前言

多年来，机器人学与人工智能的研究一直是国际、国内极为重视的高技术领域之一，得到了极其迅速的发展。当前，机器人的应用范围已经渗透到人类生产生活的各个方面，极大地促进了各个产业的发展。机器人技术的高速发展离不开基础科学、电子技术和计算机技术的发展，尤其是各种嵌入式处理器以及计算机的运算能力大大提高以及成本不断下降，使得先进传感器得以开发和应用，充分提升了机器人的智能性。

早在20世纪80年代，就有很多机器人学家和人工智能学家憧憬着智能机器人能够满足人类的各种需求，能够像人一样完成各种复杂任务。在数学力学和机械技术、电子技术所取得的各种成果的基础上，机器人机械电气结构设计和加工已经相对成熟，但是机器人的智能性仍与人类的期望相差较大。当前，关于智能机器人技术的研究主要有两个热点: 机器人感知和机器人控制。机器人感知系统的主要作用是通过各种先进智能感知仪表帮助机器人感受和理解机器人内部信息变化及其与外部环境交互过程中的各类物理信息；机器人控制系统的主要作用则是通过综合智能感知系统的所有输出完成机器人控制指令的设计，保证机器人实现各种技术动作以完成最终任务。显然，为实现机器人控制任务，要求机器人必须具备优异的智能感知系统，而智能感知系统又是由各类智能感知硬件设备和相关软件算法综合实现的，所以机器人感知系统的设计和实现越来越重要，已经成为提高机器人智能性的关键之一。由于机器人智能感知技术涉及力学、自动控制、计算机、机械、电子、电气、材料、物理、化学等多学科知识，特别是智能感知研究正处于如火如荼的发展阶段，大量文献不断涌现，使得初次接触这一领域的人感到难以入门。本书的主要目的就是为有意从事机器人感知技术研发和设计的本科生以及相关研究和技术人员提供一本有意义的参考教材。

本书系统介绍了机器人智能感知技术的基础知识，广泛借鉴了国内外机器人感知技术相关的参考资料和部分院校人工智能专业、机器人工程专业的教学经验。本书共9章。第1章介绍机器人感知系统的概念、分类、组成及相关技术基础。第2章主要介绍机器人内部传感器技术的基础知识。第3章和第4章介绍机器人外部传感器技术的基础知识，包括机器人触觉、力觉、接近觉、热觉、滑觉、听觉、嗅觉和味觉等传感器的基本感知原理、机械电气结构、内部信息处理算法等相关基础知识。第5章介绍机器人视觉感知相关的基础知识，以强调视觉感知在智能机器人中的重要作用。第6章介绍与机器人感知技术密切相关的信号估计理论基础知识，为后续传感器信息融合方法的学习奠定理论基础。第7章介绍机器人智能感知技术中的核心知识，即多传感器信息融合技术，有助于读者深入理解机器人感知信息综合处理的过程和相关算法。第8章从机器人感知系统角度分别对移动机器人、飞行机器人、空间机器人、水下机器人和仿生机器人等系统中已经得到成熟应用的机器人智能感知技术进行概述，以提高读者对机器人智能感知系统复杂性的认识。第9章以自动驾驶汽车为例介绍基于多传感器信息融合技术实现机器人自身位姿估计的基本过程和相关理论知识，为读者理解其他移动机器人智能感知系统的工作原理提供技术参考。

本书由北京科技大学孙亮博士、胡艳艳博士和英国拉夫堡大学的江菁晶博士共同编写。本书第1章、第2章、第6章、第7章和第9章由孙亮和胡艳艳共同编写，由胡艳艳定稿；第3章、第4章、第5章和第8章由孙亮和江菁晶共同编写，由江菁晶定稿；习题及答案由胡艳艳和江菁晶共同编写，由孙亮定稿。孙亮负责电子资源的制作及全书的统稿。在本书的编写过程中，研究生王俊、曹胜杰、楚玉鑫、王金伟、牛文凯、蒋任兼、李通、张雪纯、陈天齐、王江涛、周嘉诚等参与了部分文字和图表的修改工作以及部分章节电子资源的制作工作，在此向他们表示由衷感谢。

本书得到了北京科技大学2021年度校级规划教材(讲义)建设项目的支持。北京科技大学自动化学院和智能科学与技术学院的多位老师审阅了本书文稿，英国拉夫堡大学航空与汽车工程系的几位老师审阅了部分书稿并提出了宝贵意见，清华大学出版社张玥编辑为本书的出版付出了辛勤劳动，特向他们致以谢意。本书的编写和出版借鉴和参考了很多国内外相关领域的优秀教材、专著、论文及其他资料，在此向相关文献作者表示深深的谢意。

由于机器人智能感知技术具有明显的多学科交叉特征，涉及的专业范围较广，难以用有限的篇幅涵盖如此庞大的知识体系。限于编者的学识水平，本书难免存在不完善之处，敬请读者批评指正。

编者

2024年12月