目錄
第1章 緒論 1
1.1 機器人學的起源與發(fā)展 1
1.1.1 機器人學的起源 1
1.1.2 現代機器人 1
1.2 機器人的定義、構成和應用 8
1.2.1 機器人的定義 8
1.2.2 機器人的構成與分類 9
1.2.3 機器人的應用場景 12
1.3 智能機器人的要素及其技術框架 18
1.3.1 智能機器人信息系統 21
1.3.2 智能機器人集群及組網方法 23
1.4 機器人的未來發(fā)展展望 24
1.5 本書的宗旨和結構安排 28
1.6 習題 29
第2章 智能機器人信息感知概述 31
2.1 智能機器人信息感知系統架構 31
2.2 機器人信息感知方式 35
2.2.1 機器人傳感器分類 35
2.2.2 傳感器常見類型 37
2.2.3 機器人傳感器的部署 39
2.3 機器人信息感知性能指標 41
2.3.1 機器人傳感器的指標參數 41
2.3.2 機器人傳感器的性能要求 44
2.4 本章小結 45
2.5 習題 45
第3章 智能機器人內部傳感器 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器人中的應用 53
3.2 姿態(tài)檢測傳感器 53
iv 智能機器人信息系統與集群組網
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)檢測傳感器在機器人中的應用 62
3.3 內部狀態(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 機器人心跳信號 63
3.4 本章小結 64
3.5 習題 64
第4章 智能機器人外部傳感器 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 觸覺傳感器在機器人中的應用 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 力覺傳感器在機器人中的應用 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 滑覺傳感器在機器人中的應用 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 感應式接近覺傳感器 85
4.4.3 接近覺傳感器在機器人中的應用 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 光學攝像頭 89
4.5.3 紅外攝像頭 90
4.5.4 激光雷達 90
4.5.5 視覺傳感器在機器人中的應用 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 聽覺傳感器在機器人中的應用 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 嗅覺傳感器在機器人中的應用 97
4.8 本章小結 98
4.9 習題 98
第5章 智能機器人視覺系統 99
5.1 機器人視覺基本理論 99
5.1.1 機器人視覺的定義 100
5.1.2 機器人視覺系統的組成及功能 101
5.1.3 機器人視覺感知的主要流程 103
5.1.4 機器人視覺算法的基本原理 104
5.2 視覺檢測系統 112
5.2.1 視覺檢測概述 112
5.2.2 兩階段目標檢測算法 113
5.2.3 YOLO算法 118
5.3 視覺跟蹤系統 119
5.3.1 視覺跟蹤系統概述 119
5.3.2 視覺跟蹤系統的組成 119
5.3.3 視覺跟蹤的關鍵技術 121
5.4 智能視覺感知典型應用 126
5.4.1 產品分揀 126
5.4.2 定位引導 127
5.4.3 Tesla AutoPilot純視覺方案 128
5.5 本章小結 129
5.6 習題 129
第6章 智能機器人定位導航系統 130
6.1 機器人定位導航系統概述 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 慣性導航系統 137
6.2.1 慣性導航系統的基本原理 137
6.2.2 平臺式慣性導航系統的組成結構及原理 139
6.2.3 捷聯式慣性導航系統的組成結構及原理 139
6.2.4 慣性導航系統的應用 140
6.3 衛(wèi)星導航系統 141
6.3.1 衛(wèi)星導航系統的基本原理 141
6.3.2 GPS 系統 141
6.3.3 GLONASS系統 145
6.3.4 GALILEO系統 147
6.3.5 北斗衛(wèi)星導航系統 148
vi 智能機器人信息系統與集群組網
6.3.6 衛(wèi)星導航系統的應用 149
6.4 視覺SLAM導航系統 150
6.4.1 視覺SLAM導航系統的基本原理 151
6.4.2 視覺SLAM導航系統的組成 152
6.5 本章小結 154
6.6 習題 154
第7章 機器人多傳感器信息融合處理 155
7.1 機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構 157
7.2 多傳感器信息融合典型算法 159
7.2.1 證據理論融合算法 161
7.2.2 模糊理論融合算法 164
7.2.3 神經網絡融合算法 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)人機交互 175
7.5 本章小結 177
7.6 習題 178
第8章 智能機器人集群概述 179
8.1 機器人集群的發(fā)展及現狀 179
8.1.1 機器人集群的起源與發(fā)展 179
8.1.2 機器人集群的發(fā)展現狀及其應用 180
8.2 機器人集群通信及組網 185
8.2.1 機器人之間的通信 185
8.2.2 機器人集群組網 186
8.2.3 機器人集群組網需求及組網方式 188
8.3 群體智能與機器人集群的智能化 191
8.3.1 群體智能的概念 191
8.3.2 實現機器人集群智能化的方法 192
8.3.3 智能機器人集群中的協同、規(guī)劃與控制 194
8.4 本章小結 198
8.5 習題 198
第9章 智能機器人集群有中心組網方法 199
9.1 智能機器人集群有中心組網拓撲結構 199
9.2 基于蜂窩移動通信網絡的機器人集群組網 201
9.2.1 蜂窩移動通信網絡的發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢 201
9.2.2 基于5G的智能機器人集群的架構、應用及關鍵能力需求 204
9.3 基于Wi-Fi的集群組網 213
9.3.1 局域網的發(fā)展歷史 214
9.3.2 常見Wi-Fi集群組網架構 214
9.3.3 基于Wi-Fi的機器人集群網絡架構、能力及應用場景 218
9.4 有中心的智能機器人集群規(guī)劃關鍵技術 221
9.4.1 智能機器人集群任務分配問題數學模型 221
9.4.2 智能機器人集群路徑規(guī)劃問題數學模型 223
9.5 有中心機器人集群智能化關鍵技術及其應用 225
9.5.1 有中心機器人集群智能化關鍵技術 225
9.5.2 基于強化學習的有中心智能機器人集群路徑規(guī)劃 227
9.6 本章小結 229
9.7 習題 229
第10章 智能機器人集群無中心組網方法 230
10.1 自組網的基本概念與發(fā)展歷史 230
10.1.1 自組網的基本概念 230
10.1.2 基于自組網的機器人集群發(fā)展歷史 231
10.2 基于自組網的機器人集群組網方式 234
10.2.1 機器人自組網的網絡拓撲 234
10.2.2 機器人集群的編隊控制方法 237
10.3 基于自組網的機器人集群關鍵技術 239
10.4 基于自組網的機器人集群的智能化 243
10.5 本章小結 248
10.6 習題 248
參考文獻 250