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人形機器人技術基礎與應用 版權信息
- ISBN：9787111772705
- 條形碼：9787111772705 ; 978-7-111-77270-5
- 裝幀：平裝-膠訂
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
人形機器人技術基礎與應用 本書特色
本書遵循教指委相關指導文件和高等院校學生學習規律編寫而成。踐行四新理念，融入思政元素，注重理論與實踐相結合。
人形機器人技術基礎與應用 內容簡介
本書為適應機器人新技術的快速發展和新工科專業的人才培養要求編寫，是一本全面介紹人形機器人技術的教材，內容覆蓋從基礎理論到前沿技術的廣泛知識，系統闡述了人形機器人運動學與動力學建模、行走控制基礎、運動學習控制、導航控制、感知技術、機構設計及運動控制實踐等內容。 本書內容豐富、結構合理，突出了知識的系統性、應用性和前沿性，體現了選材的新穎性。讀者通過系統學習，可以系統掌握人形機器人技術的基本原理和實際應用知識，為將來從事人形機器人技術研究和實踐奠定堅實的基礎。 本書可作為普通高校機器人工程、自動化、人工智能、機械電子、電子信息等專業本科生和相關學科研究生的教材，也可供從事人形機器人技術研究開發的工程技術人員和科研人員參考和使用。 本書配有電子課件等教學資源，歡迎選用本書作教材的教師登錄www.cmpedu.com注冊后下載，或發郵件至jinacmp@163.com索取。
人形機器人技術基礎與應用人形機器人技術基礎與應用 前言
人形機器人作為*高形態的仿生機器人，具有類似人類的形態和動作能力，能模仿人類的動作和行為，適應多變的環境和任務需求，更自然地與人類進行交互，可以更好地融入人類社會環境，為人類服務。在人類社會邁向自動化和智能化的進程中，人形機器人作為前沿科技和新質生產力的代表，正逐漸從實驗室走向實際應用場景，成為推動社會進步和經濟發展的重要力量。自20世紀中期以來，機器人技術經歷了從工業機器人到服務機器人，再到如今的人形機器人這一跨越式的發展歷程。人形機器人已在工業制造、醫療康復、家庭服務等領域展現出了巨大的應用潛力，必將在社會生產和生活中成為人類的得力助手。我們正迎來一個前所未有的技術革命時代，這不僅改變了傳統的生產生活方式，也在深刻影響著社會的各個方面。
為更好地適應這一變革、培養未來的科技創新人才，我們編寫了本書。它不僅是一本系統介紹人形機器人技術的教材，更是一本面向未來、培養創新人才的重要參考書。希望本書能夠為新工科專業的建設和發展提供有力支持，幫助更多的學生掌握前沿技術，成為引領未來科技發展的中堅力量。
本書是國內**本以本科生為主要對象的人形機器人教材，內容涵蓋了從人形機器人技術基礎理論到實際應用的各個方面，主要有以下特色。
1.系統性。本書內容系統全面，涵蓋了人形機器人技術的各個關鍵領域。
人形機器人技術基礎與應用 目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 人形機器人的發展現狀 3
1.2.1 國外發展現狀 3
1.2.2 國內發展現狀 7
1.3 系統組成與關鍵技術 9
1.3.1 系統組成 9
1.3.2 關鍵技術 14
1.4 應用領域與前景展望 15
1.4.1 應用領域 15
1.4.2 前景展望 16
思考題與習題 18
第2章 人形機器人運動學與動力學 19
2.1 基礎知識 19
2.1.1 剛體旋轉 20
2.1.2 旋轉表示 23
2.1.3 剛性運動和齊次變換 34
2.2 人形機器人運動學 37
2.2.1 運動學概述 38
2.2.2 正運動學 43
2.2.3 逆運動學 44
2.2.4 微分運動學 46
2.3 人形機器人動力學 52
2.3.1 動力學概述 52
2.3.2 牛頓-歐拉法 53
2.3.3 拉格朗日法 56
思考題與習題 58
第3章 人形機器人行走控制基礎 60
3.1 概述 60
3.2 穩定性分析 61
3.2.1 ZMP穩定性判據 61
3.2.2 其他穩定性判據 66
3.3 步態規劃 68
3.3.1 倒立擺模型 68
3.3.2 ZMP步態規劃 68
3.3.3 其他步態規劃 72
3.4 行走控制 81
3.4.1 模型預測控制 81
3.4.2 全身控制 85
思考題與習題 92
第4章 人形機器人學習控制 93
