两轮自平衡机器人的研究与设计

　　《21世纪先进制造技术丛书》序
　　前言
　　第1章 概论
　　1.1 两轮平衡机器人的基本构造和运动原理
　　1.1.1 两轮机器人的基本构造
　　1.1.2 两轮机器人的运动原理
　　1.2 两轮机器人的成长历史
　　1.2.1 从倒立摆到平衡机器人
　　1.2.2 典型的两轮机器人系统
　　1.2.3 两轮机器人相关基础研究
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　　    阮晓钢，男，1958年生于四川，1982年获哈尔滨船舶工程学院工学学士学位，1989年获浙江大学工学硕士学位，1992年获浙江大学工学博士学位，1992年7月至1994年6月于南京航空航天大学航空与宇航博士后流动站从事博士后科研工作，1994年7月至今效力于北京工业大学，现任教授及博士生导师。
　　    蔡建羡，女，1978年生于河北，2001年获河北科技大学工学学士学位，2003年获燕山大学工学硕士学位，2010年获北京工业大学工学博士学位，2004年4月至今效力于防灾科技学院防灾仪器系，现任讲师。
　　    李欣源，男，1981年生于北京，2004年获北京工业大学工学学士学位，2010年获北京工业大学工学博士学位，2010年10月至今于清华大学计算机科学与技术博士后流动站从事博士后科研工作。
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　　    《“十一五”国家重点图书出版规划项目·21世纪先进制造技术丛书：两轮自平衡机器人的研究与设计》讲述了两轮直立式机器人的进化历史、基本构造、运动原理以及应用前景，描述了一种腰椎由弹簧和旋转铰链构成的柔性两轮直立式机器人系统，包括柔性两轮直立式机器人的物理系统设计和制作、数学模型、姿态检测方法、运动平衡控制。特别地，《“十一五”国家重点图书出版规划项目·21世纪先进制造技术丛书：两轮自平衡机器人的研究与设计》构建了柔性两轮直立式机器人仿生的姿态“感觉一运动”系统，使其具有仿生的操作条件反射行为，能自主学习平衡技能，像人和动物一样，通过操作条件反射式的学习，渐进地形成、发展和完善其运动平衡控制技能。
　　    本书可供从事机器人学和自动控制学科的科技工作者学习或参考，也可作为本科高年级学生或研究生的教材或参考书籍。

　　《21世纪先进制造技术丛书》序
　　前言
　　第1章 概论
　　1.1 两轮平衡机器人的基本构造和运动原理
　　1.1.1 两轮机器人的基本构造
　　1.1.2 两轮机器人的运动原理
　　1.2 两轮机器人的成长历史
　　1.2.1 从倒立摆到平衡机器人
　　1.2.2 典型的两轮机器人系统
　　1.2.3 两轮机器人相关基础研究
　　1.3 两轮机器人技术应用前景
　　参考文献
　　第2章 “原人”柔性两轮机器人
　　2.1 柔性机器人学概述
　　2.1.1 研究柔性机器人的目的
　　2.1.2 柔性倒立摆
　　2.1.3 柔性关节
　　2.1.4 柔性机械臂
　　2.1.5 柔性脊椎机器人
　　2.2 “原人”机器人的基本特征
　　2.3 “原人”机器人的机体结构
　　2.3.1 基本原理
　　2.3.2 总体框架
　　2.3.3 柔性腰椎
　　2.4 “原人”机器人的电气系统
　　2.4.1 电气系统总体结构
　　2.4.2 检测系统
　　2.4.3 控制系统
　　2.5 “原人”机器人的软件系统
　　2.5.1 软件系统的主体结构
　　2.5.2 组织级：EPC行为决策
　　2.5.3 协调级：DSP运动平衡控制
　　2.5.4 操作级：ISU伺服控制
　　参考文献
　　第3章 两轮机器人的数学模型
　　3.1 相关研究工作
　　3.1.1 刚性系统的数学模型研究
　　3.1.2 柔性系统的数学模型研究
　　3.2 刚性两轮机器人模型
　　3.2.1 系统坐标、参数和变量
　　3.2.2 动力学模型
　　3.2.3 运动学模型
　　3.2.4 电机及其伺服机构模型
　　3.3 柔性两轮机器人模型
　　3.3.1 柔性旋转关节与系统假设
　　3.3.2 系统坐标、参数和变量
　　3.3.3 运动学模型
　　3.3.4 动力学模型
　　3.4 柔性两轮机器人动力学特性分析
　　3.4.1 系统稳定性
　　3.4.2 系统可控性
　　3.4.3 柔性腰椎刚度对动态性能的影响
　　3.4.4 柔性腰椎刚度对平衡控制鲁棒性的影响
　　3.5 刚／柔两轮自平衡机器人动力学模型对比分析
　　参考文献
　　第4章 两轮机器人的姿态检测
　　4.1 姿态传感器及其原理
　　4.1.1 两轮机器人的姿态
　　4.1.2 姿态检测元件
　　4.1.3 陀螺仪
　　4.1.4 姿态测量算法与Kalman滤波
　　……
　　第5章 两轮机器人的PID控制
　　第6章 两轮机器人的LQ调节
　　第7章 仿生的资态平衡自主学习控制
　　第8章 映射领域可自主收缩的SOCA自动机
　　第9章 Skinner操作务件反射自动机的模糊化
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　　    阮晓钢，男，1958年生于四川，1982年获哈尔滨船舶工程学院工学学士学位，1989年获浙江大学工学硕士学位，1992年获浙江大学工学博士学位，1992年7月至1994年6月于南京航空航天大学航空与宇航博士后流动站从事博士后科研工作，1994年7月至今效力于北京工业大学，现任教授及博士生导师。
　　    蔡建羡，女，1978年生于河北，2001年获河北科技大学工学学士学位，2003年获燕山大学工学硕士学位，2010年获北京工业大学工学博士学位，2004年4月至今效力于防灾科技学院防灾仪器系，现任讲师。
　　    李欣源，男，1981年生于北京，2004年获北京工业大学工学学士学位，2010年获北京工业大学工学博士学位，2010年10月至今于清华大学计算机科学与技术博士后流动站从事博士后科研工作。
　　    赵建伟，男，1979年生于内蒙古，2003年获内蒙古工业大学工学学士学位，2006年获内蒙古工业大学工学硕士学位，2010年获北京工业大学工学博士学位，2010年12月至今于清华大学精密仪器系博士后流动站从事博士后科研工作。
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　　    《“十一五”国家重点图书出版规划项目·21世纪先进制造技术丛书：两轮自平衡机器人的研究与设计》讲述了两轮直立式机器人的进化历史、基本构造、运动原理以及应用前景，描述了一种腰椎由弹簧和旋转铰链构成的柔性两轮直立式机器人系统，包括柔性两轮直立式机器人的物理系统设计和制作、数学模型、姿态检测方法、运动平衡控制。特别地，《“十一五”国家重点图书出版规划项目·21世纪先进制造技术丛书：两轮自平衡机器人的研究与设计》构建了柔性两轮直立式机器人仿生的姿态“感觉一运动”系统，使其具有仿生的操作条件反射行为，能自主学习平衡技能，像人和动物一样，通过操作条件反射式的学习，渐进地形成、发展和完善其运动平衡控制技能。
　　    本书可供从事机器人学和自动控制学科的科技工作者学习或参考，也可作为本科高年级学生或研究生的教材或参考书籍。