穩定性
3.4.2 系統可控性
3.4.3 柔性腰椎剛度對動態性能的影響
3.4.4 柔性腰椎剛度對平衡控制魯棒性的影響
3.5 剛/柔兩輪自平衡機器人動力學模型對比分析
參考文獻
第4章 兩輪機器人的姿態檢測
4.1 姿態感測器及其原理
4.1.1 兩輪機器人的姿態
4.1.2 姿態檢測元件
4.1.3 陀螺儀
4.1.4 姿態測量算法與Kalman濾波
4.2 常用慣性測量元件的定姿方法
4.2.1 陀螺儀和加速度計的誤差模型
4.2.2 基於陀螺儀的定姿方法
4.2.3 基於加速度計的定姿方法
4.2.4 捷聯慣導定姿方法
4.3 Kalman濾波器與兩輪機器人姿態檢測
4.3.1 陀螺儀和傾角儀測量模型
4.3.2 時間更新與測量更新
4.3.3 Kalman濾波器參數設定問題
4.3.4 實驗與分析
4.4 自適應擴展Kalman濾波器
4.4.1 陀螺儀和加速度計構成的慣性測量單元
4.4.2 擴展Kalman濾波器中的系統模型
4.4.3 自適應R矩陣
4.4.4 實驗與分析
4.5 無味Kalman濾波器
4.5.1 無味變換
4.5.2 預測與校正
4.5.3 UKF與EKF的比較
4.5.4 仿真實驗及分析
參考文獻
第5章 兩輪機器人的PID控制
5.1 PID控制概述
5.2 控制結構
5.3 伺服控制環
5.4 自治環：姿態平衡控制
5.5 運動控制環
5.5.1 行進速度的控制
5.5.2 差動系統與航向的控制
5.6 運動平衡的矛盾與統一
5.6.1 運動控制形成局部正反饋
5.6.2 平衡控制的負反饋特徵及其穩定性
5.6.3 正反饋與負反饋的統一
5.6.4 負反饋與負反饋的矛盾
5.7 仿真實驗
5.7.1 姿態平衡控制性能測試
5.7.2 魯棒性測試
5.7.3 運動控制實驗
5.8 物理實驗
5.8.1 物理系統及其PID參數設定
5.8.2 自由平衡控制實驗
5.8.3 定點平衡控制實驗
5.8.4 運動平衡控制實驗
參考文獻
第6章 兩輪機器人的LQ調節
6.1 線性二次型控制介紹
6.1.1 最優控制問題
6.1.2 最大值原理
6.1.3 線性二次型問題
6.1.4 線性二次型狀態調節器設計
6.1.5 線性二次型跟蹤調節器設計
6.1.6 離散系統的線性二次型調節器設計
6.2 兩輪機器人LQR設計
6.2.1 柔性兩輪機器人模型的線性化
6.2.2 線性二次型姿態平衡控制律
6.2.3 線性二次型運動平衡控制律
6.2.4 自由平衡的仿真實驗
6.2.5 定點平衡的仿真實驗
6.2.6 運動平衡的仿真實驗
6.2.7 魯棒性能的仿真實驗
6.3 兩輪機器人遞歸LQR設計
6.3.1 柔性兩輪機器人模型的遞歸線性化
6.3.2 遞歸線性二次型姿態平衡控制律
6.3.3 仿真實驗
參考文獻
第7章 仿生的姿態平衡自主學習控制
7.1 關於動物的操作條件反射機制
7.1.1 skinner的操作條件反射理論
7.1.2 Skinner‘的操作條件反射實驗
7.1 _3操作條件反射在機器人學習中的套用現狀
7.2 關於隨機自動機理論
7.2.1 隨機自動機理論的發展
7.2.2 隨機自動機的定義
7.2.3 隨機自動機與機器學習
7.2.4 隨機自動機的熵
7.3 SOCA自動機
7.3.1 SOCA自動機的定義
7.3.2 SOCA自動機的結構
7.3.3 SOCA自動機的學習算法
7.3.4 操作條件反射與其他機器學習方法的比較
7.4 Skinner鴿子實驗的模擬
7.4.1 機器鴿的定義和構造
7.4.2 機器鴿的操作條件反射實驗
7.4.3 模擬實驗結果與分析
7.5 “原人”的“感知一行動”特徵
7.6 “原人”姿態平衡控制的自主學習結構
7.6.1 機器人的環狀控制結構
