移動(dòng)機(jī)器人是機(jī)器人的一個(gè)重要分支。移動(dòng)機(jī)器人具備優(yōu)良的穩(wěn)定性和快速移動(dòng)能力等優(yōu)點(diǎn)，適用于對(duì)機(jī)動(dòng)性和負(fù)載能力有一定要求的場(chǎng)合。輪式機(jī)器人作為移動(dòng)機(jī)器人的一種，將更廣泛地應(yīng)用到工業(yè)制造及物流運(yùn)輸?shù)葓?chǎng)景中，成為節(jié)省人力成本、提高生產(chǎn)運(yùn)輸效率、完成特殊環(huán)境工作的必不可少的核心力量。
智能平衡移動(dòng)機(jī)器人，由于結(jié)構(gòu)輕便、靈活、零轉(zhuǎn)彎半徑等方面的特點(diǎn)，在以上領(lǐng)域?qū)⒏�具�?yōu)勢(shì)。以此為基礎(chǔ)的輪式機(jī)器人平臺(tái)，將成為未來一段時(shí)間的研究熱點(diǎn)。該平臺(tái)的通用性與可拓展性可以為智能平衡移動(dòng)機(jī)器人賦予更多的功能和應(yīng)用場(chǎng)合，促進(jìn)其進(jìn)一步的研究與擴(kuò)展，同時(shí)其控制理論與開發(fā)方法在類似移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的設(shè)計(jì)過程中也具有拓展性和參考價(jià)值。
智能平衡移動(dòng)機(jī)器人的研究與應(yīng)用是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，同時(shí)也具有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。但以往關(guān)于平衡移動(dòng)機(jī)器人的書籍往往存在兩種傾向： 一種是過于偏重理論推導(dǎo)和分析，與實(shí)際的工程實(shí)踐與應(yīng)用相脫節(jié)，難以引起讀者(特別是初學(xué)者)的興趣； 另一種基本上是用戶使用說明書，讀者難以理解各種操作背后的理論知識(shí)，從而無法使其對(duì)智能平衡移動(dòng)機(jī)器人的控制進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。
本書緊扣讀者需求，采用循序漸進(jìn)的敘述方式，深入淺出地論述了智能平衡移動(dòng)機(jī)器人的熱點(diǎn)問題、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用實(shí)例和解決方案。此外，本書還分享了大量的程序源代碼并附有詳細(xì)的注解以及仿真模型搭建過程，有助于讀者加深對(duì)智能平衡移動(dòng)機(jī)器人控制相關(guān)原理的理解。
一、 內(nèi)容特色
與同類書籍相比，本書有如下特色。
1. 例程豐富，內(nèi)容翔實(shí)
本書提供了多個(gè)應(yīng)用案例，這些應(yīng)用案例由淺入深可分為3部分： 基礎(chǔ)外設(shè)應(yīng)用、基于智能平衡移動(dòng)機(jī)器人模塊的外設(shè)應(yīng)用、基于智能平衡移動(dòng)機(jī)器人的綜合應(yīng)用，這3部分應(yīng)用構(gòu)成了由淺入深的學(xué)習(xí)階梯，便于讀者一步一步達(dá)到終的學(xué)習(xí)目標(biāo)。此外，本書還提供了從零基礎(chǔ)入門的ADC、TIM1~4、UART1~2、IIC、GPIO、SPI、SWD、EXTI的實(shí)驗(yàn)案例，以及平衡移動(dòng)機(jī)器人的控制案例，融合多種傳感器、伺服電機(jī)、顯示屏、電池、計(jì)算機(jī)軟件監(jiān)控、PID控制算法，使讀者能更好、更系統(tǒng)地掌握單片機(jī)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，而不是孤立的一個(gè)程序。本書所提供的編程思想、經(jīng)驗(yàn)技巧，也可為讀者采用其他機(jī)器人進(jìn)行編程控制提供借鑒。
2. 原理透徹，注重應(yīng)用
將理論和實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合是進(jìn)行智能平衡移動(dòng)機(jī)器人研究和應(yīng)用成功的關(guān)鍵。本書將智能平衡移動(dòng)機(jī)器人控制的相關(guān)理論在硬件和軟件方面進(jìn)行了詳細(xì)的敘述和透徹的分析，既體現(xiàn)了各知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，又兼顧了其漸進(jìn)性。在本書第5、6、7章中詳細(xì)介紹了智能平衡移動(dòng)機(jī)器人的基礎(chǔ)應(yīng)用、進(jìn)階應(yīng)用和綜合應(yīng)用等多個(gè)應(yīng)用實(shí)例，這些實(shí)例不但可以加深讀者對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，而且也展現(xiàn)了智能平衡移動(dòng)機(jī)器人研究和應(yīng)用的研究熱點(diǎn)。本書真正體現(xiàn)了理論聯(lián)系實(shí)際的理念，使讀者能夠體會(huì)到學(xué)以致用的樂趣。
