智能机器人原理与实践

第1章概论

1．1机器人的定义

1．1．1机器人三定律

1．1．2机器人各种定义

1．2机器人的产生与发展

1．3智能机器人的体系结构

1．3．1程控架构

1．3．2分层递阶架构

1．3．3包容式架构

1．3．4混合式架构

1．3．5分布式结构

1．3．6进化控制结构

1．3．7社会机器人结构

第2章智能机器人的运动系统

2．1机器人的移动机构

2．1．1轮式移动机构

2．1．2履带式移动机构

2．1．3足式移动机构

2．2机器人的运动控制

2．2．1运动控制任务

2．2．2速度控制

2．2．3位置控制

2．2．4航向角控制

2．3机器人的控制策略

2．3．1PID控制

2．3．2自适应控制

2．3．3变结构控制

2．3．4神经网络控制

2．3．5模糊控制

2．4机器人的驱动技术

2．4．1直流伺服电动机

2．4．2交流伺服电动机

2．4．3无刷直流电动机

2．4．4直线电机

2．4．5空心杯直流电机

2．4．6步进电机驱动系统

2．4．7舵机

2．5机器人的电源技术

2．5．1机器人常见电源类型

2．5．2常见电池特性比较

第3章智能机器人的感知系统

3．1感知系统体系结构

3．1．1感知系统的组成

3．1．2感知系统的分布

3．2距离/位置测量

3．2．1声呐测距

3．2．2红外测距

3．2．3激光扫描测距

3．2．4旋转编码器

3．2．5旋转电位计

3．3触觉测量

3．4压觉测量

3．5姿态测量

3．5．1磁罗盘

3．5．2角速度陀螺仪

3．5．3加速度计

3．5．4姿态/航向测量单元

3．6视觉测量

3．6．1被动视觉测量

3．6．2主动视觉测量

3．6．3视觉传感器

3．7其他传感器

3．7．1温度传感器

3．7．2听觉传感器

3．7．3颜色传感器

3．7．4气体传感器

3．7．5味觉传感器

3．7．6GPS接收机

3．8智能机器人多传感器融合

3．8．1多传感器信息融合过程

3．8．2多传感器融合算法

3．8．3多传感器融合在机器人领域的应用

第4章智能机器人的通信系统

4．1现代通信技术

4．1．1基本概念

4．1．2相关技术简介

4．2机器人通信系统

4．2．1移动机器人通信的特点

4．2．2移动机器人通信系统的评价指标

4．2．3移动机器人通信系统设计

4．3多机器人通信

4．3．1多机器人通信模式

4．3．2多机器人通信模型

4．4多机器人通信举例

4．4．1基于计算机网络的机器人通信

4．4．2集控式机器人足球通信系统

4．4．3基于Ad Hoc网络的机器人通信

第5章智能机器人的视觉技术

5．1机器视觉基础理论

5．1．1理论体系

5．1．2关键问题

5．2成像几何基础

5．2．1基本术语

5．2．2透视投影

5．2．3平行投影

5．2．4视觉系统坐标变换

5．2．5射影变换

5．3图像的获取和处理

5．3．1成像模型

5．3．2图像处理

5．4智能机器人的视觉传感器

5．4．1照明系统

5．4．2光学镜头

5．4．3摄像机

5．4．4图像处理器

5．5智能机器人视觉系统

5．5．1智能机器人视觉系统构成

5．5．2单目视觉

5．5．3立体视觉

5．5．4主动视觉与被动视觉

5．5．5移动机器人系统实例

5．6视觉跟踪

5．6．1视觉跟踪系统

5．6．2基于对比度分析的目标追踪

5．6．3光流法

5．6．4基于匹配的目标跟踪

5．6．5Mean Shift目标跟踪

5．7主动视觉

5．8视觉伺服

5．8．1视觉伺服系统的分类

5．8．2视觉伺服的技术问题

5．9视觉导航

5．9．1视觉导航中的摄像机类型

5．9．2视觉导航中的摄像机数目

5．9．3视觉导航中的地图依赖性

第6章智能机器人的语音合成与识别

6．1语音合成的基础理论

6．1．1语音合成分类

6．1．2常用语音合成技术

6．2语音识别的基础理论

6．2．1语音识别基本原理

6．2．2语音识别预处理

6．2．3语音识别的特征参数提取

6．2．4模型训练和模式匹配

6．3智能机器人的语音定向与导航

6．3．1基于麦克风阵列的声源定位系统

6．3．2基于人耳听觉机理的声源定位系统

6．4智能机器人的语音系统实例

6．4．1Inter Phonic 6．5语音合成系统

6．4．2嵌入式语音合成解决方案

6．4．3Inter Reco语音识别系统