4.1 強化學習基礎 93
4.1.1 強化學習的基本概念 93
4.1.2 深度強化學習算法 96
4.1.3 機器人的強化學習控制框架 102
4.2 人形機器人運動控制算法設計 102
4.2.1 基礎強化學習任務示例 103
4.2.2 人形機器人觀察值空間設計 104
4.2.3 人形機器人動作值空間設計 109
4.2.4 人形機器人獎勵值設計 112
4.2.5 人形機器人重置方法 114
4.3 動力學仿真配置與優化 116
4.3.1 機器人參數設置 116
4.3.2 環境參數隨機化 119
4.4 人形機器人運動控制實例 121
思考題與習題 123
第5章 人形機器人導航 124
5.1 概述 124
5.1.1 同時定位與建圖理論 125
5.1.2 定位技術 126
5.1.3 路徑規劃技術 127
5.2 SLAM 128
5.2.1 SLAM的基礎知識 128
5.2.2 SLAM算法 130
5.2.3 SLAM實例 134
5.3 機器人路徑規劃 136
5.3.1 全局路徑規劃 137
5.3.2 局部路徑規劃 142
5.4 機器人導航應用實例 146
5.4.1 全局導航 147
5.4.2 局部導航 149
5.4.3 探索與建圖 150
思考題與習題 151
第6章 人形機器人感知系統 152
6.1 概述 152
6.1.1 人形機器人感知系統的組成與分類 152
6.1.2 人形機器人感知系統的發展趨勢 153
6.2 人形機器人內部傳感器 154
6.2.1 編碼器 154
6.2.2 MEMS慣性傳感器 155
6.3 人形機器人外部傳感器 158
6.3.1 視覺傳感器 158
6.3.2 力傳感器與觸覺傳感器 162
6.3.3 聽覺傳感器 165
6.4 機器人多傳感器信息融合 168
6.4.1 多傳感器信息融合的概念 168
6.4.2 多傳感器信息融合的分類與方法 168
6.4.3 多傳感器信息融合的典型應用 170
思考題與習題 172
第7章 人形機器人視覺感知技術 173
7.1 概述 173
7.2 二維視覺感知技術 174
7.2.1 二維圖像 174
7.2.2 二維圖像處理技術基礎 175
7.2.3 目標檢測與識別 177
7.2.4 YOLO系列算法 180
7.2.5 目標追蹤與狀態估計 183
7.3 三維視覺感知技術 186
7.3.1 三維點云 186
7.3.2 三維點云處理技術基礎 187
7.3.3 物體姿態估計 189
7.4 視覺感知技術應用 193
7.4.1 人臉檢測與識別 193
7.4.2 人臉表情識別 195
7.4.3 行為識別與預測 197
7.4.4 環境感知和場景理解 199
思考題與習題 201
第8章 人形機器人機構設計 202
8.1 概述 202
8.2 總體方案分析 204
8.2.1 設計需求 204
8.2.2 人形機器人系統設計方案 204
8.3 驅動機構設計 207
8.3.1 驅動的基本概念 207
8.3.2 驅動的分類與特點 208
8.3.3 關節的驅動方式 209
8.3.4 材料的選擇 210
8.4 傳動機構設計 211
8.4.1 機器人傳動機構簡介 211
8.4.2 傳動機構的基礎知識 212
8.4.3 傳動方式的設計 213
8.4.4 傳動軸的設計 217
8.5 系統集成機構設計 219
8.5.1 機器人系統構成 219
8.5.2 傳感系統設計 220
8.5.3 零部件加工與組裝 220
8.5.4 系統調試與實驗 224
思考題與習題 225
第9章 人形機器人運動控制實踐 226
9.1 概述 226
9.2 仿真系統集成 228
9.2.1 仿真環境構建 228
9.2.2 仿真模型搭建 234
9.2.3 機器人系統集成 238
9.3 運動控制應用實例 245
9.3.1 機器人平衡站立 245
9.3.2 機器人行走 249
9.3.3 機器人復雜地形行走 253
9.3.4 機器人跳躍 257
思考題與習題 262
附錄 264
附錄A 常用符號表 264
附錄B 特殊三角函數 265
附錄C 自主導航系統的安裝與使用 266
參考文獻 268
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 人形機器人的發展現狀 3
1.2.1 國外發展現狀 3
