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| 編輯推薦： |
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本书遵循教指委相关指导文件和高等院校学生学习规律编写而成。践行四新理念，融入思政元素，注重理论与实践相结合。
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| 內容簡介： |
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本书作为机器人领域的入门教材，旨在为初学者学习机器人相关知识和技术提供一个全面而深入的视角。首先，通过概述机器人的发展历史、应用分类和技术组成，帮助读者建立对机器人技术的初步认识。其次，对研制机器人所涉及的核心关键技术做了系统性阐述。本书共8章，全面深入地介绍了机器人技术的不同组成部分，包括机器人的机械结构、动力系统、传感技术、微控制器、机器视觉、机器人规划和定位与建图，指导读者搭建机器人躯体、组建感知和控制系统，并对移动机器人运动进行定位和规划，这些都是构建一个功能完备的机器人不可或缺的要素。 本书适合作为普通高校机器人、自动化、人工智能、智能制造等专业的教材，为学生进一步深入学习机器人相关知识奠定基础。本书也可作为相关工程技术人员的参考资料。 本书配有电子课件，请选用本书作教材的教师登录www.cmpedu.com注册后下载，或发邮件至jinacmp@163.com索取。
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序前言第1章 绪论11.1 机器人的定义与分类11.2 机器人的发展与应用21.3 机器人关键技术6本章小结7习题8参考文献8第2章 机器人机构92.1 机构设计概述92.1.1 基本概念102.1.2 设计流程112.1.3 设计准则122.2 机构传动132.2.1 渐开线的形成142.2.2 主要参数及计算142.2.3 定常传动比与中心距152.2.4 齿轮轮系162.2.5 机器人齿轮传动应用案例172.2.6 连杆机构及特点182.2.7 平面四连杆类型182.2.8 平面四连杆机构的计算202.3 轴系212.3.1 滚动轴承212.3.2 滑动轴承222.3.3 轴系安装与使用232.4 紧固与联接 242.4.1 键联接242.4.2 销联接252.4.3 胶接262.4.4 紧定螺钉联接262.4.5 联轴器联接27本章小结27习题27参考文献28第3章 机器人驱动293.1 驱动的功能与类型293.1.1 驱动的功能293.1.2 驱动的类型313.2 直流电机的工作原理363.2.1 有刷直流电机373.2.2 无刷直流电机383.2.3 电机的控制模型393.3 直流电机驱动403.3.1 电机调速原理403.3.2 脉宽调制技术413.3.3 直流电机驱动器433.4 直流电机伺服控制443.4.1 开环控制453.4.2 闭环控制463.4.3 伺服的替代方案483.5 驱动的选型50本章小结55习题56参考文献56第4章 机器人传感器584.1 机器人传感器概述584.1.1 机器人传感器的定义与作用584.1.2 机器人传感器的分类604.1.3 机器人传感器的性能614.1.4 机器人传感器信号处理634.1.5 机器人传感器系统展望644.2 机器人位置姿态传感器654.2.1 机器人位置传感器654.2.2 机器人姿态传感器694.3 机器人运动传感器714.3.1 机器人速度传感器714.3.2 机器人加速度传感器724.3.3 机器人角速度传感器724.3.4 基于卡尔曼滤波的运动学传感器抗噪应用案例734.4 机器人测距传感器764.4.1 超声波测距传感器764.4.2 激光测距传感器774.4.3 红外测距传感器794.4.4 其他测距传感器804.5 视觉传感器804.5.1 视觉传感器分类及工作原理804.5.2 标定方法824.5.3 基于视觉YOLOv5的喷码识别应用案例864.6 力触觉传感器874.6.1 力触觉传感器分类与工作原理874.6.2 多维力触觉信号解耦方法904.6.3 基于光纤光栅式六维力传感器的设计案例924.7 机器人其他传感器93本章小结94习题94参考文献95第5章 机器人微控制器965.1 机器人微控制器概述965.1.1 微控制器的定义965.1.2 微控制器的发展历史975.1.3 微控制器的性能指标995.1.4 微控制器的发展趋势1005.2 微控制器原理1015.2.1 微控制器的组成1015.2.2 微控制器的工作过程1045.3 微控制器模块与接口技术1075.3.1 通用输入/输出1075.3.2 定时器/计数器1085.3.3 中断1095.3.4 串行通信1105.4 Arduino微控制器1135.4.1 Arduino微控制器概述1135.4.2 Arduino微控制器接口1135.4.3 Arduino微控制器编程1155.4.4 Arduino微控制器应用117本章小结120习题121参考文献121第6章 