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现代工程导论
机械工程材料(双语版)
金属材料实验教程
机器人技术及应用（秦涛）
智能机器人系统是一种融合机械工程、先进计算机科学和人工智能技术的综合性系统，旨在使机器人能够感知环境、执行任务，并通过学习和适应不断提高其性能。该系统涉及智能机器人结构设计、运动学与动力学、轨迹规划、运动控制、感知与多信息融合、即时定位与地图构建（SLAM）、路径规划、任务规划、决策与学习等多个关键方向。智能机器人系统的发展经历了多个阶段，从最初简单的预编程执行到如今具备自主决策、学习能力和环境适应性的高度智能化系统，为提升工作效率、解决复杂问题以及改善人类生活提供了新的可能性。
在智能科技迅速发展的时代，智能机器人作为一项重要的前沿领域，正引领着人类社会朝着更加智能化、自主化和高效化的方向迈进。这本教材旨在为广大的大学生以及相关从业者提供一个全面、系统的学习资源，帮助他们深入了解智能机器人系统的核心原理、技术体系和应用前景。
近年来，我国一直积极推动创新驱动发展战略，将人工智能和机器人技术列为国家重点发展领域之一。智能机器人技术正在以令人瞩目的速度崛起，为人类社会带来深刻的变革，其在制造业、公共服务、医疗卫生、农业、物流等领域展现出广阔的应用前景。而培养高素质的智能机器人人才则成为了当务之急。本教材的编写正是为了响应国家政策、满足社会对智能机器人领域专业人才的迫切需求。
本教材的编写旨在突出以下理念与特色：
系统性与深入性：通过全书的章节设置，将智能机器人技术的核心要素进行系统而深入的剖析，帮助读者建立起完整的知识体系。
理论与实践相结合：注重理论知识的传授，同时通过实例、案例等方式将理论与实际应用相结合，增强读者的实际动手能力。
前沿技术与发展趋势：在教材编写过程中，充分关注了智能机器人领域的前沿技术和发展趋势，为读者提供最新的知识和观点。
实用性与创新性：教材旨在培养具备创新思维和实际操作能力的人才，通过实例分析和课后习题，培养读者解决实际问题的能力。
本教材希望能够成为您迈向智能机器人领域的知识指南。通过系统的学习，您将能够深入了解智能机器人的核心原理、技术和应用，为未来的学术研究和工程实践奠定坚实的基础。
本教材共分为十一章，每一章紧扣智能机器人系统的关键要素，构建了一个完整的知识体系。
第一章介绍了智能机器人系统的发展历程、组成架构、关键技术、发展趋势等内容，为读者提供了智能机器人的整体认知。
第二章探讨了智能机器人的结构设计，主要围绕智能机器人的技术参数、移动机构、机械臂、腕部及手部结构设计等内容进行了阐述。
第三章深入研究智能机器人的运动学与动力学，揭示机器人在实现精准运动与控制方面的关键原理和技术。
第四章聚焦于智能机器人轨迹规划，探讨机器人在复杂环境中如何规划最优轨迹以完成各类任务。
第五章详细介绍智能机器人控制技术，涵盖对机器人运动执行器的精确控制，以及实现复杂任务的先进控制方法。
第六章探讨感觉与多信息融合技术，揭示智能机器人如何通过各种传感器获取、整合并利用信息来感知周围环境。
第七章聚焦于智能机器人视觉，深入研究机器人如何通过先进的视觉技术实现环境感知和目标识别。
第八章探讨SLAM技术，阐述机器人如何在未知环境中实现自身的定位和地图构建，为机器人在复杂环境中的自主导航提供核心支持。
第九章深入研究智能机器人的路径规划技术，探讨机器人在执行任务时如何智能选择最优路径，以及如何适应不同的环境和任务需求。
第十章聚焦于智能机器人的任务规划、决策与学习，着重阐述任务规划、决策、学习等方法，以实现智能机器人的高度自主性和适应性。
第十一章通过实例向读者展示智能机器人系统在各个领域的应用，为读者呈现智能机器人技术在实际场景中的卓越表现。
第一章 绪 论 ………………………………………………………………………… 1
1.1 机器人的产生与发展 ……………………………………………………………… 1
1.2 智能机器人定义及系统组成 ……………………………………………………… 2
1.3 智能机器人分类 …………………………………………………………………… 4
1.4 智能机器人系统关键技术 ………………………………………………………… 6
1.5 智能机器人系统发展趋势 ………………………………………………………… 7
第二章 智能机器人结构设计………………………………………………………… 10
2.1 概述…………………………………………………………………………………… 10
2.2 智能机器人技术参数………………………………………………………………… 10
2.3 智能机器人的移动机构……………………………………………………………… 12
2.4 机械臂结构设计……………………………………………………………………… 19
2.5 腕部及手部结构设计………………………………………………………………… 24
第三章 智能机器人运动学与动力学………………………………………………… 26
3.1 概述…………………………………………………………………………………… 26
3.2 位形空间……………………………………………………………………………… 26
3.3 正运动学……………………………………………………………………………… 31
3.4 逆运动学……………………………………………………………………………… 34
3.5 雅可比矩阵…………………………………………………………………………… 37
