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第1章 绪论1

1.1 移动机器人概述1

1.1.1 移动机器人的定义1

1.1.2 移动机器人的发展概况1

1.2 移动机器人的结构与分类3

1.2.1 移动机器人的结构3

1.2.2 移动机器人的分类4

1.3 移动机器人的研究领域及关键技术6

1.4 移动机器人的应用及展望7

第2章 移动机器人的传感器9

2.1 机器人内部传感器10

2.1.1 位置传感器11

2.1.2 姿态传感器12

2.1.3 压力传感器14

2.1.4 加速度传感器16

2.2 机器人外部传感器17

2.2.1 接近觉传感器17

2.2.2 触觉传感器22

2.2.3 力觉传感器27

2.2.4 温度传感器29

2.2.5 气体传感器32

2.2.6 听觉传感器32

2.2.7 视觉传感器34

2.2.8 深度传感器36

2.3 传感器的性能指标36

2.4 多传感器信息融合技术38

2.4.1 多传感器信息融合的关键问题38

2.4.2 信息融合的具体方法39

2.4.3 多传感器信息融合的结构和控制41

2.5 小结42

2.6 练习题43

第3章 移动机器人的通信技术44

3.1 移动机器人通信系统的特点与设计44

3.1.1 移动机器人通信的特点44

3.1.2 移动机器人通信系统设计45

3.2 常用无线通信技术及在移动机器人中的应用46

3.2.1 移动通信系统简介47

3.2.2 移动通信网络在机器人中的应用47

3.2.3 红外技术48

3.2.4 蓝牙通信技术49

3.2.5 ZigBee通信技术51

3.2.6 Wi-Fi通信息技术55

3.2.7 Ad Hoc通信技术58

3.2.8 UWB超宽带通信息技术60

3.3 基于Internet/Web的远程移动机器人61

3.3.1 基于Internet的远程机器人61

3.3.2 基于Web的远程机器人62

3.4 物联网技术65

3.4.1 物联网定义及本质65

3.4.2 物联网的技术特点65

3.5 小结67

3.6 练习题68

第4章 移动机器人运动学与动力学69

4.1 机器人位置运动学69

4.1.1 空间点表示69

4.1.2 齐次变换的表示70

4.2 机器人的运动学71

4.2.1 正运动学分析72

4.2.2 机器人的工作空间研究74

4.2.3 逆运动学求解76

4.3 微分运动和速度77

4.3.1 微分关系77

4.3.2 刚体运动的速度78

4.3.3 雅可比矩阵78

4.4 移动机器人动力学79

4.4.1 牛顿－欧拉方程79

4.4.2 轮式机器人的动力学分析81

4.5 小结84

4.6 练习题85

第5章 移动机器人控制技术86

5.1 经典控制技术86

5.1.1 模拟PID控制器的数学模型87

5.1.2 数字PID控制器的数学模型87

5.2 现代控制技术89

5.2.1 机器人变结构控制89

5.2.2 机器人自适应控制91

5.3 智能控制技术94

5.3.1 智能控制的基本概念95

5.3.2 智能控制系统的分类99

5.3.3 移动机器人的轨迹跟踪迭代学习控制104

5.3.4 移动机器人模糊神经网络避障105

5.4 小结111

5.5 练习题111

第6章 移动机器人视觉技术112

6.1 移动机器人视觉系统112

6.1.1 移动机器人视觉系统概述112

6.1.2 移动机器人单目视觉系统114

6.1.3 移动机器人双目视觉系统116

6.1.4 移动机器人全景视觉系统117

6.1.5 移动机器人网络摄像头118

6.2 摄像机标定118

6.2.1 摄像机的畸变模型119

6.2.2 摄像机标定技术120

6.3 灰度图像处理125

6.3.1 二值图像处理125

6.3.2 图像分割127

6.4 彩色图像处理130

6.4.1 颜色空间130

6.4.2 颜色分割133

6.5 移动机器人视觉导航134

