第1章 概论 1
1.1 机器人的定义 1
1.1.1 机器人三定律 1
1.1.2 机器人各种定义 1
1.2 机器人的产生与发展 2
1.3 智能机器人的体系结构 3
1.3.1 程控架构 3
1.3.2 分层递阶架构 4
1.3.3 包容式架构 4
1.3.4 混合式架构 5
1.3.5 分布式结构 5
1.3.6 进化控制结构 6
1.3.7 社会机器人结构 7
第2章 智能机器人的运动系统 8
2.1 机器人的移动机构 8
2.1.1 轮式移动机构 9
2.1.2 履带式移动机构 14
2.1.3 足式移动机构 17
2.2 机器人的运动控制 25
2.2.1 运动控制任务 25
2.2.2 速度控制 27
2.2.3 位置控制 27
2.2.4 航向角控制 28
2.3 机器人的控制策略 28
2.3.1 PID控制 28
2.3.2 自适应控制 29
2.3.3 变结构控制 29
2.3.4 神经网络控制 30
2.3.5 模糊控制 32
2.4 机器人的驱动技术 33
2.4.1 直流伺服电动机 33
2.4.2 交流伺服电动机 35
2.4.3 无刷直流电动机 35
2.4.4 直线电机 36
2.4.5 空心杯直流电机 37
2.4.6 步进电机驱动系统 37
2.4.7 舵机 37
2.5 机器人的电源技术 39
2.5.1 机器人常见电源类型 39
2.5.2 常见电池特性比较 40
第3章 智能机器人的感知系统 42
3.1 感知系统体系结构 42
3.1.1 感知系统的组成 42
3.1.2 感知系统的分布 44
3.2 距离／位置测量 45
3.2.1 声呐测距 46
3.2.2 红外测距 48
3.2.3 激光扫描测距 49
3.2.4 旋转编码器 51
3.2.5 旋转电位计 53
3.3 触觉测量 53
3.4 压觉测量 55
3.5 姿态测量 56
3.5.1 磁罗盘 56
3.5.2 角速度陀螺仪 59
3.5.3 加速度计 62
3.5.4 姿态／航向测量单元 63
3.6 视觉测量 64
3.6.1 被动视觉测量 64
3.6.2 主动视觉测量 65
3.6.3 视觉传感器 66
3.7 其他传感器 67
3.7.1 温度传感器 67
3.7.2 听觉传感器 67
3.7.3 颜色传感器 68
3.7.4 气体传感器 68
3.7.5 味觉传感器 68
3.7.6 GPS接收机 69
3.8 智能机器人多传感器融合 70
3.8.1 多传感器信息融合过程 70
3.8.2 多传感器融合算法 71
3.8.3 多传感器融合在机器人领域的应用 72
第4章 智能机器人的通信系统 74
4.1 现代通信技术 74
4.1.1 基本概念 74
4.1.2 相关技术简介 77
4.2 机器人通信系统 78
4.2.1 移动机器人通信的特点 78
4.2.2 移动机器人通信系统的评价指标 78
4.2.3 移动机器人通信系统设计 79
4.3 多机器人通信 80
4.3.1 多机器人通信模式 80
4.3.2 多机器人通信模型 81
4.4 多机器人通信举例 82
4.4.1 基于计算机网络的机器人通信 82
4.4.2 集控式机器人足球通信系统 83
4.4.3 基于Ad Hoc网络的机器人通信 83
第5章 智能机器人的视觉技术 85
5.1 机器视觉基础理论 85
5.1.1 理论体系 85
5.1.2 关键问题 86
5.2 成像几何基础 87
5.2.1 基本术语 87
5.2.2 透视投影 89
5.2.3 平行投影 90
5.2.4 视觉系统坐标变换 91
5.2.5 射影变换 93
5.3 图像的获取和处理 94
5.3.1 成像模型 94
5.3.2 图像处理 97
5.4 智能机器人的视觉传感器 100
5.4.1 照明系统 100
5.4.2 光学镜头 100
5.4.3 摄像机 102
5.4.4 图像处理器 103
5.5 智能机器人视觉系统 104
5.5.1 智能机器人视觉系统构成 104
5.5.2 单目视觉 105
5.5.3 立体视觉 106
5.5.4 主动视觉与被动视觉 109
5.5.5 移动机器人系统实例 109
5.6 视觉跟踪 111
5.6.1 视觉跟踪系统 111
5.6.2 基于对比度分析的目标追踪 113
5.6.3 光流法 114
5.6.4 基于匹配的目标跟踪 115
5.6.5 Mean Shift目标跟踪 116
5.7 主动视觉 119
5.8 视觉伺服 120
5.8.1 视觉伺服系统的分类 120
5.8.2 视觉伺服的技术问题 122
5.9 视觉导航 123
5.9.1 视觉导航中的摄像机类型 123
5.9.2 视觉导航中的摄像机数目 123
5.9.3 视觉导航中的地图依赖性 124
第6章 智能机器人的语音合成与识别 126
6.1 语音合成的基础理论 126
6.1.1 语音合成分类 127
6.1.2 常用语音合成技术 127
6.2 语音识别的基础理论 131
