智能机器人系统及应用

目前，机器人的研发、制造和应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。本教材注重将机器人的基础理论与应用技术相结合，首先向读者深入浅出地介绍了智能机器人的概念、架构和系统硬、软件结构组成；然后讲述了智能机器人的相关关键技术及实际应用。最后，介绍了智能机器人的系统设计和应用案例。本书适合作为计算机、自动化、人工智能等信息类相关专业的高职高专、本科生的教材，也可供相关从业人员阅读。

丁男，男，博士，大连理工大学教授、博士生导师，多年来一直从事物联网、智能交通、嵌入式人工智能系统与多智能体协同等领域的科研工作，2013-2014在New York University做访问学者。主讲"计算机组成原理"（本科）、"嵌入式系统设计"（本科）、"智能嵌入式系统"（硕士研究生）等专业课,现担任IEEE Trans. VT、IEEE Trans. ITS、计算机学报、电子与信息学报、通信学报等期刊审稿人，在国内外重要学术刊物和国际会议发表第一作者和通讯作者论文20 余篇，其中SCI、EI 索引论文20余篇。

目录
第1章 机器人概述 1
1.1　机器人的定义与主要特征 1
1.1.1 机器人的定义 1
1.1.2 机器人的主要特征 3
1.2　机器人的发展与分类 3
1.2.1 机器人的发展历程与研究现状 3
1.2.2 机器人的分类 10
1.3　智能机器人系统与关键技术 12
1.3.1 智能机器人概述 13
1.3.2 感知与识别技术 15
1.3.3 多传感器应用及信息融合技术 15
1.3.4 定位、导航与路径规划 16
1.3.5 人机接口与智能控制技术 18
1.3.6 群体机器人技术 20
思考题与习题1 22
第2章 智能机器人的系统结构 23
2.1　系统结构组成 23
2.2　基本机械结构 25
2.2.1 基本知识 26
2.2.2 机器人的主体机构 28
2.2.3 机器人的执行机构 29
2.2.4 智能机器人新型机构 36
2.3　智能机器人微控制平台 38
2.3.1 华为Atlas系列 38
2.3.2 STM32系列微处理器 41
2.3.3 树莓派系列 44
2.3.4 英伟达系列 45
2.4　智能机器人的系统软件 49
2.4.1 Ubuntu操作系统 49
2.4.2 机器人操作系统 57
思考题与习题2 62
第3章 智能机器人的感知与应用 63
3.1　智能机器人的感知系统 63
3.1.1 传感器概述 65
3.1.2 内部状态检测传感器 67
3.1.3 外部状态检测传感器 76
3.1.4 新型智能传感器 80
3.2　传感器应用技术 81
3.2.1 传感器的检测与测量技术 81
3.2.2 多源信息融合技术 85
3.2.3 传感器的应用案例 90
思考题与习题3 93
第4章 智能机器人的视觉与听觉识别系统及应用 95
4.1　视觉识别系统及应用 95
4.1.1 视觉识别系统概述 95
4.1.2 视觉识别系统的结构组成 96
4.1.3 视觉目标检测方法与目标跟踪 106
4.1.4 视觉识别技术的应用与发展 108
4.1.5 视觉识别系统应用案例 109
4.2　听觉识别系统及应用 112
4.2.1 听觉识别系统概述 112
4.2.2 语音识别系统 113
4.3　基于语音控制的视觉识别系统案例 119
思考题与习题4 122
第5章 智能机器人的控制系统 123
5.1　智能机器人控制技术基础 123
5.1.1 概述 123
5.1.2 控制系统的组成及工作方式 124
5.1.3 控制器的控制原理 126
5.2　智能机器人的驱动控制 137
5.2.1 驱动器的分类与工作方式 137
5.2.2 驱动器的控制技术与电机应用 139
5.3　智能机器人控制系统开发应用案例 144
思考题与习题5 147
第6章 智能机器人的SLAM、定位导航与路径规划技术 149
6.1　智能机器人的SLAM技术 149
6.1.1 SLAM技术的定义及分类 149
6.1.2 SLAM的数学建模 151
6.1.3 基于扩展卡尔曼滤波的SLAM 152
6.1.4 基于粒子滤波的SLAM 155
6.1.5 基于图优化的SLAM 157
6.1.6 VSLAM技术的理论基础 159
6.1.7 VSLAM常用解决方案 169
6.2　智能机器人的定位与导航技术 173
6.2.1 智能机器人的定位技术 173
6.2.2 智能机器人的导航技术 176
6.3　智能机器人的路径规划技术 181
6.3.1 路径规划概述 181
6.3.2 路径规划分类及常见算法 182
6.3.3 拓扑法路径规划 184
6.3.4 人工势场法路径规划 184
6.3.5 栅格法路径规划 186
6.3.6 全覆盖路径规划 191
6.4　智能机器人SLAM、导航和路径规划实践与案例 194
6.4.1 智能机器人技术实践准备工作 194
6.4.2 智能机器人的SLAM技术实践与案例 197
6.4.3 智能机器人的导航和路径规划技术实践 204
思考题与习题6 211
第7章 智能机器人的设计与开发 213
7.1　概述 213
7.2　软件系统设计与开发 214
7.3　机器人仿真平台 220
7.3.1 仿真平台概述 220
7.3.2 机器人仿真平台简介 220
7.4　ROSLander多模态机器人平台案例 224
7.4.1 ROSLander多模态机器人平台简介 224
7.4.2 ROSLander多模态机器人平台的整体技术架构组成 225
7.4.3 下位机开发流程简介 229
思考题与习题7 230
参考文献 231