微小型無(wú)人系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作

1章概述

11基本概念

12組成分類

13微小型無(wú)人系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)技術(shù)的挑戰(zhàn)

14微小型無(wú)人系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

第2章Arduino智能搬運(yùn)小車的設(shè)計(jì)與制作

21總體設(shè)計(jì)方案

211智能搬運(yùn)小車的結(jié)構(gòu)

212智能搬運(yùn)小車的功能

22硬件設(shè)計(jì)

221伺服電動(dòng)機(jī)

222QTI傳感器

223超聲波傳感器

224顏色傳感器

23軟件設(shè)計(jì)

231軟件總體設(shè)計(jì)

232QTI傳感器的尋線算法

233超聲波定位算法

234白平衡和顏色識(shí)別算法

235搬運(yùn)過程

24設(shè)計(jì)心得

第3章Arduino虛擬現(xiàn)實(shí)感知小車的設(shè)計(jì)與制作

31總體方案設(shè)計(jì)

311系統(tǒng)的組成

312系統(tǒng)組成模塊

313系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

32硬件設(shè)計(jì)

321控制系統(tǒng)

322動(dòng)力系統(tǒng)

323底盤系統(tǒng)

33軟件設(shè)計(jì)

第4章聲音導(dǎo)引系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作

41設(shè)計(jì)任務(wù)

42設(shè)計(jì)要求

421基本要求

422補(bǔ)充說明

43方案比較與論證

431需求分析

432系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

433聲源定位方案的選擇

44理論分析與計(jì)算

441測(cè)量原理

442系統(tǒng)計(jì)算模型

443誤差信號(hào)的產(chǎn)生

444誤差的計(jì)算

45聲音導(dǎo)引系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

451總體設(shè)計(jì)

452無(wú)線收/發(fā)電路的設(shè)計(jì)

453電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制電路的設(shè)計(jì)

454音頻產(chǎn)生和接收電路的設(shè)計(jì)

455語(yǔ)音指示電路的設(shè)計(jì)

456控制電路的設(shè)計(jì)

46聲音導(dǎo)引系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

461系統(tǒng)工作流程

462定位參數(shù)的計(jì)算

463軟件流程

47系統(tǒng)測(cè)試

471測(cè)試使用的儀器

472指標(biāo)測(cè)試

第5章四旋翼無(wú)人飛行器的設(shè)計(jì)與制作

51概述

52總體設(shè)計(jì)

521四旋翼無(wú)人飛行器的飛行控制平臺(tái)

522四旋翼無(wú)人飛行器的結(jié)構(gòu)及控制原理

53硬件設(shè)計(jì)

531系統(tǒng)組成

532微控制系統(tǒng)模塊

533飛行姿態(tài)檢測(cè)模塊

534電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

535超聲波測(cè)距模塊

536紅外避障模塊

537電源模塊

54四旋翼無(wú)人飛行器的軟件設(shè)計(jì)

541軟件總體設(shè)計(jì)

542軟件開發(fā)平臺(tái)

55飛行姿態(tài)解算算法及程序

551加速度傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)解算

552陀螺儀檢測(cè)數(shù)據(jù)解算

553卡爾曼濾波與平均值濾波

56PID控制算法

57四旋翼無(wú)人飛行器的制作與調(diào)試

571電子調(diào)速器對(duì)電機(jī)控制的調(diào)試

572MPU6050傳感器測(cè)量調(diào)試

573超聲波測(cè)距調(diào)試

574紅外避障調(diào)試

575四旋翼無(wú)人飛行器整體調(diào)試

第6章Arduino 六足機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制作

61六足機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)方案

611六足機(jī)器人的主要功能

612六足機(jī)器人肢體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

613六足機(jī)器人控制系統(tǒng)方案總體設(shè)計(jì)

62六足機(jī)器人的步態(tài)分析

621三角步態(tài)原理

622六足機(jī)器人直行步態(tài)

623六足機(jī)器人定點(diǎn)轉(zhuǎn)彎步態(tài)

63硬件設(shè)計(jì)及組裝

631Arduino主控制板

632舵機(jī)

633舵機(jī)控制板

634遙控器

64六足機(jī)器人的組裝

641舵機(jī)的組裝

642安裝六足機(jī)器人的支架

643舵機(jī)接口的連接

644PS2手柄接收器與舵機(jī)控制器的連接

645六足機(jī)器人與Arduino主控制板的連接

65軟件設(shè)計(jì)

