自主機(jī)器人基礎(chǔ)與技術(shù) 楊毅 岳裕豐
定 價(jià):59 元
- 作者:楊毅 岳裕豐
- 出版時(shí)間:2025/5/1
- ISBN:9787111773184
- 出 版 社:機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TP242
- 頁碼:
- 紙張:膠版紙
- 版次:
- 開本:16開
本書面向教育、科技、人才三位一體的自主機(jī)器人拔尖人才培養(yǎng),對(duì)機(jī)器人的環(huán)境感知、定位建圖、規(guī)劃控制、平臺(tái)設(shè)計(jì)等各個(gè)方面進(jìn)行分章講解,結(jié)合國(guó)際大學(xué)生機(jī)器人大賽優(yōu)秀案例開展項(xiàng)目式課程建設(shè),配合實(shí)例分析,使讀者在實(shí)踐中深入了解機(jī)器人的構(gòu)成原理、關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)踐應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)“賽、創(chuàng)、教、研”四維交叉,激發(fā)讀者的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力,掌握機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。本書共 8 章,分別為自主機(jī)器人概述、自主機(jī)器人建模、自主機(jī)器人環(huán)境感知、自主機(jī)器人定位與建圖、自主機(jī)器人規(guī)劃控制、自主機(jī)器人具身智能、自主機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)、自主機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用案例。本書注重實(shí)際的機(jī)器人基礎(chǔ)與技術(shù)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用,讓讀者在了解機(jī)器人的基本原理和研究現(xiàn)狀的同時(shí),對(duì)機(jī)器人實(shí)際開發(fā)有深入的了解! ”緯鴥(nèi)容全面、圖文并茂、設(shè)計(jì)案例豐富、實(shí)際應(yīng)用性強(qiáng),適合普通高校機(jī)器人工程等相關(guān)專業(yè)的本科生和機(jī)器人技術(shù)相關(guān)方向的研究人員閱讀,也可供機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的從業(yè)人員參考學(xué)習(xí)! ”緯溆须娮诱n件等教學(xué)資源,歡迎選用本書作教材的教師登錄 www.cmpedu.com 注冊(cè)后下載。
本書遵循教指委相關(guān)指導(dǎo)文件和高等院校學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律編寫而成。踐行四新理念,融入思政元素,注重理論與實(shí)踐相結(jié)合。
機(jī)器人技術(shù)是衡量一個(gè)國(guó)家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。與傳統(tǒng)機(jī)器人不同,自主機(jī)器人具備環(huán)境感知、路徑規(guī)劃、自主決策和在線學(xué)習(xí)的能力,其目標(biāo)是在有限甚至沒有人工參與的情況下完成動(dòng)態(tài)開放場(chǎng)景中的通用任務(wù),在物流配送、智慧交通、日常生活服務(wù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。以大語言模型、生成模型為代表的新一代人工智能技術(shù)加速發(fā)展,具身智能作為人工智能在物理世界的載體,成為人工智能的下一個(gè)浪潮。自主機(jī)器人作為具身智能的代表性實(shí)體,通過物理本體進(jìn)行感知和行動(dòng),能夠在真實(shí)環(huán)境中理解世界并自主學(xué)習(xí),在互動(dòng)交流中完成任務(wù),將為未來智能化社會(huì)的發(fā)展注入新的動(dòng)力! ”緯 8 章,涵蓋了自主機(jī)器人的發(fā)展簡(jiǎn)史、建模方法、環(huán)境感知、定位建圖、規(guī)劃控制、具身智能、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)應(yīng)用等核心內(nèi)容。第 1 章系統(tǒng)介紹自主機(jī)器人定義、發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)、組成架構(gòu),并介紹自主機(jī)器人在多個(gè)領(lǐng)域的典型應(yīng)用案例。第 2 章討論自主機(jī)器人建模方法,涵蓋自主機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、移動(dòng)機(jī)械臂建模及車臂協(xié)同自主機(jī)器人建模等關(guān)鍵內(nèi)容。第 3 章介紹自主機(jī)器人環(huán)境感知,即自主機(jī)器人根據(jù)機(jī)載傳感器對(duì)所處周圍環(huán)境進(jìn)行信息獲取,并提取環(huán)境中有效信息特征加以處理與理解。第 4 章著重討論自主機(jī)器人在未知環(huán)境中的定位與建圖問題,機(jī)器人定位即確定機(jī)器人在環(huán)境地圖中的位置和姿態(tài),而建圖則是構(gòu)建未知環(huán)境的地圖。第 5 章深入探討自主機(jī)器人路徑規(guī)劃與運(yùn)動(dòng)控制問題,介紹全局路徑規(guī)劃、局部路徑規(guī)劃、移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制以及移動(dòng)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制等方面的方法和技術(shù),并結(jié)合實(shí)例分析展示其在實(shí)際場(chǎng)景中的應(yīng)用。第 6 章主要介紹自主機(jī)器人具身智能,介紹自主機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)和解決問題時(shí),如何利用其身體結(jié)構(gòu)和環(huán)境交互,從而實(shí)現(xiàn)智能行為和在線學(xué)習(xí)。第 7 章以不同類型機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)為主線,介紹自主機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)需考慮的各類因素與設(shè)計(jì)原則。