6.2.1 语音识别基本原理 131
6.2.2 语音识别预处理 132
6.2.3 语音识别的特征参数提取 134
6.2.4 模型训练和模式匹配 136
6.3 智能机器人的语音定向与导航 138
6.3.1 基于麦克风阵列的声源定位系统 139
6.3.2 基于人耳听觉机理的声源定位系统 139
6.4 智能机器人的语音系统实例 140
6.4.1 Inter Phonic 6.5 语音合成系统 140
6.4.2 嵌入式语音合成解决方案 141
6.4.3 Inter Reco语音识别系统 142
6.4.4 嵌入式轻量级语音识别软件Aitalk 143
第7章 智能机器人自主导航与路径规划 144
7.1 概述 144
7.1.1 导航系统分类 144
7.1.2 导航系统体系结构 145
7.2 环境地图的表示 146
7.2.1 拓扑图 146
7.2.2 特征图 146
7.2.3 网格图 147
7.2.4 直接表征法 147
7.3 定位 147
7.3.1 相对定位 147
7.3.2 绝对定位 149
7.3.3 基于概率的绝对定位 150
7.4 路径规划 153
7.4.1 路径规划分类 153
7.4.2 路径规划方法 154
7.5 人工势场法 157
7.5.1 人工势场法基本思想 157
7.5.2 势场函数的构建 157
7.5.3 人工势场法的特点 159
7.5.4 人工势场法的改进 160
7.5.5 仿真分析 160
7.6 栅格法 162
7.6.1 用栅格表示环境 162
7.6.2 基于栅格地图的路径搜索 163
7.6.3 栅格法的特点 163
7.7 移动机器人的同步定位与地图构建 164
7.7.1 SLAM的基本问题 164
7.7.2 移动机器人SLAM系统模型 164
7.7.3 移动机器人SLAM解决方法 165
7.7.4 SLAM的难点和技术关键 168
第8章 无线传感器网络与智能机器人 170
8.1 无线传感器网络的基本理论 170
8.1.1 无线传感器网络的体系结构 170
8.1.2 无线传感器网络的特点 172
8.1.3 无线传感器网络关键技术 174
8.1.4 无线传感器网络的应用 177
8.2 移动机器人与WSN结合 178
8.2.1 必要性分析 178
8.2.2 可行性分析 178
8.3 无线传感器网络在移动机器人系统中的应用 179
8.3.1 WSN的节点相对定位 179
8.3.2 基于WSN的移动机器人自主导航 183
8.4 移动机器人在无线传感器网络中的应用 185
8.4.1 移动传感器网络 185
8.4.2 移动机器人在无线传感器网络中应用功能 185
8.4.3 移动传感器网络需要解决的问题 186
第9章 多机器人系统 187
9.1 智能体与多智能体系统 187
9.1.1 Agent的体系结构 187
9.1.2 多Agent系统相关概念 188
9.1.3 多智能体系统的体系结构 189
9.2 多机器人系统 190
9.2.1 多机器人系统的简介 190
9.2.2 多机器人系统研究内容 192
9.2.3 多机器人系统应用领域及发展趋势 195
9.3 多机器人系统实例：多机器人编队导航 196
9.3.1 多机器人编队导航简介 196
9.3.2 多机器人编队导航模型 197
9.3.3 多机器人编队的应用 198
第10章 “未来之星”智能机器人实践平台 200
10.1 “未来之星”组成架构 200
10.1.1 硬件系统 200
10.1.2 软件系统 203
10.2 机器人的信息感知与融合 205
10.2.1 超声波传感器 205
10.2.2 陀螺仪和倾角计 206
10.2.3 其他传感器 209
10.3 目标检测与跟踪实验 210
10.3.1 实验目的 210
10.3.2 实验基本理论 210
10.3.3 实验内容 213
10.4 基于语音远程控制的简单路径行走实验 214
10.4.1 实验目的 214
10.4.2 实验基本理论 215
10.4.3 实验内容 218
第11章 FIRA机器人足球比赛平台 220
11.1 机器人足球比赛介绍 220
11.1.1 RoboCup比赛 220
11.1.2 FIRA机器人足球比赛 221
11.2 FIRA半自主机器人足球比赛系统概况 222
11.2.1 AndroSot 222
11.2.2 MiroSot 223
11.3 FIRA半自主机器人足球比赛关键技术 224
11.3.1 视觉系统 224
11.3.2 通信系统 227
11.3.3 运动系统 228
11.3.4 决策子系统 231
11.4 MiroSot机器人足球比赛实践 234
11.4.1 系统硬件调试 234
11.4.2 系统的人机交互界面 236
11.4.3 视觉控制面板 237
11.4.4 决策控制面板 241
11.4.5 软件连接控制面板 243
参考文献 248