机器人视觉1226.1 机器人视觉简介1226.1.1 传感器及成像原理1226.1.2 常见机器人视觉应用1236.1.3 机器人视觉的挑战1246.2 图像及相机建模1256.2.1 图像1256.2.2 相机建模1256.2.3 相机标定1276.3 三维建模1286.3.1 双目几何1286.3.2 双目矫正1296.3.3 双目匹配1306.4 特征检测与匹配1326.4.1 特征点1326.4.2 描述子1346.4.3 特征匹配及位姿估计1376.5 物体语义理解1376.5.1 样例识别1376.5.2 物体分类139本章小结140习题141参考文献142第7章 机器人规划1437.1 机器人规划简介1437.1.1 运动规划基本概念1437.1.2 常用导航地图形式1467.2 基于搜索的路径规划算法1537.2.1 基于搜索的路径规划算法概述1537.2.2 深度优先搜索1567.2.3 广度优先搜索1577.2.4 贪心算法1597.2.5 Dijkstra算法1597.2.6 A*算法1617.3 基于采样的路径规划算法1637.3.1 基于采样的路径规划算法概述1637.3.2 概率路线图算法1647.3.3 快速探索随机树算法1667.3.4 RRT*算法及改进算法1687.4 轨迹优化1707.4.1 轨迹优化基本介绍1707.4.2 光滑一维轨迹生成1717.4.3 Minimum snap轨迹生成1727.4.4 软约束和硬约束下的轨迹优化1747.5 应用实例1767.5.1 基于可行空间的轨迹优化实例1767.5.2 软约束的轨迹优化实例179本章小结182习题182参考文献183第8章 机器人定位与建图1848.1 机器人定位与建图简介1848.1.1 机器人自主导航基本概念1848.1.2 机器人定位基本概念1858.1.3 机器人建图基本概念1858.1.4 机器人同步定位与建图基本概念1868.2 机器人定位的主要方法1878.2.1 基于外部设备感知的定位1878.2.2 不依赖外部设备感知的自主定位1908.2.3 贝叶斯滤波框架下的自主定位算法1948.3 机器人地图的表示1978.3.1 稀疏特征点地图1978.3.2 稠密点云地图1988.3.3 占用栅格地图1998.3.4 语义地图2018.3.5 拓扑地图2028.4 机器人同步定位与建图的常用算法2048.4.1 基于二维激光雷达的同步定位与建图常用算法2048.4.2 基于三维激光雷达的同步定位与建图常用算法2058.4.3 基于视觉的同步定位与建图常用算法2068.4.4 基于多传感器信息融合的同步定位与建图常用算法2078.5 机器人定位与建图的挑战与发展趋势2108.5.1 机器人定位与建图面临的挑战2108.5.2 机器人定位与建图的发展趋势211本章小结211习题212参考文献212
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2024年12月随着科技的飞速发展，人类社会正经历着前所未有的变革。在这个变革的过程中，新工科的建设成为推动科技进步和社会发展的关键力量之一。新工科不仅仅关注传统工程学科的知识体系，更加强调跨学科知识的融合与应用，以及创新能力的培养，这为我国乃至全球的工业升级提供了坚实的人才基础和技术支持。机器人专业具有多学科交叉融合、理论与实践结合、硬件和软件并重等特点，是非常好的新工科创新人才培养载体，其发展正日益成为衡量国家科技创新能力和产业竞争力的重要标志。自2016年以来，全国已有300多所高校获批成立机器人工程专业。机器人导论作为机器人工程专业的入门课程，不仅是学生踏入这一高科技领域的基石，更是他们构建未来职业道路的重要起点。这门课程不仅承担着传授基础知识的任务，还肩负着激发学生兴趣、培养创新思维、奠定扎实技能基础的重要使命。 本书是机器人领域的入门教材，旨在为初学者学习机器人知识提供一个全面而深入的视角。首先，通过第1章绪论概述机器人的发展历史、应用分类和技术组成，帮助读者建立起对机器人技术的初步认识。接着，通过第2～8章全面深入地介绍机器人技术的不同组成部分，包括机器人的机构、驱动、传感器、微控制器、机器人视觉、机器人规划、定位与建图。这些内容是构建一个功能完备机器人不可或缺的要素。 本书深入浅出、较为全面地介绍了机器人技术各方面的基础理论，注重知识的完整性与系统性。本书适合作为普通高校机器人、自动化、人工智能、智能制造等专业的教材，也可作为相关工程技术人员的参考资料。 本书的编写汇集了国内机器人领域各方面的专家，得到了浙江大学、湖南大学、国防科技大学的大力支持。第1章由熊蓉执笔，第2章由朱秋国执笔，第3章由周春琳执笔，第4章由梁桥康执笔，第5章由王酉执笔，第6章由王越执笔，第7章由高飞执笔，第8章由卢惠民执笔，由熊蓉、王酉、梁桥康负责统稿。在此，衷心感谢对本书编写给予帮助和支持的各方人士。 由于编者水平有限，书中难免有不妥之处，欢迎广大读者提出宝贵意见和建议，以便我们在后续版本中不断完善和改进。您的反馈将是我们持续前进的动力。 编 者
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