机器人技术与智能系统

第1章　绪论 1
　1.1　机器人的产生与发展 1
　　1.1.1　机器人的由来 1
　　1.1.2　现代机器人的发展史 2
　　1.1.3　我国机器人发展现状 3
　　1.1.4　机器人发展相关政策 4
　1.2　机器人的定义 5
　1.3　机器人的分类 6
　1.4　机器人关键技术 10
　　1.4.1　感知与学习 10
　　1.4.2　规划与决策 11
　　1.4.3　动力学与控制 11
　　1.4.4　人机交互 12
　1.5　机器人系统的设计方法 13
　1.6　机器人的应用 14
　　1.6.1　工业应用 14
　　1.6.2　无人驾驶 15
　　1.6.3　室内服务 15
　　1.6.4　物流运输 17
　　1.6.5　极端环境 17
　　1.6.6　军事应用 19
　　1.6.7　医疗应用 20
　　1.6.8　灾难救援 21
　　1.6.9　机器人大赛 22

第2章　机器人的机械结构 24
　2.1　机器人的基本组成 24
　　2.1.1　机构 24
　　2.1.2　驱动系统 24
　　2.1.3　感受系统 24
　　2.1.4　控制系统 26
　　2.1.5　人机交互系统 27
　　2.1.6　机器人-环境交互系统 27
　2.2　机器人的技术参数 27
　2.3　机器人的移动机构 31
　　2.3.1　车轮式移动机构 31
　　2.3.2　履带式移动机构 34
　　2.3.3　腿足式移动机构 36
　　2.3.4　其他形式的移动机构 36
　2.4　机器人的传动机构 37
　　2.4.1　丝杠传动机构 37
　　2.4.2　带传动与链传动机构 37
　　2.4.3　齿轮传动机构 38
　　2.4.4　谐波传动机构 41
　　2.4.5　凸轮与连杆传动机构 42
　2.5　机器人的位姿问题 43
　　2.5.1　机器人坐标系 43
　　2.5.2　圆柱坐标式主体机构位姿问题举例 44
　　2.5.3　球坐标式主体机构位姿问题举例 45

第3章　机器人的驱动系统 47
　3.1　机器人的驱动方式 47
　　3.1.1　机器人驱动方式 47
　　3.1.2　驱动系统的性能 48
　3.2　液压与气压驱动系统 49
　3.3　电气驱动系统 51
　3.4　新型驱动器 53
　　3.4.1　微型致动器 53
　　3.4.2　RC伺服电机 55
　　3.4.3　ER/MR流体 58
　　3.4.4　人工肌肉、高分子致动器 60

第4章　机器人的传感器系统 64
　4.1　机器人常用传感器 64
　　4.1.1　机器人需要的感觉能力 64
　　4.1.2　机器人传感器的分类 66
　4.2　机器人传感器的要求与选择 66
　4.3　常用机器人内部传感器 67
　　4.3.1　机器人的位置检测传感器 67
　　4.3.2　机器人的运动检测传感器 69
　4.4　常用机器人外部传感器 74
　　4.4.1　机器人触觉传感器 74
　　4.4.2　机器人接近觉传感器 77
　　4.4.3　测距仪 79
　　4.4.4　机器人力觉传感器 82
　　4.4.5　机器人滑觉传感器 84
　　4.4.6　机器人视觉传感器 86
　　4.4.7　味觉与嗅觉传感器 88
　　4.4.8　GPS与GNSS 90
　4.5　多传感器信息融合 92

第5章　机器人的控制系统 95
　5.1　控制系统概述 95
　　5.1.1　机器人控制系统的基本功能 95
　　5.1.2　机器人控制系统的组成 95
　　5.1.3　机器人控制的主要技术 96
　　5.1.4　工业机器人控制的特点 98
　5.2　工业机器人控制的分类 99
　　5.2.1　位置控制方式 99
　　5.2.2　速度控制方式 99
　　5.2.3　力（力矩）控制方式 100
　5.3　工业机器人的位置控制 100
　5.4　工业机器人的运动轨迹控制 100
　　5.4.1　路径和轨迹 101
　　5.4.2　轨迹规划 101
　5.5　机器人动作 104
　　5.5.1　二足步行 104
　　5.5.2　被动步行与基于动态控制 106
　　5.5.3　机器学习与统计决定行动 107
　　5.5.4　运动规划 110
　5.6　机器人知觉 113
　　5.6.1　同步定位与建图 113
　　5.6.2　动作识别理解 115
　　5.6.3　人脸识别 117
　　5.6.4　粒子滤波器 120
　　5.6.5　动作捕捉 123
　5.7　机器人软件 125

第6章　机器人的设计与应用 130
　6.1　焊接机器人 130
　6.2　装配机器人 135
　6.3　喷漆机器人 138
　6.4　移动式搬运机器人 141
　6.5　医疗机器人 144
　6.6　看护机器人 146
　6.7　救援机器人 147
　6.8　建筑机器人 149
　6.9　洁净与真空机器人 151
　6.10　清洁机器人 154
　6.11　农业机器人 156
　6.12　太空机器人 158
　6.13　个人交通工具 160
　6.14　水下机器人 162
　6.15　无人飞行器 163
　6.16　机器人产业链 165
　6.17　机器人工作站的设计与应用 170

第7章　机器人新技术与系统 179
　7.1　机器人认知与心理学 179
　　7.1.1　认知发展机器人学 179
　　7.1.2　机器人的心理学 180
　7.2　机器人生物学与仿生技术 182
　　7.2.1　分子机器人学 182
　　7.2.2　生物体与机器人的融合 185
　　7.2.3　仿生学 186
　　7.2.4　仿人机器人 187
　　7.2.5　人体辅助技术 188
　　7.2.6　强化服 190
　　7.2.7　软体机器人 192
　7.3　机器人感触控制技术 193
　　7.3.1　认知型BMI下的外部机器控制系统 193
　　7.3.2　机器人听觉 193
　　7.3.3　触觉反馈装置 195
　7.4　机器人交互沟通控制技术 197
　　7.4.1　沟通型机器人 197
　　7.4.2　数字人技术 200
　　7.4.3　双子机器人 202
　　7.4.4　人机交互技术 203
　7.5　机器人其他技术 205
　　7.5.1　并联机构 205
　　7.5.2　操控装置与机械手 207
　　7.5.3　高速操控装置 209
　　7.5.4　微型机器人 211
　　7.5.5　智慧城市 214
　　7.5.6　机器人设计与安全技术 216

第8章　美国机器人技术发展路线图 220
　8.1　制造转型 220
　8.2　用户服务 222
　8.3　医疗保健 223
　8.4　公共安全 226
　8.5　空间探索 230
　8.6　研究路线 234

参考文献 244