6．4．4嵌入式轻量级语音识别软件Aitalk

第7章智能机器人自主导航与路径规划

7．1概述

7．1．1导航系统分类

7．1．2导航系统体系结构

7．2环境地图的表示

7．2．1拓扑图

7．2．2特征图

7．2．3网格图

7．2．4直接表征法

7．3定位

7．3．1相对定位

7．3．2绝对定位

7．3．3基于概率的绝对定位

7．4路径规划

7．4．1路径规划分类

7．4．2路径规划方法

7．5人工势场法

7．5．1人工势场法基本思想

7．5．2势场函数的构建

7．5．3人工势场法的特点

7．5．4人工势场法的改进

7．5．5仿真分析

7．6栅格法

7．6．1用栅格表示环境

7．6．2基于栅格地图的路径搜索

7．6．3栅格法的特点

7．7移动机器人的同步定位与地图构建

7．7．1SLAM的基本问题

7．7．2移动机器人SLAM系统模型

7．7．3移动机器人SLAM解决方法

7．7．4SLAM的难点和技术关键

第8章无线传感器网络与智能机器人

8．1无线传感器网络的基本理论

8．1．1无线传感器网络的体系结构

8．1．2无线传感器网络的特点

8．1．3无线传感器网络关键技术

8．1．4无线传感器网络的应用

8．2移动机器人与WSN结合

8．2．1必要性分析

8．2．2可行性分析

8．3无线传感器网络在移动机器人系统中的应用

8．3．1WSN的节点相对定位

8．3．2基于WSN的移动机器人自主导航

8．4移动机器人在无线传感器网络中的应用

8．4．1移动传感器网络

8．4．2移动机器人在无线传感器网络中应用功能

8．4．3移动传感器网络需要解决的问题

第9章多机器人系统

9．1智能体与多智能体系统

9．1．1Agent的体系结构

9．1．2多Agent系统相关概念

9．1．3多智能体系统的体系结构

9．2多机器人系统

9．2．1多机器人系统的简介

9．2．2多机器人系统研究内容

9．2．3多机器人系统应用领域及发展趋势

9．3多机器人系统实例：多机器人编队导航

9．3．1多机器人编队导航简介

9．3．2多机器人编队导航模型

9．3．3多机器人编队的应用

第10章“未来之星”智能机器人实践平台

10．1“未来之星”组成架构

10．1．1硬件系统

10．1．2软件系统

10．2机器人的信息感知与融合

10．2．1超声波传感器

10．2．2陀螺仪和倾角计

10．2．3其他传感器

10．3目标检测与跟踪实验

10．3．1实验目的

10．3．2实验基本理论

10．3．3实验内容

10．4基于语音远程控制的简单路径行走实验

10．4．1实验目的

10．4．2实验基本理论

10．4．3实验内容

第11章FIRA机器人足球比赛平台

11．1机器人足球比赛介绍

11．1．1RoboCup比赛

11．1．2FIRA机器人足球比赛

11．2FIRA半自主机器人足球比赛系统概况

11．2．1AndroSot

11．2．2MiroSot

11．3FIRA半自主机器人足球比赛关键技术

11．3．1视觉系统

11．3．2通信系统

11．3．3运动系统

11．3．4决策子系统

11．4MiroSot机器人足球比赛实践

11．4．1系统硬件调试

11．4．2系统的人机交互界面

11．4．3视觉控制面板

11．4．4决策控制面板

11．4．5软件连接控制面板

参考文献

本书主要介绍智能机器人系统的运动控制、智能感知、通信系统、视觉技术、语音技术、导航与路径规划等内容。本书注重系统性、全面性，特别是将最新的无线传感器网络与智能机器人、服务机器人的语音合成与识别技术等内容引入教学中。本书编撰从创新能力较强的应用型人才培养角度出发，重视理论与实践的结合。本书力求深入浅出，并将系统性、全面性和前沿性结合起来，可作为高等院校智能科学与技术、计算机、自动化、电子信息与机械电子工程等专业的本科生和硕士生的教材或参考书使用，也可作为工科学生机器人创新实践活动、相关学科竞赛的培训教材或供有关工程技术人员参考。

本书主要介绍智能机器人系统的运动控制、智能感知、通信系统、视觉技术、语音技术、导航与路径规划等方面内容。本书编撰从创新能力较强的应用型人才培养角度出发，重视理论与实践结合，并力求深入浅出。
可作为高等院校智能科学与技术专业、自动化、电子信息与机械电子工程等专业的本科生和硕士生作为教材或参考书使用，也可作为工科学生机器人创新实践活动、相关学科竞赛的培训教材或供有关工程技术人员参考。