本書是探討機器人與機器人、人類和環(huán)境交互的前沿技術領域的教材，系統(tǒng)地介紹了機器人共融交互的基礎理論、關鍵技術以及實際應用案例，旨在促進機器人與機器人、人類和環(huán)境之間更自然、高效地交流與協(xié)作。通過清晰的理論闡述和生動的例子，讓讀者能夠更深入地認識機器人共融交互技術的發(fā)展，激發(fā)對未來技術發(fā)展的思考和討論。
本書闡述了機器人共融交互的概念和設計理念，回顧了機器人共融交互技術的發(fā)展歷史，給出了機器人共融交互技術面臨的挑戰(zhàn)；介紹了機器人傳感器基本原理、技術和產(chǎn)品，實現(xiàn)機器人共融交互技術的基礎；詳細闡述了機器人與人、機器人與機器人、機器人與環(huán)境之間的交互方法和技術；并以實例的方式介紹了機器人不同應用領域的交互技術實現(xiàn)。
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現(xiàn)任機器人技術與系統(tǒng)全國重點實驗室副主任、黑龍江省機器人重點實驗室主任、哈工大機器人研究所副所長。醫(yī)療機器人、仿生機器人、服務機器人、工業(yè)機器人應用獲省部級科技進步獎7項、“科學中國人（2016）年度人物”獎、2019江蘇省雙創(chuàng)人才、第十三屆發(fā)明創(chuàng)業(yè)獎人物獎、IEEE系列國際機器人會議最佳論文獎3次、國家發(fā)明專利授權70余項。兼任中國人工智能學會智能機器人專業(yè)委員會主任，中國人工智能學會常務理事、黑龍江省生物醫(yī)學工程學會理事長、工業(yè)與信息化部融合醫(yī)工系統(tǒng)與健康工程重點實驗室學術委員會委員、安徽省仿生感知與先進機器人重點實驗室學術委員會委員、深圳市機器人感知與智能重點實驗室學術委員會委員、浙江省智能機器人工程中心學術委員會委員、十三五國家重點研發(fā)計劃手術機器人等項目技術專家組組長、中國工程院院士外部同行評審專家。
目錄
第1章緒論1
1.1機器人共融交互技術概述2
1.1.1共融機器人的概念2
1.1.2機器人共融交互技術的內涵3
1.2機器人共融交互技術的設計理念4
1.2.1以人為中心的設計理念4
1.2.2環(huán)境適應性設計理念5
1.2.3協(xié)同作業(yè)設計理念5
1.2.4智能化設計理念7
1.2.5安全性設計理念8
1.3機器人共融交互技術的演變9
1.4機器人共融交互技術的挑戰(zhàn)11
1.4.1感知與認知挑戰(zhàn)11
1.4.2決策與規(guī)劃挑戰(zhàn)11
1.4.3協(xié)同與協(xié)作挑戰(zhàn)12
1.4.4倫理與法律挑戰(zhàn)12
本章小結13
課后習題13
第2章機器人傳感器基礎知識14
2.1傳感器基本特性14
2.1.1傳感器的靜態(tài)特性14
2.1.2傳感器的動態(tài)特性17
2.1.3傳感器的標定19
2.2機器人本體傳感技術21
2.2.1編碼器21
2.2.2加速度計24
2.2.3陀螺儀25
2.3力觸覺傳感技術27
2.3.1多錐測力彈性體系統(tǒng)27
2.3.2扭矩傳感器28
2.3.3觸覺傳感器29
2.4視覺傳感技術32
2.4.1機器人視覺系統(tǒng)32
2.4.2CCD/CMOS圖像傳感器34
2.4.3立體視覺35
本章小結44
課后習題44
第3章人與機器人共融交直技術45
3.1人與機器人共融交互概念45
3.2人與機器人共融交互框架46
3.2.1HRI設計的概念模型46
3.2.2HRI框架47
3.2.3HRI的評價指標48
3.3人機物理交互50
3.3.1人-機糟人控制動力學50
3.3.2人類意圖估計51
3.3.3機器人控制適應54
3.3.4交豆控制57
3.4人機交互設備60
3.4.1人機交互方式60
3.4.2人機交互設備及工作原理61
3.4.3人機變互設備的性能評估指標64
3.5虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實/棍合現(xiàn)實交互技術65
3.5.1VAM顯示設備66
3.5.2VAM-HRI接口的設計范式68
3.5.3VAM-HRI虛擬設計元素69
3.6機器視覺與人機交互技術72
3.6.1機器視覺基礎原理72
3.6.2基于視覺的人體動作識別和預測73
3.6.3基于視覺的手勢懼別77
3.6.4基于視覺的面部表情識別78
3.7生物信號識別與人機交互技術79
3.7.1生物信號基礎79
3.7.2肌電圖信號識別與人機交豆技術81
3.7.3腦電圖信號識別與人機交互技術85
3.8語音識別與人機交互技術89
3.8.1語音識別的基礎知識89
3.8.2語音識別技術90
3.8.3自然語言處理技術92
本章小結94
課后習題94
第4章機器人與環(huán)境共融交互技術95
4.1動態(tài)環(huán)境建模與路徑規(guī)劃技術95
4.1.1環(huán)境地圖表示方法95
4.1.2機器人定位方法98
4.1.3路徑規(guī)劃方法104
4.2機器人與環(huán)境交互動力學與控制107
4.2.1機器人標定方法107
4.2.2機器人參數(shù)辨識方法115
4.2.3機器人與環(huán)境變互控制方法123
4.3多機器人協(xié)作與群體智能技術132
4.3.1多機器人系統(tǒng)控制134
4.3.2多機器人協(xié)作135
4.3.3群體智能140
4.3.4群體機器人142
4.4多機器人環(huán)境感知技術145
4.4.1多機椿人空間定位147
4.4.2多機器人信息融合152
本章小結153
課后習題154
第5章機器人共融交互技術實例155
5.1動態(tài)環(huán)境移動機器人導航實例155
5.1.1移動機器人系統(tǒng)搭建155
5.1.2基于回PTPSM算法的位要跟蹤與建圖實驗157
5.1.3基于合Q-learning的避障實驗162
5.2機器人與環(huán)境交互實例165
5.2.1機器人標定實驗165
5.2.2機器人參數(shù)辨識實驗172
5.2.3雙臂機器人手眼系統(tǒng)擊球實驗179
5.3手術機器人共融交互操作實例185
5.3.1手術機器人185
5.3.2主手機構設計188
5.3.3主手的控制設計191
5.3.4微創(chuàng)手術機器人主從控制實驗198
本章小結201
課后習題201
參考文獻202
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