多樣化、實(shí)用化、詳細(xì)化是本書介紹的實(shí)例的特點(diǎn)。本書講解的實(shí)例涉及單片機(jī)、C語言編程、建模仿真、電動(dòng)機(jī)技術(shù)、傳感器與檢測(cè)技術(shù)、理論力學(xué)、MATLAB、信號(hào)與系統(tǒng)等多個(gè)方面，既有經(jīng)典實(shí)例（如，利用GPIO點(diǎn)亮一個(gè)LED燈），又有拓展實(shí)例（如，利用eCAP模塊結(jié)合智能平衡移動(dòng)機(jī)器人的超聲波模塊HC�睸R04進(jìn)行距離檢測(cè)），既體現(xiàn)智能平衡移動(dòng)機(jī)器人的基礎(chǔ)知識(shí)（如，基礎(chǔ)平衡控制系統(tǒng)框架搭建），又體現(xiàn)創(chuàng)新融合（如，利用紅外循跡模塊完成移動(dòng)機(jī)器人循跡運(yùn)動(dòng)）。
3. 傳承經(jīng)典，突出前沿
本書提供了MBD工程開發(fā)方法： 融合建模、仿真、實(shí)時(shí)控制、自動(dòng)代碼生成、硬件在環(huán)仿真、快速控制原型技術(shù)。MBD在降低產(chǎn)品成本、提高生產(chǎn)效率等多方面有著巨大的優(yōu)勢(shì)。此外,書中提供的眾多實(shí)例都基于MBD進(jìn)行開發(fā)，非常有助于提升讀者的科研能力。
4. 圖文并茂，語言生動(dòng)
為了更加便于讀者理解知識(shí)要點(diǎn)，本書配備了大量模型搭建過程截圖，以便提升讀者的興趣，加深對(duì)相關(guān)理論的理解。在文字?jǐn)⑹錾�，本書摒棄了枯燥的平鋪直敘，采用案例與問題引導(dǎo)式，有助于讀者對(duì)原理的進(jìn)一步理解。

二、 結(jié)構(gòu)安排
本書主要介紹智能平衡移動(dòng)機(jī)器人控制的相關(guān)知識(shí)，共分為7章。全書的體系框架由甄圣超老師提出，全文由甄圣超老師修改審定。
�r 第1章介紹了智能平衡移動(dòng)機(jī)器人的背景、優(yōu)勢(shì)以及平臺(tái)簡(jiǎn)介。
�r 第2章介紹了智能平衡移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的搭建以及軟件的安裝和應(yīng)用。
�r 第3章介紹了智能平衡移動(dòng)機(jī)器人的硬件電路接口、主控制板電路、電源管理電路、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)H橋電路、傳感器和外設(shè)模塊的原理和設(shè)計(jì)。
�r 第4章介紹了智能平衡移動(dòng)機(jī)器人所用的數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F28069的特點(diǎn)和引腳與功能的數(shù)字控制系統(tǒng)，并對(duì)控制系統(tǒng)和系統(tǒng)控制器進(jìn)行理論分析。
�r 第5章介紹了智能平衡移動(dòng)機(jī)器人芯片TMS320F28069內(nèi)外設(shè)的使用原理，并以基礎(chǔ)應(yīng)用為例結(jié)合MATLAB/Simulink實(shí)現(xiàn)芯片外設(shè)的模型搭建及自動(dòng)代碼生成。
�r 第6章介紹了進(jìn)階應(yīng)用的相關(guān)MATLAB/Simulink模型搭建與仿真。
�r 第7章介紹了智能平衡移動(dòng)機(jī)器人平衡控制和紅外循跡的基本原理，以及相關(guān)的MATLAB/Simulink的仿真實(shí)驗(yàn)，包括直立環(huán)和速度環(huán)的直立控制、紅外循跡應(yīng)用等。
三、 配套資源
�r 教學(xué)課件、工程文件、教學(xué)大綱等資料，關(guān)注人工智能科學(xué)與技術(shù)微信公眾號(hào)，在知識(shí)資源下載配書資源菜單獲取下載鏈接（也可以到清華大學(xué)出版社網(wǎng)站本書頁(yè)面下載）。
�r 微課視頻（25集，共220分鐘），掃描書中各章節(jié)對(duì)應(yīng)位置的二維碼觀看。
四、 讀者對(duì)象
�r 對(duì)智能平衡移動(dòng)機(jī)器人感興趣的讀者。
�r 機(jī)械工程、電氣自動(dòng)化、電子信息、計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的本科生、研究生。
�r 相關(guān)工程技術(shù)人員。

五、 致謝
在本書的編寫過程中，得到了很多同學(xué)、同事的幫助，包括馬牧村、吳趕明、黎秀玉、郝軍艦、王君、張猛、權(quán)海銘、段漢松、陳現(xiàn)敏、袁增武、陳喬、王強(qiáng)、章亮、李家旺等，感謝他們的參與。
同時(shí)，本書的撰寫也得到了清華大學(xué)出版社的支持，大到全書的架構(gòu)，小到文字的推敲，清華大學(xué)出版社工作人員給予了我們極大的幫助，從而使本書的質(zhì)量有了極大的提升。
限于編者的水平和經(jīng)驗(yàn)，疏漏或者錯(cuò)誤之處在所難免，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正，聯(lián)系郵箱見配套資源中。
編者2022年1月