目    录

第1章  机器人概述 1

1.1  机器人的定义 2

1.2  机器人发展历程 2

1.2.1  国外机器人发展历程 2

1.2.2  国内机器人发展历程 6

1.3  机器人分类 7

1.4  机器人应用 11

1.5  机器人组成部分 12

1.6  机器人认知实验 12

课后习题 15

第2章  计算机系统的运算功能 16

2.1  机器人移动机构 17

2.1.1  轮式移动机构 17

2.1.2  履带式移动机构 20

2.1.3  足式移动机构 21

2.2  机器人控制 21

2.3  机器人驱动系统 25

2.4  机器人末端执行器 26

2.5  机械臂仿真实验 27

课后习题 28

第3章  机器人运动学 29

3.1  机器人位姿描述与坐标变换 30

3.1.1  位姿描述 30

3.1.2  齐次坐标 31

3.1.3  齐次变换 32

3.2  机器人运动学方程 37

3.2.1  机械手运动表示 37

3.2.2  平移变换 39

3.2.3  旋转变换 41

3.3  正向运动学 43

3.3.1  广义连杆 43

3.3.2  广义变换矩阵 44

3.3.3  连杆坐标系的建立 45

3.4  逆向运动学 47

3.4.1  逆运动学求解的一般问题 47

3.4.2  逆运动学的解析解法 49

3.5  机器人运动学分析 52

课后习题 59

第4章  机器人动力学 62

4.1  机器人静力分析 63

4.1.1  机械臂连杆受力与关节平衡

驱动力 63

4.1.2   静力平衡方程与静力映射

分析 68

4.1.3  静力学的逆问题 70

4.1.4  力与力矩的坐标转换 70

4.2  拉格朗日动力学方法 71

4.2.1  拉格朗日动力学建模 71

4.2.2  拉格朗日动力学方程分析 74

4.3  牛顿-欧拉动力学方法 75

4.3.1  惯性矩、惯性积、惯性

张量 75

4.3.2  牛顿方程与欧拉方程 75

4.3.3  递推的牛顿-欧拉动力学

方法 76

4.4  凯恩动力学法 78

4.5  机器人动力学仿真实验 83

课后习题 83

第5章  机器人视觉 85

5.1  机器人视觉概述 86

5.2  视觉成像原理 86

5.2.1  针孔相机模型 87

5.2.2  单目相机 91

5.2.3  双目相机模型 92

5.2.4  RGB-D相机模型 94

5.3  特征提取 96

5.3.1  局部特征提取 97

5.3.2  全局特征提取 99

5.4  特征匹配 100

5.5  运动估计 102

5.5.1  对极几何 102

5.5.2  透视-点匹配 104

5.5.3  迭代最近点 108

5.6  机器人视觉实验 110

课后习题 112

第6章  机器人语音识别 113

6.1  语音合成 114

6.1.1  语音合成分类 114

6.1.2  语音合成技术 119

6.2  语音识别 123

6.2.1  语音识别原理 123

6.2.2  语音识别预处理 124

6.2.3  语音识别特征提取 128

6.3  智能机器人的语音定位 132

6.4  语音合成与识别系统 133

6.5  机器人语音系统实验 134

课后习题 136

第7章  定位与建图 137

7.1  卡尔曼滤波 138

7.2  粒子滤波 139

7.3  同时定位与地图构建 141

7.4  地图表示方法 144

7.5  移动机器人视觉SLAM实验 148

课后习题 151

第8章  机器人智能 152

8.1  机器理解 153

8.1.1  知识表达 153

8.1.2  常见知识表达方法 155

8.2  机器推理 157

8.2.1  谓词及谓词公式 157

8.2.2  自然演绎法 158

8.2.3  归结反演推理系统 158

8.2.4  基于规则的演绎推理 160

8.2.5  不确定性推理 161

8.3  机器学习 162

8.3.1  机器学习的策略和系统

结构 164

8.3.2  决策树学习 165

8.3.3  贝叶斯学习 167

8.3.4  强化学习 170

8.3.5  深度学习 172

8.4  人机交互 173

8.4.1  多模式人机交互 174

8.4.2  交互过程 175

8.5  机器人手势识别实验 176

8.5.1  实验原理 176

8.5.2  仿真实验内容 177

8.5.3  注意事项 178

课后习题 178

第9章  机器人运动规划 179

9.1  机器人路径规划 180

9.1.1  全局路径规划 180

9.1.2  局部路径规划 184

9.2  机器人的轨迹规划 187

9.2.1  关节空间的轨迹规划 187

9.2.2  操作空间的轨迹规划 196

9.3  机器人运动规划实验 198

9.3.1  机器人关节空间规划 198

9.3.2  机器人笛卡尔空间规划 203

课后习题 207

第10章  特种机器人 209

10.1  无人机 210

10.1.1  无人机的发展历程 210

10.1.2  无人机的分类 211

10.1.3  无人机的应用 213

10.2  水下机器人 215

10.2.1  水下机器人的发展历程 215

10.2.2  水下机器人涉及的关键

 技术 217

10.2.3  多学科技术融合的挑战

 与机遇 218

10.2.4  水下机器人的发展趋势 218

10.2.5  水下机器人的分类 220

10.2.6  水下机器人的应用 224

10.3  军用机器人 226

10.3.1  地面军用机器人 226

10.3.2  水下军用机器人 227

10.3.3  空中军用机器人 228

10.3.4  空间军用机器人 230

10.4  医疗机器人 234

10.4.1  医疗机器人的发展历程 234

10.4.2  医疗机器人的分类

 及应用 235

10.5  救援机器人 236

10.5.1  救援机器人的发展历程 236

10.5.2  救援机器人的分类 237

10.5.3  救援机器人的应用 238

10.6  机器人示教实验 239

10.6.1  实验原理 239

10.6.2  实验内容 240

10.6.3  注意事项 241

课后习题 242

参考文献 243