移動機器人是機器人的一個重要分支。移動機器人具備優(yōu)良的穩(wěn)定性和快速移動能力等優(yōu)點，適用于對機動性和負載能力有一定要求的場合。輪式機器人作為移動機器人的一種，將更廣泛地應(yīng)用到工業(yè)制造及物流運輸?shù)葓鼍爸校�成為�?jié)省人力成本、提高生產(chǎn)運輸效率、完成特殊環(huán)境工作的必不可少的核心力量。
智能平衡移動機器人，由于結(jié)構(gòu)輕便、靈活、零轉(zhuǎn)彎半徑等方面的特點，在以上領(lǐng)域?qū)⒏�具�?yōu)勢。以此為基礎(chǔ)的輪式機器人平臺，將成為未來一段時間的研究熱點。該平臺的通用性與可拓展性可以為智能平衡移動機器人賦予更多的功能和應(yīng)用場合，促進其進一步的研究與擴展，同時其控制理論與開發(fā)方法在類似移動機器人平臺的設(shè)計過程中也具有拓展性和參考價值。
智能平衡移動機器人的研究與應(yīng)用是一門實踐性很強的學(xué)科，同時也具有堅實的理論基礎(chǔ)。但以往關(guān)于平衡移動機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，與實際的工程實踐與應(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，從而無法使其對智能平衡移動機器人的控制進行深入學(xué)習(xí)。
本書緊扣讀者需求，采用循序漸進的敘述方式，深入淺出地論述了智能平衡移動機器人的熱點問題、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用實例和解決方案。此外，本書還分享了大量的程序源代碼并附有詳細的注解以及仿真模型搭建過程，有助于讀者加深對智能平衡移動機器人控制相關(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
本書提供了多個應(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、基于智能平衡移動機器人模塊的外設(shè)應(yīng)用、基于智能平衡移動機器人的綜合應(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到終的學(xué)習(xí)目標。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的實驗案例，以及平衡移動機器人的控制案例，融合多種傳感器、伺服電機、顯示屏、電池、計算機軟件監(jiān)控、PID控制算法，使讀者能更好、更系統(tǒng)地掌握單片機技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，而不是孤立的一個程序。本書所提供的編程思想、經(jīng)驗技巧，也可為讀者采用其他機器人進行編程控制提供借鑒。
2. 原理透徹，注重應(yīng)用
將理論和實踐有機地結(jié)合是進行智能平衡移動機器人研究和應(yīng)用成功的關(guān)鍵。本書將智能平衡移動機器人控制的相關(guān)理論在硬件和軟件方面進行了詳細的敘述和透徹的分析，既體現(xiàn)了各知識點之間的聯(lián)系，又兼顧了其漸進性。在本書第5、6、7章中詳細介紹了智能平衡移動機器人的基礎(chǔ)應(yīng)用、進階應(yīng)用和綜合應(yīng)用等多個應(yīng)用實例，這些實例不但可以加深讀者對所學(xué)知識的理解，而且也展現(xiàn)了智能平衡移動機器人研究和應(yīng)用的研究熱點。本書真正體現(xiàn)了理論聯(lián)系實際的理念，使讀者能夠體會到學(xué)以致用的樂趣。
多樣化、實用化、詳細化是本書介紹的實例的特點。本書講解的實例涉及單片機、C語言編程、建模仿真、電動機技術(shù)、傳感器與檢測技術(shù)、理論力學(xué)、MATLAB、信號與系統(tǒng)等多個方面，既有經(jīng)典實例（如，利用GPIO點亮一個LED燈），又有拓展實例（如，利用eCAP模塊結(jié)合智能平衡移動機器人的超聲波模塊HC�睸R04進行距離檢測），既體現(xiàn)智能平衡移動機器人的基礎(chǔ)知識（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機器人循跡運動）。
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、實時控制、自動代碼生成、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。此外,書中提供的眾多實例都基于MBD進行開發(fā)，非常有助于提升讀者的科研能力。
4. 圖文并茂，語言生動
為了更加便于讀者理解知識要點，本書配備了大量模型搭建過程截圖，以便提升讀者的興趣，加深對相關(guān)理論的理解。在文字敘述上，本書摒棄了枯燥的平鋪直敘，采用案例與問題引導(dǎo)式，有助于讀者對原理的進一步理解。

二、 結(jié)構(gòu)安排
本書主要介紹智能平衡移動機器人控制的相關(guān)知識，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機器人的背景、優(yōu)勢以及平臺簡介。
�r 第2章介紹了智能平衡移動機器人平臺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機器人的硬件電路接口、主控制板電路、電源管理電路、電動機驅(qū)動電路、直流電動機驅(qū)動H橋電路、傳感器和外設(shè)模塊的原理和設(shè)計。
�r 第4章介紹了智能平衡移動機器人所用的數(shù)字信號處理器TMS320F28069的特點和引腳與功能的數(shù)字控制系統(tǒng)，并對控制系統(tǒng)和系統(tǒng)控制器進行理論分析。
�r 第5章介紹了智能平衡移動機器人芯片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實現(xiàn)芯片外設(shè)的模型搭建及自動代碼生成。
�r 第6章介紹了進階應(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機器人平衡控制和紅外循跡的基本原理，以及相關(guān)的MATLAB/Simulink的仿真實驗，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，在知識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)站本書頁面下載）。
�r 微課視頻（25集，共220分鐘），掃描書中各章節(jié)對應(yīng)位置的二維碼觀看。
四、 讀者對象
�r 對智能平衡移動機器人感興趣的讀者。
�r 機械工程、電氣自動化、電子信息、計算機相關(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、章亮、李家旺等，感謝他們的參與。
同時，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，疏漏或者錯誤之處在所難免，敬請讀者批評指正，聯(lián)系郵箱見配套資源中。
編者2022年1月