目錄
第1章 緒論 1
1.1 機(jī)器人學(xué)的起源與發(fā)展 1
1.1.1 機(jī)器人學(xué)的起源 1
1.1.2 現(xiàn)代機(jī)器人 1
1.2 機(jī)器人的定義、構(gòu)成和應(yīng)用 8
1.2.1 機(jī)器人的定義 8
1.2.2 機(jī)器人的構(gòu)成與分類 9
1.2.3 機(jī)器人的應(yīng)用場景 12
1.3 智能機(jī)器人的要素及其技術(shù)框架 18
1.3.1 智能機(jī)器人信息系統(tǒng) 21
1.3.2 智能機(jī)器人集群及組網(wǎng)方法 23
1.4 機(jī)器人的未來發(fā)展展望 24
1.5 本書的宗旨和結(jié)構(gòu)安排 28
1.6 習(xí)題 29
第2章 智能機(jī)器人信息感知概述 31
2.1 智能機(jī)器人信息感知系統(tǒng)架構(gòu) 31
2.2 機(jī)器人信息感知方式 35
2.2.1 機(jī)器人傳感器分類 35
2.2.2 傳感器常見類型 37
2.2.3 機(jī)器人傳感器的部署 39
2.3 機(jī)器人信息感知性能指標(biāo) 41
2.3.1 機(jī)器人傳感器的指標(biāo)參數(shù) 41
2.3.2 機(jī)器人傳感器的性能要求 44
2.4 本章小結(jié) 45
2.5 習(xí)題 45
第3章 智能機(jī)器人內(nèi)部傳感器 46
3.1 距離與位置檢測傳感器 46
3.1.1 聲波測距 47
3.1.2 紅外測距 48
3.1.3 激光測距 48
3.1.4 旋轉(zhuǎn)編碼器測距 50
3.1.5 電磁波測距 52
3.1.6 距離與位置檢測傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用 53
3.2 姿態(tài)檢測傳感器 53
iv 智能機(jī)器人信息系統(tǒng)與集群組網(wǎng)
3.2.1 電子羅盤 54
3.2.2 加速度傳感器 55
3.2.3 傾角傳感器 58
3.2.4 陀螺儀 59
3.2.5 姿態(tài)檢測傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用 62
3.3 內(nèi)部狀態(tài)檢測傳感器 63
3.3.1 溫度傳感器 63
3.3.2 電路狀態(tài)傳感器 63
3.3.3 機(jī)器人心跳信號 63
3.4 本章小結(jié) 64
3.5 習(xí)題 64
第4章 智能機(jī)器人外部傳感器 65
4.1 觸覺傳感器 65
4.1.1 觸覺傳感器的基本原理 65
4.1.2 觸覺傳感器的分類 66
4.1.3 觸覺傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用 69
4.2 力覺傳感器 71
4.2.1 力覺傳感器的基本原理 72
4.2.2 力覺傳感器的分類 75
4.2.3 力覺傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用 76
4.3 滑覺傳感器 77
4.3.1 滑覺傳感器的基本原理 78
4.3.2 滑覺傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用 80
4.4 接近覺傳感器 81
4.4.1 測距式接近覺傳感器 82
4.4.2 感應(yīng)式接近覺傳感器 85
4.4.3 接近覺傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用 88
4.5 視覺傳感器 89
4.5.1 視覺傳感器的基本原理 89
4.5.2 光學(xué)攝像頭 89
4.5.3 紅外攝像頭 90
4.5.4 激光雷達(dá) 90
4.5.5 視覺傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用 91
4.6 聽覺傳感器 94
4.6.1 聽覺傳感器的基本原理 94
4.6.2 聽覺傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用 95
4.7 嗅覺傳感器 96
4.7.1 嗅覺傳感器的基本原理 96
4.7.2 嗅覺傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用 97
4.8 本章小結(jié) 98
4.9 習(xí)題 98
第5章 智能機(jī)器人視覺系統(tǒng) 99
5.1 機(jī)器人視覺基本理論 99
5.1.1 機(jī)器人視覺的定義 100
5.1.2 機(jī)器人視覺系統(tǒng)的組成及功能 101
5.1.3 機(jī)器人視覺感知的主要流程 103
5.1.4 機(jī)器人視覺算法的基本原理 104
5.2 視覺檢測系統(tǒng) 112
5.2.1 視覺檢測概述 112
5.2.2 兩階段目標(biāo)檢測算法 113
5.2.3 YOLO算法 118
5.3 視覺跟蹤系統(tǒng) 119
5.3.1 視覺跟蹤系統(tǒng)概述 119
5.3.2 視覺跟蹤系統(tǒng)的組成 119
5.3.3 視覺跟蹤的關(guān)鍵技術(shù) 121
5.4 智能視覺感知典型應(yīng)用 126
5.4.1 產(chǎn)品分揀 126
5.4.2 定位引導(dǎo) 127
5.4.3 Tesla AutoPilot純視覺方案 128
5.5 本章小結(jié) 129
5.6 習(xí)題 129
第6章 智能機(jī)器人定位導(dǎo)航系統(tǒng) 130
6.1 機(jī)器人定位導(dǎo)航系統(tǒng)概述 130
6.1.1 定位 131
6.1.2 環(huán)境建模 132
6.1.3 路徑規(guī)劃 135
6.2 慣性導(dǎo)航系統(tǒng) 137
6.2.1 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理 137
6.2.2 平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及原理 139
6.2.3 捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及原理 139
