移动机器人仿真：基于Webots软件的分析与实践 / 普通高等教育机器人工程专业系列教材
定价：￥59.00
作者： 张新征，张建芬，孙单勋
出版时间：2026-05-18
出版社：机械工业出版社
- 机械工业出版社
- 9787111803706
- 1-1
- 2026-05-18
- 307
内容简介
本书围绕移动机器人的运动机构、传感器和自主移动行为等方面，由浅入深地介绍了利用Webots仿真软件设计运动机构、控制自主行为的实现方法，涵盖了熟练应用Webots软件进行移动机器人快速开发的核心内容。本书提供了丰富的示例和图表并配以实操视频，以帮助读者更好地理解和应用所学的内容；并为授课教师提供了所有示例的工程文档，以方便指导学生时作为参考。除第1章外，每章还包含实验内容与要求，可配合中国大学MOOC“自主移动机器人”课程，以方便教师合理安排实验课进度。
本书既可作为高等院校自动化、人工智能、机器人工程、计算机等相关专业高年级本科生或研究生的教材，也可供相关领域的研究人员和工程技术人员参考。
本书既可作为高等院校自动化、人工智能、机器人工程、计算机等相关专业高年级本科生或研究生的教材，也可供相关领域的研究人员和工程技术人员参考。
目录
第1章 认识Webots 1
1.1 机器人仿真软件的发展 1
1.2 Webots概述 3
1.3 Webots的安装 4
1.3.1 选择什么版本 4
1.3.2 系统需求与安装步骤 5
1.3.3 注意事项 8
1.4 怎样高效学习Webots 11
第2章 Webots基本操作 12
2.1 启动Webots 12
2.2 用户界面 13
2.2.1 文件（File）菜单 13
2.2.2 编辑（Edit）菜单 15
2.2.3 视图（View）菜单 15
2.2.4 仿真（Simulation）菜单 18
2.2.5 生成（Build）菜单 19
2.2.6 图层（Overlays）菜单 20
2.2.7 工具（Tools）菜单 20
2.2.8 向导（Wizards）菜单 21
2.2.9 帮助（Help）菜单 21
2.2.10 速度计与虚拟时间 22
2.3 3D窗体操作 22
2.3.1 选择物体 22
2.3.2 场景导航 23
2.3.3 移动物体 23
2.3.4 在物体上施加物理属性 24
2.3.5 调整和移动图层 24
2.4 场景树与属性编辑器 26
2.4.1 场景树 26
2.4.2 字段（Field）编辑器 26
2.5 控制台 27
2.5.1 选项菜单 27
2.5.2 多控制台 28
2.6 首选项 28
2.6.1 常规（General）选项卡 28
2.6.2 开放图形库（OpenGL）选项卡 29
2.6.3 网络代理（Network Proxy）
选项卡 30
2.7 Webots软件操作实验内容与
要求 30
第3章 牛刀小试：第一个Webots
工程 32
3.1 开发环境介绍 32
3.1.1 标准文件结构 32
3.1.2 编程语言设定 33
3.1.3 开发环境配置 34
3.2 仿真1：e-puck机器人运动 38
3.3 仿真2：让e-puck运动的环境更
丰富 41
3.4 仿真3：让e-puck运动更灵活 48
3.5 Webots创建工程项目实验内容与
要求 51
第4章 轮式移动机器人运动学 53
4.1 轮式移动机器人运动学概述 53
4.1.1 基本运动部件 53
4.1.2 运动学建模 54
4.2 仿真1：三轮差分移动机器人
运动学建模 58
4.3 仿真2：三轮差分移动机器人
高级运动控制 68
4.4 运动学实验内容与要求 70
第5章 地图创建（Mapping） 71
5.1 地图创建概述 71
5.2 二维栅格地图的创建方法 72
5.3 特征地图的创建方法 75
5.4 仿真1：创建二维栅格地图 79
5.5 仿真2：创建线段特征地图 88
5.6 地图创建实验内容与要求 91
第6章 路径规划 93
6.1 路径规划概述 93
6.1.1 位形空间 94
6.1.2 空间完备性划分 95
6.2 路径规划算法 96
6.2.1 Dijkstra算法 96
6.2.2 A*算法 99
6.2.3 人工势场法 101
6.3 仿真1：利用Dijkstra算法实施
路径规划 102
6.4 仿真2：利用A*算法实施路径
规划 111
6.5 仿真3：利用人工势场法实施
路径规划 116
6.6 路径规划实验内容与要求 121
第7章 避障规划 123
7.1 避障规划概述 123
7.2 避障规划算法 123
7.2.1 Bug算法 124
7.2.2 向量势直方图（VFH）算法 128
7.2.3 动态窗口算法（DWA） 132
7.3 仿真1：利用Bug算法实施避障
规划 135
7.4 仿真2：利用VFH算法实施避障
规划 144
7.5 仿真3：利用DWA实施避障
规划 149
7.6 避障规划实验内容与要求 157
第8章 轨迹规划 158
8.1 轨迹规划概述 158
8.2 反馈控制法 159
8.3 仿真：利用反馈控制法实施轨迹
规划 162
8.4 轨迹规划实验内容与要求 167
第9章 机器人定位（Localization） 169
