機器人技術與智能系統(tǒng)

第1章　緒論 1
　1.1　機器人的產生與發(fā)展 1
　　1.1.1　機器人的由來 1
　　1.1.2　現(xiàn)代機器人的發(fā)展史 2
　　1.1.3　我國機器人發(fā)展現(xiàn)狀 3
　　1.1.4　機器人發(fā)展相關政策 4
　1.2　機器人的定義 5
　1.3　機器人的分類 6
　1.4　機器人關鍵技術 10
　　1.4.1　感知與學習 10
　　1.4.2　規(guī)劃與決策 11
　　1.4.3　動力學與控制 11
　　1.4.4　人機交互 12
　1.5　機器人系統(tǒng)的設計方法 13
　1.6　機器人的應用 14
　　1.6.1　工業(yè)應用 14
　　1.6.2　無人駕駛 15
　　1.6.3　室內服務 15
　　1.6.4　物流運輸 17
　　1.6.5　極端環(huán)境 17
　　1.6.6　軍事應用 19
　　1.6.7　醫(yī)療應用 20
　　1.6.8　災難救援 21
　　1.6.9　機器人大賽 22

第2章　機器人的機械結構 24
　2.1　機器人的基本組成 24
　　2.1.1　機構 24
　　2.1.2　驅動系統(tǒng) 24
　　2.1.3　感受系統(tǒng) 24
　　2.1.4　控制系統(tǒng) 26
　　2.1.5　人機交互系統(tǒng) 27
　　2.1.6　機器人-環(huán)境交互系統(tǒng) 27
　2.2　機器人的技術參數(shù) 27
　2.3　機器人的移動機構 31
　　2.3.1　車輪式移動機構 31
　　2.3.2　履帶式移動機構 34
　　2.3.3　腿足式移動機構 36
　　2.3.4　其他形式的移動機構 36
　2.4　機器人的傳動機構 37
　　2.4.1　絲杠傳動機構 37
　　2.4.2　帶傳動與鏈傳動機構 37
　　2.4.3　齒輪傳動機構 38
　　2.4.4　諧波傳動機構 41
　　2.4.5　凸輪與連桿傳動機構 42
　2.5　機器人的位姿問題 43
　　2.5.1　機器人坐標系 43
　　2.5.2　圓柱坐標式主體機構位姿問題舉例 44
　　2.5.3　球坐標式主體機構位姿問題舉例 45

第3章　機器人的驅動系統(tǒng) 47
　3.1　機器人的驅動方式 47
　　3.1.1　機器人驅動方式 47
　　3.1.2　驅動系統(tǒng)的性能 48
　3.2　液壓與氣壓驅動系統(tǒng) 49
　3.3　電氣驅動系統(tǒng) 51
　3.4　新型驅動器 53
　　3.4.1　微型致動器 53
　　3.4.2　RC伺服電機 55
　　3.4.3　ER/MR流體 58
　　3.4.4　人工肌肉、高分子致動器 60

第4章　機器人的傳感器系統(tǒng) 64
　4.1　機器人常用傳感器 64
　　4.1.1　機器人需要的感覺能力 64
　　4.1.2　機器人傳感器的分類 66
　4.2　機器人傳感器的要求與選擇 66
　4.3　常用機器人內部傳感器 67
　　4.3.1　機器人的位置檢測傳感器 67
　　4.3.2　機器人的運動檢測傳感器 69
　4.4　常用機器人外部傳感器 74
　　4.4.1　機器人觸覺傳感器 74
　　4.4.2　機器人接近覺傳感器 77
　　4.4.3　測距儀 79
　　4.4.4　機器人力覺傳感器 82
　　4.4.5　機器人滑覺傳感器 84
　　4.4.6　機器人視覺傳感器 86
　　4.4.7　味覺與嗅覺傳感器 88
　　4.4.8　GPS與GNSS 90
　4.5　多傳感器信息融合 92

第5章　機器人的控制系統(tǒng) 95
　5.1　控制系統(tǒng)概述 95
　　5.1.1　機器人控制系統(tǒng)的基本功能 95
　　5.1.2　機器人控制系統(tǒng)的組成 95
　　5.1.3　機器人控制的主要技術 96
　　5.1.4　工業(yè)機器人控制的特點 98
　5.2　工業(yè)機器人控制的分類 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　工業(yè)機器人的位置控制 100
　5.4　工業(yè)機器人的運動軌跡控制 100
　　5.4.1　路徑和軌跡 101
　　5.4.2　軌跡規(guī)劃 101
　5.5　機器人動作 104
　　5.5.1　二足步行 104
　　5.5.2　被動步行與基于動態(tài)控制 106
　　5.5.3　機器學習與統(tǒng)計決定行動 107
　　5.5.4　運動規(guī)劃 110
　5.6　機器人知覺 113
　　5.6.1　同步定位與建圖 113
　　5.6.2　動作識別理解 115
　　5.6.3　人臉識別 117
　　5.6.4　粒子濾波器 120
　　5.6.5　動作捕捉 123
　5.7　機器人軟件 125

第6章　機器人的設計與應用 130
　6.1　焊接機器人 130
　6.2　裝配機器人 135
　6.3　噴漆機器人 138
　6.4　移動式搬運機器人 141
　6.5　醫(yī)療機器人 144
　6.6　看護機器人 146
　6.7　救援機器人 147
　6.8　建筑機器人 149
　6.9　潔凈與真空機器人 151
　6.10　清潔機器人 154
　6.11　農業(yè)機器人 156
　6.12　太空機器人 158
　6.13　個人交通工具 160
　6.14　水下機器人 162
　6.15　無人飛行器 163
　6.16　機器人產業(yè)鏈 165
　6.17　機器人工作站的設計與應用 170

第7章　機器人新技術與系統(tǒng) 179
　7.1　機器人認知與心理學 179
　　7.1.1　認知發(fā)展機器人學 179
　　7.1.2　機器人的心理學 180
　7.2　機器人生物學與仿生技術 182
　　7.2.1　分子機器人學 182
　　7.2.2　生物體與機器人的融合 185
　　7.2.3　仿生學 186
　　7.2.4　仿人機器人 187
　　7.2.5　人體輔助技術 188
　　7.2.6　強化服 190
　　7.2.7　軟體機器人 192
　7.3　機器人感觸控制技術 193
　　7.3.1　認知型BMI下的外部機器控制系統(tǒng) 193
　　7.3.2　機器人聽覺 193
　　7.3.3　觸覺反饋裝置 195
　7.4　機器人交互溝通控制技術 197
　　7.4.1　溝通型機器人 197
　　7.4.2　數(shù)字人技術 200
　　7.4.3　雙子機器人 202
　　7.4.4　人機交互技術 203
　7.5　機器人其他技術 205
　　7.5.1　并聯(lián)機構 205
　　7.5.2　操控裝置與機械手 207
　　7.5.3　高速操控裝置 209
　　7.5.4　微型機器人 211
　　7.5.5　智慧城市 214
　　7.5.6　機器人設計與安全技術 216

第8章　美國機器人技術發(fā)展路線圖 220
　8.1　制造轉型 220
　8.2　用戶服務 222
　8.3　醫(yī)療保健 223
　8.4　公共安全 226
　8.5　空間探索 230
　8.6　研究路線 234

參考文獻 244