6.5.1 室内移动机器人视觉导航135

6.5.2 ALV的视觉导航143

6.6 小结147

6.7 练习题147

第7章 移动机器人定位与路径规划148

7.1 定位的概念148

7.2 移动机器人的相对定位149

7.3 移动机器人的绝对定位150

7.3.1 GPS定位151

7.3.2 路标定位153

7.4 路径规划、环境理解与环境建模154

7.4.1 路径规划的概念154

7.4.2 环境理解155

7.4.3 环境建模的典型方法155

7.5 A＊/D＊法进行路径规划159

7.5.1 状态空间搜索159

7.5.2 A＊算法路径规划161

7.5.3 D＊算法路径规划162

7.6 遗传算法动态路径规划163

7.7 基于视觉与自适应模糊的路径导航166

7.8 移动机器人同步定位与地图构建171

7.8.1 同步定位与地图构建综述171

7.8.2 同步定位与地图构建的关键问题172

7.8.3 基于EKF模型的SLAM算法172

7.8.4 基于卡尔曼滤波器的SLAM实例175

7.9 小结176

7.10 练习题177

第8章 移动机器人人工智能178

8.1 人工智能简介178

8.1.1 人工智能的基础179

8.1.2 人工智能的研究阶段184

8.1.3 人工智能的研究对象和范围185

8.1.4 人工智能的研究与应用领域186

8.1.5 人工智能的发展方向188

8.2 人工智能在移动机器人领域的典型应用189

8.2.1 规划技术189

8.2.2 感知技术190

8.2.3 专家系统191

8.2.4 自然语言理解192

8.3 人工智能在移动机器人领域中的应用举例193

8.3.1 专家系统在移动机器人控制中的应用193

8.3.2 人工智能在移动机器人自主导航技术中的应用196

8.4 小结208

8.5 练习题209

第9章 移动机器人人机接口210

9.1 人机接口的概念210

9.2 国内外研究状况210

9.3 移动机器人人机接口212

9.3.1 基于操纵杆控制的人机接口212

9.3.2 基于按键、菜单、触摸屏控制的人机接口212

9.3.3 基于语音的人机接口213

9.3.4 基于手势的人机接口217

9.3.5 基于呼吸控制的人机接口223

9.3.6 基于注视机制的人机接口223

9.3.7 基于眼动控制的人机接口224

9.3.8 基于脑波信号的人机接口224

9.3.9 基于肌电信学的人机接口226

9.3.10 远程控制系统中的人机接口226

9.4 智能轮椅人机接口228

9.5 信息无障碍人机交互229

9.5.1 信息无障碍229

9.5.2 信息无障碍关键技术230

9.5.3 无障碍人机交互230

9.6 理想的人机交互与新一代人机交互展望231

9.7 小结233

9.8 练习题233

第10章 智能轮椅234

10.1 概述234

10.1.1 引言234

10.1.2 智能轮椅的国内外研究现状234

10.1.3 智能轮椅的发展趋势237

10.2 智能轮椅的机构及功能分析238

10.2.1 智能轮椅的系统结构238

10.2.2 智能轮椅系统的硬件结构239

10.2.3 智能轮椅系统的功能分析241

10.3 智能轮椅的导航与交互241

10.3.1 智能轮椅的导航系统241

10.3.2 智能轮椅的人机交互系统243

10.4 小结245

10.5 练习题246

第11章 智能声控机器人的制作247

11.1 微控制器主板的制作247

11.2 电源的选择或制作251

11.2.1 保险丝的选择251

11.2.2 倍压和极性转换252

11.2.3 电池电压检测器253

11.3 步进电机驱动器的制作254

11.3.1 步进电机参数254

11.3.2 步进电机的控制255

11.4 语音控制的制作259

11.5 PIC步进电机驱动器的制作262

11.6 软件系统设计264

11.7 小结269

11.8 练习题269

参考文献270

名词索引277