6.2.4 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用 140
6.3 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 141
6.3.1 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理 141
6.3.2 GPS 系統(tǒng) 141
6.3.3 GLONASS系統(tǒng) 145
6.3.4 GALILEO系統(tǒng) 147
6.3.5 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 148
vi 智能機(jī)器人信息系統(tǒng)與集群組網(wǎng)
6.3.6 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用 149
6.4 視覺SLAM導(dǎo)航系統(tǒng) 150
6.4.1 視覺SLAM導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理 151
6.4.2 視覺SLAM導(dǎo)航系統(tǒng)的組成 152
6.5 本章小結(jié) 154
6.6 習(xí)題 154
第7章 機(jī)器人多傳感器信息融合處理 155
7.1 機(jī)器人多傳感器信息融合的基本理論 155
7.1.1 多傳感器信息融合概述 155
7.1.2 多傳感器信息融合的基本原理 157
7.1.3 多傳感器信息融合的結(jié)構(gòu) 157
7.2 多傳感器信息融合典型算法 159
7.2.1 證據(jù)理論融合算法 161
7.2.2 模糊理論融合算法 164
7.2.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合算法 165
7.3 多模態(tài)信息融合 167
7.3.1 多模態(tài)信息融合的基本原理 168
7.3.2 視-觸模態(tài)融合 169
7.3.3 視-聽模態(tài)融合 171
7.3.4 視-聽-觸模態(tài)融合 172
7.4 多傳感器信息融合的應(yīng)用 174
7.4.1 自動駕駛中的融合定位定姿 174
7.4.2 多模態(tài)人機(jī)交互 175
7.5 本章小結(jié) 177
7.6 習(xí)題 178
第8章 智能機(jī)器人集群概述 179
8.1 機(jī)器人集群的發(fā)展及現(xiàn)狀 179
8.1.1 機(jī)器人集群的起源與發(fā)展 179
8.1.2 機(jī)器人集群的發(fā)展現(xiàn)狀及其應(yīng)用 180
8.2 機(jī)器人集群通信及組網(wǎng) 185
8.2.1 機(jī)器人之間的通信 185
8.2.2 機(jī)器人集群組網(wǎng) 186
8.2.3 機(jī)器人集群組網(wǎng)需求及組網(wǎng)方式 188
8.3 群體智能與機(jī)器人集群的智能化 191
8.3.1 群體智能的概念 191
8.3.2 實(shí)現(xiàn)機(jī)器人集群智能化的方法 192
8.3.3 智能機(jī)器人集群中的協(xié)同、規(guī)劃與控制 194
8.4 本章小結(jié) 198
8.5 習(xí)題 198
第9章 智能機(jī)器人集群有中心組網(wǎng)方法 199
9.1 智能機(jī)器人集群有中心組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 199
9.2 基于蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人集群組網(wǎng) 201
9.2.1 蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢 201
9.2.2 基于5G的智能機(jī)器人集群的架構(gòu)、應(yīng)用及關(guān)鍵能力需求 204
9.3 基于Wi-Fi的集群組網(wǎng) 213
9.3.1 局域網(wǎng)的發(fā)展歷史 214
9.3.2 常見Wi-Fi集群組網(wǎng)架構(gòu) 214
9.3.3 基于Wi-Fi的機(jī)器人集群網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、能力及應(yīng)用場景 218
9.4 有中心的智能機(jī)器人集群規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù) 221
9.4.1 智能機(jī)器人集群任務(wù)分配問題數(shù)學(xué)模型 221
9.4.2 智能機(jī)器人集群路徑規(guī)劃問題數(shù)學(xué)模型 223
9.5 有中心機(jī)器人集群智能化關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用 225
9.5.1 有中心機(jī)器人集群智能化關(guān)鍵技術(shù) 225
9.5.2 基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的有中心智能機(jī)器人集群路徑規(guī)劃 227
9.6 本章小結(jié) 229
9.7 習(xí)題 229
第10章 智能機(jī)器人集群無中心組網(wǎng)方法 230
10.1 自組網(wǎng)的基本概念與發(fā)展歷史 230
10.1.1 自組網(wǎng)的基本概念 230
10.1.2 基于自組網(wǎng)的機(jī)器人集群發(fā)展歷史 231
10.2 基于自組網(wǎng)的機(jī)器人集群組網(wǎng)方式 234
10.2.1 機(jī)器人自組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?234
10.2.2 機(jī)器人集群的編隊(duì)控制方法 237
10.3 基于自組網(wǎng)的機(jī)器人集群關(guān)鍵技術(shù) 239
10.4 基于自組網(wǎng)的機(jī)器人集群的智能化 243
10.5 本章小結(jié) 248
10.6 習(xí)題 248
參考文獻(xiàn) 250