《自主移动机器人控制技术：从电机控制到SLAM技术》主要介绍移动机器人的分类、直流电机及其控制、控制理论概述、移动机器人控制技术、SLAM技术、用SLAM技术构建自主移动机器人控制系统等。内容由浅入深，既介绍了不同控制方法的优缺点，又针对不同的控制方法提出有待研究的课题。

本书所介绍的内容是比较容易理解的，物理特性比较好观察，大概掌握这些知识后，谁都可以构建自己的控制系统。

第1章 绪论
　　本书所要介绍的移动机器人，是具有多个车轮、能够自主移动到目的地的车载机器人。由于自动导引车（automated guided vehicle，AGV）具有同样的功能，因此也将其纳入本书一并讲述。为了方便起见，本书将地面或内部设置了引导物（用于检测机器人所处位置）的机器人称为引导式移动机器人，地面或内部没有设置引导物的机器人称为无引导式移动机器人。另外，无引导式移动机器人中，周围环境不设置引导物，而靠其本身检测出自身位置的移动机器人，称之为自主移动机器人。
　　1.1 本书编写目的
　　说到机器人，曾几何时，专指工业机器人，它们仅活跃于工厂厂区内，给大众一种隔岸观火的感觉。时至今日，机器人已经逐渐普及到触手可及的程度。在如此众多的机器人之中，多关节型机器人和人形机器人的结构更为复杂，为了驱动它们，需要有很高的技术和解析能力。关于那些多关节机器人和人形机器人，市面上已经出版了大量的技术书籍和科普读物，它们都为机器人的研究和普及做出了贡献。尤其是米田等人执笔的丛书“机器人创造设计”［1， 2］，说是机器人技术人员必读之书也不为过。
　　像引导式移动机器人和自主移动机器人那样的车载机器人，即使是小学生，也都能够单独进行操控或者组装。于是，给人们一种错觉，作为一种控制技术，移动机器人在理论上好像比较通俗易懂，在学术上没有再进行新的研究和开发的必要了。但现实状况是，在关于机器人的技术书籍与科普读物之中，虽然介绍了*简单的机器人结构，给出了移动机器人的组装方法、结构、工作原理等，但是大多数都没有深入介绍控制方法等内容。
　　对此，作者深深感觉到，有必要针对那些试图自己制作自主移动机器人的技术人员或者计划将引导式移动机器人无引导化的技术人员，编写一部从移动机器人的基础知识到控制技术的系统性技术书籍。即使是由简单的控制理论构成的移动机器人，也有必要进行深入的理论探讨以寻求真相。衷心希望读者能够利用本书所讲的知识，构建更加复杂的控制系统。
　　本书读者对象是想学习控制技术的学生、想理解移动机器人工作原理的求知者、已熟悉引导式移动机器人的设计者或者设备负责人、想了解如何控制自主移动机器人的技术人员等。
　　实际上，在从事引导式移动机器人研究的技术人员中，也许会出现这样那样的疑问，譬如“为什么对按照控制理论移动的机器人进行定位，需要花费时间？”“为什么提高响应速度，会产生过电流？”“为什么引导式移动机器人后退时，会脱线？”，等等。对于这类“为什么”的问题，一般回答起来比较简单，然而面对动作比较复杂的引导式移动机器人，往往不知如何下手。遇到此类问题时，如果能够从本书得到答案，作者将会感到非常荣幸。
　　1.2 本书的结构
　　本书由以下章节构成：第2章按照不同分类方法将各种移动机器人进行归类；第3章介绍驱动移动机器人必不可少的电机；第4章是控制理论概述；第5章归纳自主移动机器人控制技术；第6章概述自主移动机器人中不可欠缺的SLAM技术；第7章是灵活运用SLAM技术，构建一个自主移动机器人的实际例子。
　　第2章归纳整理几种常见的移动机器人，分门别类地介绍移动机器人沿着路径移动时的引导方式，以及使机器人移动的驱动方式。对于几种主要的驱动方式，在分别介绍其原理的同时，还导出了它们的理论方程式。在技术层面上，本章内容相对简单，机器人初学者和非专业人士可以先阅读本章；对机器人有一定了解的人士，可以从第3章读起。另外，在企业中，研究开发者在制定机器人研究方向的时候，或者设计者开发机器人产品的时候，可以与决策者、用户等相关人员一起，一边参考第2章内容，一边讨论，我认为这样做将会是非常有效的。
　　第3章讲的是驱动移动机器人的电机及其控制技术。在机器人运动的时候，无疑是其内部的电机在起作用，但是在考虑机器人的整体动作时，许多人往往把电机和电机的控制部分忘得一干二净。其实，机器人按照设定计划完成各种预定动作时，电机的特性是一个不可忽视的问题。许多发生故障的场合，往往都是因为没有着眼于电机，使问题解决得太慢。要想清楚认识这类问题的实质，对电机的基本特性要有一个*基本的了解。
　　第4章是控制理论概述，以独*的视角归纳控制技术，指出实际应用线性控制理论时需要注意的事项。希望读者能够认识到，在被称为古典控制的一个输入、一个输出的反馈控制系统中，具有多个反馈的多重反馈控制可以通过限制器自动切换控制系统。
　　第5章是移动机器人控制技术，在解释常见基本控制方法的同时，指出了相关的研究课题，并列举了各课题对应的定位控制方法。这些方法适用于需要高速移动与精确定位的半导体制造设备等的工作台控制。
　　第6章是关于SLAM技术的介绍。SLAM技术近年来突飞猛进，采用基于激光扫描仪的SLAM技术的自主移动机器人已经商品化。因此，在这里解释其工作原理的同时，还介绍了作者开发的仅使用激光扫描仪的位置检测方法。
　　第7章是应用实例，介绍利用SLAM技术获得信息，并以此实现机器人自主移动的方法，并对灵活运用AGV组件的方法、跟踪移动轨迹的方法进行说明。
　　第2章 移动机器人的分类