第 8 章深入探討自主機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用案例,著重介紹自主機(jī)器人結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)三個(gè)關(guān)鍵方面,并結(jié)合實(shí)際案例展示自主機(jī)器人技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用與潛力! 〈送猓緯诘 3 ~ 8 章配套了實(shí)例分析,將本書介紹的理論方法和實(shí)踐應(yīng)用緊密聯(lián)系起來! ”緯m合作為普通高校機(jī)器人工程等專業(yè)的教材,同時(shí)也可作為各層次的機(jī)器人開VI自主機(jī)器人基礎(chǔ)與技術(shù)發(fā)人員和機(jī)器人愛好者的參考書。本書注重機(jī)器人基礎(chǔ)與技術(shù)的實(shí)際設(shè)計(jì)和應(yīng)用,讓讀者在了解機(jī)器人基本原理和研究現(xiàn)狀的同時(shí),對(duì)機(jī)器人實(shí)際開發(fā)有深入的了解。對(duì)機(jī)器人的初學(xué)者,可以先學(xué)習(xí)機(jī)器人學(xué)的基礎(chǔ)理論書籍,同時(shí)利用好本書介紹的實(shí)踐案例和電子資源,編寫相關(guān)代碼并動(dòng)手搭建機(jī)器人模型! ∮捎诰幷咚接邢蓿瑫锌赡艽嬖诓蛔阒,敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正! 【帯≌
高等院校教師
序前言第 1 章 自主機(jī)器人概述 11.1 自主機(jī)器人簡(jiǎn)介 11.2 自主機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 21.2.1 早期研究和概念階段 21.2.2 基本自動(dòng)化和遙控階段 31.2.3 初級(jí)自主階段 31.2.4 高級(jí)自主階段 31.2.5 高度自主與智能階段 31.2.6 全面智能與多領(lǐng)域應(yīng)用階段 41.2.7 未來發(fā)展趨勢(shì) 51.3 自主機(jī)器人組成架構(gòu) 51.4 典型應(yīng)用案例 61.4.1 智慧物流配送 61.4.2 基礎(chǔ)設(shè)施巡檢 71.4.3 日常生活服務(wù) 71.4.4 智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 81.4.5 深空深海探測(cè) 81.4.6 柔性機(jī)械臂 81.5 本書的主要內(nèi)容 9習(xí)題 10參考文獻(xiàn) 10第 2 章 自主機(jī)器人建模 112.1 運(yùn)動(dòng)學(xué) 112.1.1 正逆運(yùn)動(dòng)學(xué) 112.1.2 多關(guān)節(jié)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué) 12VIII自主機(jī)器人基礎(chǔ)與技術(shù)2.1.3 移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué) 172.2 動(dòng)力學(xué) 192.2.1 牛頓歐拉動(dòng)力學(xué)模型 192.2.2 拉格朗日動(dòng)力學(xué)模型 212.2.3 多連桿機(jī)械拉格朗日動(dòng)力學(xué)模型 222.2.4 非完整約束機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型 252.3 移動(dòng)機(jī)械臂建模 282.3.1 一般運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 282.3.2 一般動(dòng)力學(xué)模型 302.4 車臂協(xié)同自主機(jī)器人建模 312.4.1 多自由度移動(dòng)機(jī)械臂建模 322.4.2 全向移動(dòng)機(jī)械臂建模 35習(xí)題 39參考文獻(xiàn) 39第 3 章 自主機(jī)器人環(huán)境感知 413.1 機(jī)器人傳感器介紹 413.1.1 慣性導(dǎo)航系統(tǒng) 423.1.2 視覺傳感器 433.1.3 激光雷達(dá) 453.2 多傳感器聯(lián)合標(biāo)定 463.2.1 多相機(jī)標(biāo)定 473.2.2 相機(jī) - 慣導(dǎo)標(biāo)定 523.2.3 相機(jī) - 激光雷達(dá)標(biāo)定 543.2.4 激光雷達(dá) - 慣導(dǎo)標(biāo)定 563.3 圖像預(yù)處理與特征檢測(cè) 573.3.1 圖像預(yù)處理 573.3.2 特征點(diǎn)檢測(cè) 603.3.3 邊緣檢測(cè) 623.4 基于深度學(xué)習(xí)的環(huán)境感知 653.4.1 深度學(xué)習(xí)基本原理 653.4.2 目標(biāo)檢測(cè) 683.4.3 目標(biāo)跟蹤 713.4.4 圖像分割 763.5 實(shí)例分析:機(jī)器人智能三維環(huán)境感知 80習(xí)題 82參考文獻(xiàn) 82IX目錄第 4 章 自主機(jī)器人定位與建圖 854.1 機(jī)器人定位理論 854.1.1 概率生成法則 854.1.2 貝葉斯濾波定位算法 884.1.3 卡爾曼濾波定位算法 914.1.4 粒子濾波定位算法 954.1.5 小結(jié) 974.2 環(huán)境地圖表示 974.2.1 測(cè)距儀的波束模型 974.2.2 二維柵格地圖 1004.2.3 三維點(diǎn)云地圖 1024.2.4 三維語義地圖 1044.2.5 小結(jié) 1064.3 機(jī)器人同步定位與建圖技術(shù)概述 1064.3.1 同步定位與建圖技術(shù)的原理概述 1064.3.2 基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的 SLAM 算法 1084.3.3 基于粒子濾波的 SLAM 算法 1134.3.4 基于圖優(yōu)化的 SLAM 算法 1164.3.5 小結(jié) 1204.4 實(shí)例分析:基于 ORB-SLAM 的場(chǎng)景重建 120習(xí)題 122參考文獻(xiàn) 123第 5 章 自主機(jī)器人規(guī)劃控制 1245.1 全局路徑規(guī)劃 1245.1.1 基于搜索的方法 1255.1.2 基于采樣的方法 1275.1.3 基于勢(shì)函數(shù)的方法 1295.2 局部路徑規(guī)劃 1305.2.1 動(dòng)態(tài)窗口法 1315.2.2 矢量場(chǎng)直方圖法 1325.2.3 模型預(yù)測(cè)控制法 1335.2.4 其他方法 1345.3 移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制 