651舵機(jī)上位機(jī)軟件

652六足機(jī)器人超聲波搖頭避障

653六足機(jī)器人穿越火線

654六足機(jī)器人紅外遙控

655六足機(jī)器人紅外防跌落

第7章直立智能車的設(shè)計(jì)與制作

71總體方案設(shè)計(jì)

72機(jī)械方案設(shè)計(jì)

721直立車模與控制原理

722機(jī)械方案的設(shè)計(jì)原則

723機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

73硬件方案設(shè)計(jì)

731電源模塊

732MCU模塊

733電磁信號(hào)處理模塊

734姿態(tài)傳感模塊

735編碼器模塊

736電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

737藍(lán)牙通信模塊

74軟件方案設(shè)計(jì)

741角度環(huán)控制

742速度環(huán)控制

743轉(zhuǎn)向環(huán)控制

744電機(jī)PWM波的輸出及各控制環(huán)之間的耦合關(guān)系

75系統(tǒng)調(diào)試

751直立車模的直立調(diào)試

752直立車模的速度調(diào)試

753直立車模的轉(zhuǎn)向調(diào)試

第8章電磁智能車的設(shè)計(jì)與制作

81系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

82系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

821主控板

822電磁傳感器模塊

823電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

83系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

831傳感器數(shù)據(jù)采集處理算法

832位置偏差獲取算法

833路徑規(guī)劃

834控制算法

84系統(tǒng)調(diào)試

841電磁傳感器模塊的調(diào)試

842參數(shù)整定

第9章攝像頭智能車的設(shè)計(jì)與制作

91總體方案設(shè)計(jì)

911系統(tǒng)目標(biāo)功能

912系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

92攝像頭傳感器的安裝

93攝像頭智能車的硬件設(shè)計(jì)

931電源管理模塊

932超聲波傳感器

933編碼器模塊

934攝像頭傳感器

935輔助調(diào)試模塊

936舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

94圖像分析與處理

941提取邊界

942計(jì)算中線

943十字元素的識(shí)別及處理

944橫斷元素的識(shí)別及處理

945坡道元素的識(shí)別及處理

946彎道元素的識(shí)別及處理

947小S彎道元素的識(shí)別及處理

948斑馬線元素的識(shí)別及處理

95控制算法及其應(yīng)用

951PID控制算法

952PID參數(shù)調(diào)整

953PID控制器在舵機(jī)控制中的應(yīng)用

954PID控制器在電機(jī)控制中的應(yīng)用

96系統(tǒng)總體調(diào)試

961電機(jī)參數(shù)的調(diào)試

962轉(zhuǎn)向舵機(jī)的調(diào)試

963車體機(jī)械調(diào)整

964其他調(diào)試方法

第10章智能車多機(jī)交互的設(shè)計(jì)與制作

101通信手段

1011藍(lán)牙模塊

1012NRF24L01模塊

1013WIFI模塊

102雙車追逐方案設(shè)計(jì)

1021系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1022通信測(cè)距模塊的選擇

1023雙車距離的控制

1024調(diào)試方法

103雙車超車方案的設(shè)計(jì)

1031比賽規(guī)則

1032超車方案

104雙車會(huì)車方案的設(shè)計(jì)

1041競(jìng)賽規(guī)則

1042會(huì)車方案

105空-地協(xié)同方案的設(shè)計(jì)

1051硬件系統(tǒng)

1052機(jī)械部分

1053軟件系統(tǒng)

本書適應(yīng)21世紀(jì)傳感、測(cè)控、無(wú)人、人工智能等技術(shù)發(fā)展的需要，詳細(xì)討論了陸上及低空無(wú)人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與制作技巧，即以編者團(tuán)隊(duì)近年指導(dǎo)學(xué)生參加全國(guó)教育機(jī)器人大賽、“恩智浦”（原“飛思卡爾”）杯全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽等的獲獎(jiǎng)作品為核心，從總體方案設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、軟/硬件調(diào)試技巧等幾個(gè)方面詳細(xì)介紹微小型無(wú)人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制作方法。本書思路清晰、案例具體、可操作性強(qiáng)，特別適合95后機(jī)器人、無(wú)人機(jī)等愛好者作為入門實(shí)踐教程，高等院校機(jī)械電子、自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)與儀器等專業(yè)相關(guān)課程的教材，以及大學(xué)生智能車競(jìng)賽和電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽基礎(chǔ)培訓(xùn)教學(xué)用書。