3.6 动力学………………………………………………………………………………… 43
第四章 智能机器人轨迹规划………………………………………………………… 53
4.1 概述…………………………………………………………………………………… 53
4.2 关节空间与笛卡尔空间描述………………………………………………………… 53
4.3 关节空间轨迹规划…………………………………………………………………… 54
4.4 笛卡尔空间轨迹规划………………………………………………………………… 60
4.5 最优轨迹规划………………………………………………………………………… 62
4.6 实例…………………………………………………………………………………… 68
第五章 智能机器人控制技术………………………………………………………… 72
5.1 概述…………………………………………………………………………………… 72
5.2 智能机器人控制理论基础…………………………………………………………… 73
5.3 智能机器人控制方法………………………………………………………………… 79
5.4 智能机器人行为控制方法…………………………………………………………… 85
5.5 实例…………………………………………………………………………………… 88
第六章 智能机器人感觉与多信息融合……………………………………………… 92
6.1 概述…………………………………………………………………………………… 92
6.2 智能机器人感觉……………………………………………………………………… 92
6.3 智能机器人内部传感器……………………………………………………………… 95
6.4 智能机器人外部传感器……………………………………………………………… 97
6.5 多传感器信息融合 ………………………………………………………………… 103
6.6 实例 ………………………………………………………………………………… 108
第七章 智能机器人视觉系统 ……………………………………………………… 112
7.1 概述 ………………………………………………………………………………… 112
7.2 视觉系统组成 ……………………………………………………………………… 112
7.3 图像处理 …………………………………………………………………………… 115
7.4 视觉识别 …………………………………………………………………………… 119
7.5 视觉检测 …………………………………………………………………………… 126
7.6 视觉定位 …………………………………………………………………………… 127
7.7 实例 ………………………………………………………………………………… 130
第八章 智能机器人 SLAM ………………………………………………………… 137
8.1 概述 ………………………………………………………………………………… 137
8.2 SLAM 问题的数学表述 …………………………………………………………… 138
8.3 实时定位 …………………………………………………………………………… 143
8.4 环境建模 …………………………………………………………………………… 144
8.5 经典 SLAM 系统 …………………………………………………………………… 147
8.6 实例 ………………………………………………………………………………… 153
第九章 智能机器人路径规划 ……………………………………………………… 156
9.1 概述 ………………………………………………………………………………… 156
9.2 全局路径规划方法 ………………………………………………………………… 156
9.3 局部路径规划方法 ………………………………………………………………… 166
9.4 实例 ………………………………………………………………………………… 173
第十章 智能机器人任务规划、决策与学习………………………………………… 178
10.1 概述………………………………………………………………………………… 178
10.2 智能机器人任务规划方法………………………………………………………… 178
10.3 智能机器人决策方法……………………………………………………………… 181
10.4 智能机器人学习方法……………………………………………………………… 183
10.5 多机器人协作……………………………………………………………………… 187
10.6 实例………………………………………………………………………………… 190
第十一章 智能机器人系统实例 …………………………………………………… 196
11.1 概述………………………………………………………………………………… 196
11.2 仿生机器人………………………………………………………………………… 196
11.3 智能复合机器人…………………………………………………………………… 203
11.4 自主抓取灵巧手…………………………………………………………………… 214
参考文献 ……………………………………………………………………………… 222
附录Ⅰ 符 号 ……………………………………………………………………… 232
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