1355.3.1 軌跡跟蹤控制 1365.3.2 路徑跟隨控制 1375.4 移動(dòng)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制 1395.4.1 差分驅(qū)動(dòng)移動(dòng)機(jī)械臂控制 139X自主機(jī)器人基礎(chǔ)與技術(shù)5.4.2 全向移動(dòng)機(jī)械臂控制 1405.5 實(shí)例分析:車臂協(xié)同自主機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制 141習(xí)題 143參考文獻(xiàn) 144第 6 章 自主機(jī)器人具身智能 1456.1 多模態(tài)基礎(chǔ)模型介紹 1456.1.1 大語言模型 1456.1.2 視覺語言模型 1476.1.3 具身多模態(tài)語言模型 1486.2 空間認(rèn)知 1496.2.1 神經(jīng)輻射場(chǎng) 1496.2.2 三維場(chǎng)景圖 1506.3 行為學(xué)習(xí) 1546.3.1 強(qiáng)化學(xué)習(xí) 1546.3.2 模仿學(xué)習(xí) 1626.4 數(shù)據(jù)與模型訓(xùn)練 1686.4.1 數(shù)據(jù)處理與對(duì)齊 1686.4.2 數(shù)據(jù)增強(qiáng)與生成 1726.4.3 自監(jiān)督模型訓(xùn)練 1766.5 實(shí)例分析:具身智能機(jī)器人 1806.5.1 基于大語言模型的高層規(guī)劃 1806.5.2 基于視覺語言模型的細(xì)粒度技能學(xué)習(xí) 182習(xí)題 185參考文獻(xiàn) 186第 7 章 自主機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu) 1897.1 自主機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 1897.2 直輪式機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu) 1917.2.1 設(shè)計(jì)需求分析 1917.2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1927.2.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 1957.3 履帶式機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu) 1977.3.1 設(shè)計(jì)需求分析 1977.3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1987.3.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 2007.4 麥克納姆輪式機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu) 2027.4.1 設(shè)計(jì)需求分析 202XI目錄7.4.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2037.4.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 2047.5 全向輪式機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu) 2077.5.1 設(shè)計(jì)需求分析 2077.5.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2077.5.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 2087.6 舵輪式機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu) 2097.6.1 設(shè)計(jì)需求分析 2097.6.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2107.6.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 2117.7 實(shí)例分析:自主機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)案例 2147.7.1 設(shè)計(jì)需求分析 2157.7.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 215習(xí)題 220參考文獻(xiàn) 220第 8 章 自主機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用案例 2228.1 自主機(jī)器人結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2228.1.1 自主機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 2238.1.2 自主機(jī)器人機(jī)構(gòu)典型結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì) 2248.1.3 自主機(jī)器人典型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 2298.2 自主機(jī)器人硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2328.2.1 自主機(jī)器人常用控制硬件 2328.2.2 自主機(jī)器人常用功率驅(qū)動(dòng)硬件 2338.2.3 自主機(jī)器人典型硬件系統(tǒng) 2348.3 自主機(jī)器人軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2348.3.1 自主機(jī)器人軟件開發(fā)架構(gòu) 2348.3.2 自主機(jī)器人通信軟件設(shè)計(jì) 2358.3.3 自主機(jī)器人典型軟件系統(tǒng) 2388.4 實(shí)例分析:平面 SCARA 機(jī)器人設(shè)計(jì) 2438.4.1 醫(yī)用術(shù)中信息采集機(jī)器人背景及設(shè)計(jì)需求分析 2448.4.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2448.4.3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 2508.4.4 機(jī)器人仿真分析 251習(xí)題 254參考文獻(xiàn) 254