7.6.2 操作條件反射的姿態平衡控制環
7.7 仿真實驗
7.7.1 學習自由平衡
7.7.2 學習定點平衡
7.7.3 行進：不同速度和軌跡的機動
7.7.4 抗干擾實驗
7.8 “原人”系統的物理實驗
參考文獻
第8章 映射領域可自主收縮的SOCA自動機
8.1 映射領域可自主收縮的提出
8.2 SOCA自動機映射領域自主收縮的實現
8.2.1 結構設計
8.2.2 映射領域自主收縮的實現
8.2.3 學習算法設計及分析證明
8.3 仿真實驗
8.3.1 學習自由平衡
8.3.2 學習定點平衡
8.3.3 行進：不同速度和軌跡的機動
8.3.4 抗干擾實驗
參考文獻
第9章 Skinner操作條件反射自動機的模糊化
9.1 仿生學習系統模糊化概念的提出
9.2 模糊Skinner操作條件反射自動機
9.2.1 結構設計
9.2.2 學習算法設計
9.2.3 學習流程
9.3 仿真實驗
9.3.1 學習自由平衡
9.3.2 學習定點平衡
9.3.3 行進：不同速度和軌跡的機動
1.1 兩輪平衡機器人的基本構造和運動原理
1.1.1 兩輪機器人的基本構造
1.1.2 兩輪機器人的運動原理
1.2 兩輪機器人的成長歷史
1.2.1 從倒立擺到平衡機器人
1.2.2 典型的兩輪機器人系統
1.2.3 兩輪機器人相關基礎研究
1.3 兩輪機器人技術套用前景
參考文獻
第2章 “原人”柔性兩輪機器人
2.1 柔性機器入學概述
2.1.1 研究柔性機器人的目的
2.1.2 柔性倒立擺
2.1.3 柔性關節
2.1.4 柔性機械臂
2.1.5 柔性脊椎機器人
2.2 “原人”機器人的基本特徵
2.3 “原人”機器人的機體結構
2.3.1 基本原理
2.3.2 總體框架
2.3.3 柔性腰椎
2.4 “原人”機器人的電氣系統
2.4.1 電氣系統總體結構
2.4.2 檢測系統
2.4.3 控制系統
2.5 “原人”機器人的軟體系統
2.5.1 軟體系統的主體結構
2.5.2 組織級：EPC行為決策
2.5.3 協調級：DSP運動平衡控制
2.5.4 操作級：ISU伺服控制
參考文獻
第3章 兩輪機器人的數學模型
3.1 相關研究工作
3.1.1 剛性系統的數學模型研究
3.1.2 柔性系統的數學模型研究
3.2 剛性兩輪機器人模型
3.2.1 系統坐標、參數和變數
3.2.2 動力學模型
3.2.3 運動學模型
3.2.4 電機及其伺服機構模型
3.3 柔性兩輪機器人模型
3.3.1 柔性旋轉關節與系統假設
3.3.2 系統坐標、參數和變數
3.3.3 運動學模型
3.3.4 動力學模型
3.4 柔性兩輪機器人動力學特性分析
3.4.1 系統穩定性
3.4.2 系統可控性
3.4.3 柔性腰椎剛度對動態性能的影響
3.4.4 柔性腰椎剛度對平衡控制魯棒性的影響
3.5 剛/柔兩輪自平衡機器人動力學模型對比分析
參考文獻
第4章 兩輪機器人的姿態檢測
4.1 姿態感測器及其原理
4.1.1 兩輪機器人的姿態
4.1.2 姿態檢測元件
4.1.3 陀螺儀
4.1.4 姿態測量算法與Kalman濾波
4.2 常用慣性測量元件的定姿方法
4.2.1 陀螺儀和加速度計的誤差模型
4.2.2 基於陀螺儀的定姿方法
4.2.3 基於加速度計的定姿方法
4.2.4 捷聯慣導定姿方法
4.3 Kalman濾波器與兩輪機器人姿態檢測
4.3.1 陀螺儀和傾角儀測量模型
4.3.2 時間更新與測量更新
4.3.3 Kalman濾波器參數設定問題
4.3.4 實驗與分析
4.4 自適應擴展Kalman濾波器
4.4.1 陀螺儀和加速度計構成的慣性測量單元
4.4.2 擴展Kalman濾波器中的系統模型
4.4.3 自適應R矩陣
4.4.4 實驗與分析