第1章緒論1

1.1無(wú)人系統(tǒng)的基本概念和內(nèi)涵1

1.2無(wú)人系統(tǒng)的意義及作戰(zhàn)使命分析1

1.2.1無(wú)人系統(tǒng)的意義1

1.2.2無(wú)人系統(tǒng)的任務(wù)使命2

1.3無(wú)人系統(tǒng)的作戰(zhàn)運(yùn)用準(zhǔn)則6

1.3.1無(wú)人系統(tǒng)的軍事需求與作戰(zhàn)倫理之間的平衡7

1.3.2無(wú)人系統(tǒng)的運(yùn)用準(zhǔn)則8

1.4無(wú)人系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析9

1.4.1無(wú)人系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀9

1.4.2無(wú)人系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)10

第2章軍用無(wú)人系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)14

2.1用戶需求分析15

2.2技術(shù)需求轉(zhuǎn)化16

2.2.1功能需求18

2.2.2性能需求18

2.2.3接口需求18

2.2.4環(huán)境需求18

2.2.5可靠性需求18

2.2.6安全性需求19

2.2.7需求分解、分配和確認(rèn)19

2.2.8技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 19

2.3總體設(shè)計(jì)技術(shù)21

2.3.1邏輯分解21

2.3.2設(shè)計(jì)方案21

2.4多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)方法25

2.4.1多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)的知識(shí)體系25

2.4.2分析建模中的關(guān)鍵技術(shù)25

2.4.3多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)方法28

第3章無(wú)人系統(tǒng)的控制與導(dǎo)航制導(dǎo)技術(shù)31

3.1自動(dòng)控制系統(tǒng)31

3.1.1控制系統(tǒng)總體31

3.1.2先進(jìn)的控制技術(shù)34

3.1.3自動(dòng)駕駛儀的實(shí)現(xiàn)35

3.2自主導(dǎo)航與制導(dǎo)技術(shù)37

3.2.1慣性導(dǎo)航技術(shù)37

3.2.2衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)38

3.2.3組合導(dǎo)航40

3.2.4導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)41

3.2.5自主制導(dǎo)技術(shù)41

3.2.6尋的制導(dǎo)技術(shù)43

3.3導(dǎo)航與控制系統(tǒng)47

3.3.1概述47

3.3.2導(dǎo)航系統(tǒng)與避障技術(shù)48

3.3.3基于圖像的輔助導(dǎo)航技術(shù)52

第4章三維在線路徑規(guī)劃技術(shù)58

4.1在線路徑規(guī)劃及空間表示方法概述58

4.1.1在線路徑規(guī)劃方法58

4.1.2規(guī)劃空間表示方法58

4.2Dubins路徑59

4.2.1基本知識(shí)59

4.2.2Dubins路徑的基本概念60

4.2.3微分幾何法計(jì)算Dubins路徑長(zhǎng)度61

4.2.4兩點(diǎn)間Dubins路徑生成64

4.2.5仿真分析65

4.3三維路徑生成方法67

4.3.1三維Dubins路徑最優(yōu)解分析67

4.3.2螺線模型三維Dubins路徑生成方法68

4.3.3二平面模型三維Dubins路徑生成72

4.3.4仿真分析79〖HJ〗

第5章圖像智能信息處理技術(shù)81

5.1圖像配準(zhǔn)技術(shù)81

5.1.1圖像配準(zhǔn)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀81

5.1.2圖像配準(zhǔn)的方法綜述81

5.2圖像獲取的系統(tǒng)模型84

5.2.1相機(jī)透視投影成像模型84

5.2.2相機(jī)運(yùn)動(dòng)與成像關(guān)系86

5.3圖像特征提取方法92

5.3.1基于仿射不變量的特征區(qū)域提取92

5.3.2基于尺度空間的特征點(diǎn)提取97

5.4圖像特征配準(zhǔn)方法105

5.4.1相位相關(guān)法105

5.4.2特征點(diǎn)匹配法106

5.4.3最鄰近的NN算法107

5.4.4k-d樹算法108

5.4.5BBF算法109

5.4.6去除錯(cuò)誤配準(zhǔn)特征點(diǎn)算法110

5.4.7仿真分析112

5.5圖像的拼接方法114

5.5.1圖像變換與配準(zhǔn)誤差計(jì)算114

5.5.2圖像變換插值115

5.5.3圖像的融合研究117

5.5.4圖像拼接方式119

5.5.5仿真分析122

5.6基于光流場(chǎng)的動(dòng)目標(biāo)信息提取技術(shù)126

