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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Aitalk143

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 AndroSot222

11.2.2 MiroSot223

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