目录
第1章 绪论 1
1.1 本书编写目的 3
1.2 本书的结构 4
第2章 移动机器人的分类 5
2.1 按照引导方式进行分类 7
2.1.1 引导方式 9
2.1.2 地上支援型引导方式 12
2.1.3 自主移动型无引导方式 16
2.2 按照驱动方式的不同进行分类 19
2.2.1 坐标系的定义 20
2.2.2 两轮差速驱动方式 26
2.2.3 前轮操舵、前轮驱动方式 32
2.2.4 前轮操舵、带有差动结构的后轮驱动方式 36
2.2.54 轮独立操舵、2轮独立驱动方式 38
2.2.6 麦克纳姆轮驱动方式 40
2.3 按照用途进行的分类与移动机器人的实例 43
第3章 直流电机及其控制技术 49
3.1 直流电机的工作原理与结构 51
3.2 直流电机的基本特性 51
3.3 电流控制 54
3.4 速度控制 58
第4章 控制理论概述 63
4.1 状态反馈控制 65
4.2 补偿极限型控制 70
4.3 多重反馈控制 74
第5章 移动机器人控制技术基础知识 77
5.1 目标路径与移动机器人控制的评价指标 79
5.2 目标路径与目标点 83
5.3 对目标点的定位控制 88
5.3.1 基于线性理论的定位控制与课题 88
5.3.2 实现*短时间控制与高速响应控制的范围 99
5.3.3 蠕变速度定位控制 103
5.4 对应于直线目标路径的路径跟踪控制 110
5.4.1 利用磁传感器的检测值进行控制 111
5.4.2 利用移动机器人与目标路径的距离和角度进行控制 119
5.4.3 利用移动机器人与目标路径的距离、角度和角速度进行控制 124
第6章 SLAM技术概述 127
6.1 SLAM技术的原理 129
6.2 内置传感器与外置传感器 134
6.3 扫描匹配 138
6.4 SLAM技术的运用方法 141
6.5 单纯依靠激光扫描仪实现地图生成和同步定位的方法 141
6.5.1 系统结构 142
6.5.2 高速运算方法 143
6.5.3 地图生成功能 145
6.5.4 同步定位 147
6.5.5 激光测位系统的技术指标与特征 149
第7章 用SLAM技术构建自主移动机器人控制系统 151
7.1 使用AGV组件的自主移动机器人系统 153
7.1.1 AGV组件的结构 153
7.1.2 采用AGV组件的系统结构 159
7.1.3 沿直线路径往返 160
7.1.4 沿环状路径前进的方法 168
7.1.5 沿有分支的路径前进和后退 175
7.2 紧盯着移动轨迹的自主移动机器人系统 182
7.2.1 系统构建的方法 183
7.2.2 使用曲率的路径跟踪控制方式 184
7.2.3 系统结构 190
7.2.4 移动控制特性 196
参考文献 207
跋 209