5.6.1光流場(chǎng)126

5.6.2球面光流場(chǎng)128

5.6.3光流場(chǎng)分布129

5.6.4球面光流場(chǎng)景深信息提取132

5.6.5基于時(shí)空梯度的球面光流算法135

5.6.6景深探測(cè)機(jī)制與計(jì)算方法136

5.6.7球面光流場(chǎng)景深探測(cè)仿真實(shí)驗(yàn)138

第6章無(wú)人系統(tǒng)任務(wù)載荷與數(shù)據(jù)鏈路142

6.1任務(wù)載荷142

6.1.1不同任務(wù)使命下的有效載荷及設(shè)計(jì)142

6.1.2任務(wù)載荷的應(yīng)用概況及發(fā)展趨勢(shì)150

6.2數(shù)據(jù)鏈路153

6.2.1概述153

6.2.2數(shù)據(jù)鏈路的機(jī)構(gòu)與原理153

6.2.3對(duì)數(shù)據(jù)鏈路的特別要求154

6.2.4數(shù)據(jù)鏈路的抗干擾分析155

6.2.5數(shù)據(jù)鏈路的發(fā)展趨勢(shì)156

6.3無(wú)人系統(tǒng)的互操作技術(shù)157

6.3.1概述157

6.3.2互操作技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)158

6.3.3人與無(wú)人系統(tǒng)之間的互操作技術(shù)161

6.3.4無(wú)人系統(tǒng)與有人武器系統(tǒng)的互操作技術(shù)163

6.3.5我國(guó)發(fā)展軍用無(wú)人系統(tǒng)的互操作技術(shù)建議165

第7章炮射巡飛彈總體設(shè)計(jì)實(shí)例167

7.1炮射巡飛彈系統(tǒng)的系統(tǒng)分析167

7.1.1任務(wù)設(shè)想167

7.1.2系統(tǒng)需求分析167

7.1.3系統(tǒng)質(zhì)量功能開發(fā)168

7.1.4系統(tǒng)功能流圖169

7.1.5系統(tǒng)的頂層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)169

7.1.6技術(shù)指標(biāo)分析171

7.1.7作戰(zhàn)運(yùn)用方式171

7.2炮射巡飛彈系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)與評(píng)估173

7.2.1概念設(shè)計(jì)173

7.2.2概念設(shè)計(jì)評(píng)估與向下選擇175

7.3炮射巡飛彈系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)178

7.3.1總體技術(shù)方案178

7.3.2炮射巡飛彈系統(tǒng)工作過程分析178

7.4炮射巡飛彈系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)184

7.4.1母彈設(shè)計(jì)方案184

7.4.2套筒設(shè)計(jì)方案187

7.4.3巡飛彈設(shè)計(jì)方案190

參考文獻(xiàn)195"

本書主要介紹了無(wú)人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與集成，對(duì)無(wú)人系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)以及相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)描述。全書共分7章，首先總結(jié)了無(wú)人系統(tǒng)的概念、意義、作戰(zhàn)運(yùn)用準(zhǔn)則以及無(wú)人系統(tǒng)的發(fā)展，然后不僅從總體上對(duì)無(wú)人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論，還對(duì)無(wú)人系統(tǒng)的控制與導(dǎo)航制導(dǎo)技術(shù)、三維在線路徑規(guī)劃技術(shù)以及圖像智能信息處理技術(shù)等分技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，又對(duì)無(wú)人系統(tǒng)的任務(wù)載荷與數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行了分析和介紹，最后以炮射巡飛彈的總體設(shè)計(jì)為例對(duì)于無(wú)人系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行了具體分析和闡述。本書內(nèi)容建立在多年相關(guān)領(lǐng)域教學(xué)和科研工作基礎(chǔ)之上，是對(duì)無(wú)人系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與集成以及關(guān)鍵技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對(duì)未來無(wú)人系統(tǒng)領(lǐng)域的研究具有很好的借鑒作用。本書可以作為兵器、航空航天等國(guó)防科技領(lǐng)域工程技術(shù)人員以及科研工作者的學(xué)習(xí)參考書，也可以作為相關(guān)專業(yè)的研究生教材。