9.1 机器人定位概述 169
9.2 航位推算法（里程计模型） 170
9.3 基于概率的定位框架 171
9.4 仿真1：航位推算法（里程计
模型）实现定位 176
9.5 仿真2：扩展卡尔曼滤波定位
（EKF定位） 181
9.6 机器人定位实验内容与要求 182
第10章 同时定位与地图构建
（SLAM） 184
10.1 SLAM概述 184
10.2 EKF-SLAM算法 186
10.3 仿真：实现EKF-SLAM
过程 190
10.4 机器人定位实验内容与要求 190
附录 Webots常用网络资源 192
参考文献 193
1.1 机器人仿真软件的发展 1
1.2 Webots概述 3
1.3 Webots的安装 4
1.3.1 选择什么版本 4
1.3.2 系统需求与安装步骤 5
1.3.3 注意事项 8
1.4 怎样高效学习Webots 11
第2章 Webots基本操作 12
2.1 启动Webots 12
2.2 用户界面 13
2.2.1 文件（File）菜单 13
2.2.2 编辑（Edit）菜单 15
2.2.3 视图（View）菜单 15
2.2.4 仿真（Simulation）菜单 18
2.2.5 生成（Build）菜单 19
2.2.6 图层（Overlays）菜单 20
2.2.7 工具（Tools）菜单 20
2.2.8 向导（Wizards）菜单 21
2.2.9 帮助（Help）菜单 21
2.2.10 速度计与虚拟时间 22
2.3 3D窗体操作 22
2.3.1 选择物体 22
2.3.2 场景导航 23
2.3.3 移动物体 23
2.3.4 在物体上施加物理属性 24
2.3.5 调整和移动图层 24
2.4 场景树与属性编辑器 26
2.4.1 场景树 26
2.4.2 字段（Field）编辑器 26
2.5 控制台 27
2.5.1 选项菜单 27
2.5.2 多控制台 28
2.6 首选项 28
2.6.1 常规（General）选项卡 28
2.6.2 开放图形库（OpenGL）选项卡 29
2.6.3 网络代理（Network Proxy）
选项卡 30
2.7 Webots软件操作实验内容与
要求 30
第3章 牛刀小试：第一个Webots
工程 32
3.1 开发环境介绍 32
3.1.1 标准文件结构 32
3.1.2 编程语言设定 33
3.1.3 开发环境配置 34
3.2 仿真1：e-puck机器人运动 38
3.3 仿真2：让e-puck运动的环境更
丰富 41
3.4 仿真3：让e-puck运动更灵活 48
3.5 Webots创建工程项目实验内容与
要求 51
第4章 轮式移动机器人运动学 53
4.1 轮式移动机器人运动学概述 53
4.1.1 基本运动部件 53
4.1.2 运动学建模 54
4.2 仿真1：三轮差分移动机器人
运动学建模 58
4.3 仿真2：三轮差分移动机器人
高级运动控制 68
4.4 运动学实验内容与要求 70
第5章 地图创建（Mapping） 71
5.1 地图创建概述 71
5.2 二维栅格地图的创建方法 72
5.3 特征地图的创建方法 75
5.4 仿真1：创建二维栅格地图 79
5.5 仿真2：创建线段特征地图 88
5.6 地图创建实验内容与要求 91
第6章 路径规划 93
6.1 路径规划概述 93
6.1.1 位形空间 94
6.1.2 空间完备性划分 95
6.2 路径规划算法 96
6.2.1 Dijkstra算法 96
6.2.2 A*算法 99
6.2.3 人工势场法 101
6.3 仿真1：利用Dijkstra算法实施
路径规划 102
6.4 仿真2：利用A*算法实施路径
规划 111
6.5 仿真3：利用人工势场法实施
路径规划 116
6.6 路径规划实验内容与要求 121
第7章 避障规划 123
7.1 避障规划概述 123
7.2 避障规划算法 123
7.2.1 Bug算法 124
7.2.2 向量势直方图（VFH）算法 128
7.2.3 动态窗口算法（DWA） 132
7.3 仿真1：利用Bug算法实施避障
规划 135
7.4 仿真2：利用VFH算法实施避障
规划 144
7.5 仿真3：利用DWA实施避障
规划 149
7.6 避障规划实验内容与要求 157
第8章 轨迹规划 158
8.1 轨迹规划概述 158
8.2 反馈控制法 159
8.3 仿真：利用反馈控制法实施轨迹
规划 162
8.4 轨迹规划实验内容与要求 167
第9章 机器人定位（Localization） 169
9.1 机器人定位概述 169
9.2 航位推算法（里程计模型） 170
9.3 基于概率的定位框架 171
9.4 仿真1：航位推算法（里程计
模型）实现定位 176
9.5 仿真2：扩展卡尔曼滤波定位
（EKF定位） 181
9.6 机器人定位实验内容与要求 182
第10章 同时定位与地图构建
（SLAM） 184
10.1 SLAM概述 184
10.2 EKF-SLAM算法 186
10.3 仿真：实现EKF-SLAM
过程 190
10.4 机器人定位实验内容与要求 190
附录 Webots常用网络资源 192
参考文献 193
