光机电一体化丛书--智能机器人

人类很早就梦想制造出一种具有人的外形和情感，并处处听命于人的自动化机器，以帮助人类完成危险的、繁重的体力劳动或者进入服务领域，为人类服务。然而直到20世纪60年代，世界上才出现了第一台工业机器人。这种机器人只能完成简单的上料、下料任务，与人类想象中的机器人差得很远。机器人从诞生之日起，就承载了人类过多、过高的期望。科学家和公众低估了智能机器人开发所面临的技术难题，将智能机器人与人工智能划上等号，把它看作是一个纯的软件系统来研究，结果始终停留在实验室。美国斯坦福研究所的眼车系统在形式上能够实现心理学中典型的猴子和香蕉问题的求解，但距离解决实际的复杂问题很远。挫折和失败终于使科学家清醒地意识到，智能机器人是硬件和软件的统一体，离开硬件支持是无法制造出智能机器人的。科学家并不拘泥于智能机器人的概念化，将一切具有感觉、认知能力的机器人都看作是智能机器人。随着科学技术的进步，机器人的智能化程度越来越高。日本索尼公司的仿人形机器人Asimo，是智能机器人的典型代表。它表明智能机器人的研究进入了新的阶段。
智能机器人是多种高新技术的综合体，反映了一个国家的综合国力。同时，智能机器人的应用领域也十分的广泛，特别是在军事、医疗和娱乐领域的应用。智能机器人处在动态的发展之中，大量新的理论成果和实际系统不断涌现。面对目前掀起的一股智能机器人热潮，读者很难找到一本最新的介绍智能机器人的书籍。因此，我们组织编写了这本《智能机器人》。希望这本拙作能够起到“抛砖引玉”的作用，为智能机器人的普及和教学作出绵薄的贡献。
本书的第1章介绍了智能机器人的起源、发展历程以及智能机器人的相关技术和未来发展趋势；第2章介绍了智能机器人的驱动技术，包括最新的微驱动；第3章介绍机器人的感觉和多信息融合技术，介绍了智能机器人的视觉、触觉、力觉、滑觉和听觉等，对于多传感器信息，介绍了信息融合的理论和方法；第4章围绕机器人的视觉，在叙述了机器人视觉系统的概念后，讨论了视觉信号的表示、处理和模式识别方法，最后还介绍了实用的视觉系统；第5章讨论了智能机器人的控制技术，包括神经网络控制、模糊控制等先进的智能控制技术，智能机器人的运动规划和运动控制；第6章向读者介绍了双足机器人、球形机器人等智能机器人系统。本书除了与普通工业机器人类似的理论和知识以及移动机构外，基本涵盖了智能机器人的各方面技术。
本书第1章～第4章由方建军编写，第5章、第6章由何广平编写，全书由方建军统稿。参加编写的还有张树阁、汤修映、李知银、殷际英、田建君、白传栋、李玏一、张若清、胡春江、吴伯农、景作军、刘仕良、张虎等。
在编写本书的过程中，作者参阅了大量国内外的书籍、论文和有代表性的研究成果。对参阅文献的所有作者表示诚挚的感谢。本书涉及的领域是一个发展十分迅速的交叉学科，由于作者的水平所限，加之时间仓促，书中难免有一些不足之处，敬请同行专家和读者批评指正。作者
2003年11月于北京

本书从智能机器人系统的功能出发，比较全面地介绍了智能机器人的基本原理和技术。全书共分6章，分别叙述了智能机器人的发展历程和未来发展的趋势，智能机器人的驱动，机器人感觉与多信息融合，机器视觉，机器人的控制、运动规划以及智能机器人系统实例。

第1章概论1
11智能机器人的产生与发展1
12智能机器人的体系结构5
13智能机器人的感知与多传感器信息融合9
14智能机器人的控制技术11
15智能机器人的发展趋势13
第2章机器人的驱动技术15
21电气驱动15
211步进电动机15
212直流伺服电动机及其驱动18
213无刷伺服电动机及其驱动20
22液压驱动器25
221电磁伺服阀25
222摆动油缸26
223液压伺服马达26
23气压驱动器27
231叶片式气动马达27
232气压驱动的控制结构27
24新型驱动器28
241静电驱动器28
242形状记忆合金驱动器29
243电致磁伸缩驱动器30
244压电效应驱动器31
245人工肌肉32
246超声波电机32
第3章机器人感觉与多信息融合34
31智能机器人对传感器的要求34
32机器人感觉34
321运动传感器34
322力觉传感器40
323接近觉传感器42
324触觉传感器44
325滑觉传感器46
326听觉传感器47
327人工皮肤48
328机器人传感器的发展趋势49
33多传感器信息融合49
331多传感器系统与信息融合49
332信息融合方法和融合模式50
第4章机器视觉53
41视觉计算模型53
411人的视觉系统53
412视觉计算模型55
42机器视觉系统的组成56
421照明56
422视觉传感器57
43图像的生成和预处理62
431摄像机的几何模型62
432图像的预处理64
44图像分割68
441灰度阈值法69
442颜色分割70
443边缘检测71
45模式识别74
46机器人三维视觉79
461立体视差的基本原理80
462机器人三维视觉中摄像机的标定80
463机器人如何利用三维视觉进行自主导航定位82
47机器视觉系统的应用84
471搬运机器人84
472基于视觉的工件拾取机器人87
第5章运动规划与控制技术88
51智能机器人运动规划和控制技术导论88
511智能机器人系统的基本特征89
512智能机器人控制系统的基本结构90
513智能机器人控制系统的主要功能特点91
514智能控制研究的数学工具91
515智能控制理论的主要内容及其在智能机器人控制中的应用92
52智能控制理论基础96
521人工神经网络概述96
522模糊控制理论基础105
523智能控制中的优化技术基础116
53智能机器人运动规划133
531轮式移动机器人运动规划的解析方法136
532基于神经元网络的移动机器人路径规划139
533基于人工势场理论的机器人模糊运动规划147
534基于遗传模拟退火算法的机器人路径规划154
54智能机器人控制技术157
541空间机器人的神经网络控制157
542基于遗传算法的空间机器人神经网络控制165
543多指灵巧手的神经网络控制167
544智能机器人的模糊控制169
第6章智能机器人系统实例177
61室外智能移动机器人177
62双足步行智能机器人182
63球形机器人189
631球形机器人的特点及应用前景190
632球形机器人的研究现状191
64仿鱼机器人193
参考文献200