機(jī)器人技術(shù)與智能系統(tǒng)

第1章　緒論 1
　1.1　機(jī)器人的產(chǎn)生與發(fā)展 1
　　1.1.1　機(jī)器人的由來(lái) 1
　　1.1.2　現(xiàn)代機(jī)器人的發(fā)展史 2
　　1.1.3　我國(guó)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀 3
　　1.1.4　機(jī)器人發(fā)展相關(guān)政策 4
　1.2　機(jī)器人的定義 5
　1.3　機(jī)器人的分類 6
　1.4　機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù) 10
　　1.4.1　感知與學(xué)習(xí) 10
　　1.4.2　規(guī)劃與決策 11
　　1.4.3　動(dòng)力學(xué)與控制 11
　　1.4.4　人機(jī)交互 12
　1.5　機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 13
　1.6　機(jī)器人的應(yīng)用 14
　　1.6.1　工業(yè)應(yīng)用 14
　　1.6.2　無(wú)人駕駛 15
　　1.6.3　室內(nèi)服務(wù) 15
　　1.6.4　物流運(yùn)輸 17
　　1.6.5　極端環(huán)境 17
　　1.6.6　軍事應(yīng)用 19
　　1.6.7　醫(yī)療應(yīng)用 20
　　1.6.8　災(zāi)難救援 21
　　1.6.9　機(jī)器人大賽 22

第2章　機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu) 24
　2.1　機(jī)器人的基本組成 24
　　2.1.1　機(jī)構(gòu) 24
　　2.1.2　驅(qū)動(dòng)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(jī)交互系統(tǒng) 27
　　2.1.6　機(jī)器人-環(huán)境交互系統(tǒng) 27
　2.2　機(jī)器人的技術(shù)參數(shù) 27
　2.3　機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu) 31
　　2.3.1　車輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu) 31
　　2.3.2　履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu) 34
　　2.3.3　腿足式移動(dòng)機(jī)構(gòu) 36
　　2.3.4　其他形式的移動(dòng)機(jī)構(gòu) 36
　2.4　機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 37
　　2.4.1　絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 37
　　2.4.2　帶傳動(dòng)與鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 37
　　2.4.3　齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 38
　　2.4.4　諧波傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 41
　　2.4.5　凸輪與連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 42
　2.5　機(jī)器人的位姿問(wèn)題 43
　　2.5.1　機(jī)器人坐標(biāo)系 43
　　2.5.2　圓柱坐標(biāo)式主體機(jī)構(gòu)位姿問(wèn)題舉例 44
　　2.5.3　球坐標(biāo)式主體機(jī)構(gòu)位姿問(wèn)題舉例 45

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

第4章　機(jī)器人的傳感器系統(tǒng) 64
　4.1　機(jī)器人常用傳感器 64
　　4.1.1　機(jī)器人需要的感覺能力 64
　　4.1.2　機(jī)器人傳感器的分類 66
　4.2　機(jī)器人傳感器的要求與選擇 66
　4.3　常用機(jī)器人內(nèi)部傳感器 67
　　4.3.1　機(jī)器人的位置檢測(cè)傳感器 67
　　4.3.2　機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)傳感器 69
　4.4　常用機(jī)器人外部傳感器 74
　　4.4.1　機(jī)器人觸覺傳感器 74
　　4.4.2　機(jī)器人接近覺傳感器 77
　　4.4.3　測(cè)距儀 79
　　4.4.4　機(jī)器人力覺傳感器 82
　　4.4.5　機(jī)器人滑覺傳感器 84
　　4.4.6　機(jī)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(jī)器人的控制系統(tǒng) 95
　5.1　控制系統(tǒng)概述 95
　　5.1.1　機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本功能 95
　　5.1.2　機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成 95
　　5.1.3　機(jī)器人控制的主要技術(shù) 96
　　5.1.4　工業(yè)機(jī)器人控制的特點(diǎn) 98
　5.2　工業(yè)機(jī)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(jī)器人的位置控制 100
　5.4　工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)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(jī)器人動(dòng)作 104
　　5.5.1　二足步行 104
　　5.5.2　被動(dòng)步行與基于動(dòng)態(tài)控制 106
　　5.5.3　機(jī)器學(xué)習(xí)與統(tǒng)計(jì)決定行動(dòng) 107
　　5.5.4　運(yùn)動(dòng)規(guī)劃 110
　5.6　機(jī)器人知覺 113
　　5.6.1　同步定位與建圖 113
　　5.6.2　動(dòng)作識(shí)別理解 115
　　5.6.3　人臉識(shí)別 117
　　5.6.4　粒子濾波器 120
　　5.6.5　動(dòng)作捕捉 123
　5.7　機(jī)器人軟件 125

第6章　機(jī)器人的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 130
　6.1　焊接機(jī)器人 130
　6.2　裝配機(jī)器人 135
　6.3　噴漆機(jī)器人 138
　6.4　移動(dòng)式搬運(yùn)機(jī)器人 141
　6.5　醫(yī)療機(jī)器人 144
　6.6　看護(hù)機(jī)器人 146
　6.7　救援機(jī)器人 147
　6.8　建筑機(jī)器人 149
　6.9　潔凈與真空機(jī)器人 151
　6.10　清潔機(jī)器人 154
　6.11　農(nóng)業(yè)機(jī)器人 156
　6.12　太空機(jī)器人 158
　6.13　個(gè)人交通工具 160
　6.14　水下機(jī)器人 162
　6.15　無(wú)人飛行器 163
　6.16　機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈 165
　6.17　機(jī)器人工作站的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 170

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

第8章　美國(guó)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展路線圖 220
　8.1　制造轉(zhuǎn)型 220
　8.2　用戶服務(wù) 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(xiàn) 244