4.5 無味Kalman濾波器
4.5.1 無味變換
4.5.2 預測與校正
4.5.3 UKF與EKF的比較
4.5.4 仿真實驗及分析
參考文獻
第5章 兩輪機器人的PID控制
5.1 PID控制概述
5.2 控制結構
5.3 伺服控制環
5.4 自治環：姿態平衡控制
5.5 運動控制環
5.5.1 行進速度的控制
5.5.2 差動系統與航向的控制
5.6 運動平衡的矛盾與統一
5.6.1 運動控制形成局部正反饋
5.6.2 平衡控制的負反饋特徵及其穩定性
5.6.3 正反饋與負反饋的統一
5.6.4 負反饋與負反饋的矛盾
5.7 仿真實驗
5.7.1 姿態平衡控制性能測試
5.7.2 魯棒性測試
5.7.3 運動控制實驗
5.8 物理實驗
5.8.1 物理系統及其PID參數設定
5.8.2 自由平衡控制實驗
5.8.3 定點平衡控制實驗
5.8.4 運動平衡控制實驗
參考文獻
第6章 兩輪機器人的LQ調節
6.1 線性二次型控制介紹
6.1.1 最優控制問題
6.1.2 最大值原理
6.1.3 線性二次型問題
6.1.4 線性二次型狀態調節器設計
6.1.5 線性二次型跟蹤調節器設計
6.1.6 離散系統的線性二次型調節器設計
6.2 兩輪機器人LQR設計
6.2.1 柔性兩輪機器人模型的線性化
6.2.2 線性二次型姿態平衡控制律
6.2.3 線性二次型運動平衡控制律
6.2.4 自由平衡的仿真實驗
6.2.5 定點平衡的仿真實驗
6.2.6 運動平衡的仿真實驗
6.2.7 魯棒性能的仿真實驗
6.3 兩輪機器人遞歸LQR設計
6.3.1 柔性兩輪機器人模型的遞歸線性化
6.3.2 遞歸線性二次型姿態平衡控制律
6.3.3 仿真實驗
參考文獻
第7章 仿生的姿態平衡自主學習控制
7.1 關於動物的操作條件反射機制
7.1.1 skinner的操作條件反射理論
7.1.2 Skinner‘的操作條件反射實驗
7.1 _3操作條件反射在機器人學習中的套用現狀
7.2 關於隨機自動機理論
7.2.1 隨機自動機理論的發展
7.2.2 隨機自動機的定義
7.2.3 隨機自動機與機器學習
7.2.4 隨機自動機的熵
7.3 SOCA自動機
7.3.1 SOCA自動機的定義
7.3.2 SOCA自動機的結構
7.3.3 SOCA自動機的學習算法
7.3.4 操作條件反射與其他機器學習方法的比較
7.4 Skinner鴿子實驗的模擬
7.4.1 機器鴿的定義和構造
7.4.2 機器鴿的操作條件反射實驗
7.4.3 模擬實驗結果與分析
7.5 “原人”的“感知一行動”特徵
7.6 “原人”姿態平衡控制的自主學習結構
7.6.1 機器人的環狀控制結構
7.6.2 操作條件反射的姿態平衡控制環
7.7 仿真實驗
7.7.1 學習自由平衡
7.7.2 學習定點平衡
7.7.3 行進：不同速度和軌跡的機動
7.7.4 抗干擾實驗
7.8 “原人”系統的物理實驗
參考文獻
第8章 映射領域可自主收縮的SOCA自動機
8.1 映射領域可自主收縮的提出
8.2 SOCA自動機映射領域自主收縮的實現
8.2.1 結構設計
8.2.2 映射領域自主收縮的實現
8.2.3 學習算法設計及分析證明
8.3 仿真實驗
8.3.1 學習自由平衡
8.3.2 學習定點平衡
8.3.3 行進：不同速度和軌跡的機動
8.3.4 抗干擾實驗
參考文獻
第9章 Skinner操作條件反射自動機的模糊化
9.1 仿生學習系統模糊化概念的提出
9.2 模糊Skinner操作條件反射自動機
9.2.1 結構設計
9.2.2 學習算法設計
9.2.3 學習流程
9.3 仿真實驗
9.3.1 學習自由平衡
9.3.2 學習定點平衡
9.3.3 行進：不同速度和軌跡的機動