1.2.2 國內發展現狀 7
1.3 系統組成與關鍵技術 9
1.3.1 系統組成 9
1.3.2 關鍵技術 14
1.4 應用領域與前景展望 15
1.4.1 應用領域 15
1.4.2 前景展望 16
思考題與習題 18
第2章 人形機器人運動學與動力學 19
2.1 基礎知識 19
2.1.1 剛體旋轉 20
2.1.2 旋轉表示 23
2.1.3 剛性運動和齊次變換 34
2.2 人形機器人運動學 37
2.2.1 運動學概述 38
2.2.2 正運動學 43
2.2.3 逆運動學 44
2.2.4 微分運動學 46
2.3 人形機器人動力學 52
2.3.1 動力學概述 52
2.3.2 牛頓-歐拉法 53
2.3.3 拉格朗日法 56
思考題與習題 58
第3章 人形機器人行走控制基礎 60
3.1 概述 60
3.2 穩定性分析 61
3.2.1 ZMP穩定性判據 61
3.2.2 其他穩定性判據 66
3.3 步態規劃 68
3.3.1 倒立擺模型 68
3.3.2 ZMP步態規劃 68
3.3.3 其他步態規劃 72
3.4 行走控制 81
3.4.1 模型預測控制 81
3.4.2 全身控制 85
思考題與習題 92
第4章 人形機器人學習控制 93
4.1 強化學習基礎 93
4.1.1 強化學習的基本概念 93
4.1.2 深度強化學習算法 96
4.1.3 機器人的強化學習控制框架 102
4.2 人形機器人運動控制算法設計 102
4.2.1 基礎強化學習任務示例 103
4.2.2 人形機器人觀察值空間設計 104
4.2.3 人形機器人動作值空間設計 109
4.2.4 人形機器人獎勵值設計 112
4.2.5 人形機器人重置方法 114
4.3 動力學仿真配置與優化 116
4.3.1 機器人參數設置 116
4.3.2 環境參數隨機化 119
4.4 人形機器人運動控制實例 121
思考題與習題 123
第5章 人形機器人導航 124
5.1 概述 124
5.1.1 同時定位與建圖理論 125
5.1.2 定位技術 126
5.1.3 路徑規劃技術 127
5.2 SLAM 128
5.2.1 SLAM的基礎知識 128
5.2.2 SLAM算法 130
5.2.3 SLAM實例 134
5.3 機器人路徑規劃 136
5.3.1 全局路徑規劃 137
5.3.2 局部路徑規劃 142
5.4 機器人導航應用實例 146
5.4.1 全局導航 147
5.4.2 局部導航 149
5.4.3 探索與建圖 150
思考題與習題 151
第6章 人形機器人感知系統 152
6.1 概述 152
6.1.1 人形機器人感知系統的組成與分類 152
6.1.2 人形機器人感知系統的發展趨勢 153
6.2 人形機器人內部傳感器 154
6.2.1 編碼器 154
6.2.2 MEMS慣性傳感器 155
6.3 人形機器人外部傳感器 158
6.3.1 視覺傳感器 158
6.3.2 力傳感器與觸覺傳感器 162
6.3.3 聽覺傳感器 165
6.4 機器人多傳感器信息融合 168
6.4.1 多傳感器信息融合的概念 168
6.4.2 多傳感器信息融合的分類與方法 168
6.4.3 多傳感器信息融合的典型應用 170
思考題與習題 172
第7章 人形機器人視覺感知技術 173
7.1 概述 173
7.2 二維視覺感知技術 174
7.2.1 二維圖像 174
7.2.2 二維圖像處理技術基礎 175
7.2.3 目標檢測與識別 177
7.2.4 YOLO系列算法 180
7.2.5 目標追蹤與狀態估計 183
7.3 三維視覺感知技術 186
7.3.1 三維點云 186
7.3.2 三維點云處理技術基礎 187
7.3.3 物體姿態估計 189
7.4 視覺感知技術應用 193
7.4.1 人臉檢測與識別 193
7.4.2 人臉表情識別 195
7.4.3 行為識別與預測 197
7.4.4 環境感知和場景理解 199
思考題與習題 201
第8章 人形機器人機構設計 202
8.1 概述 202
8.2 總體方案分析 204
8.2.1 設計需求 204
8.2.2 人形機器人系統設計方案 204
8.3 驅動機構設計 207
8.3.1 驅動的基本概念 207
8.3.2 驅動的分類與特點 208
8.3.3 關節的驅動方式 209
8.3.4 材料的選擇 210
8.4 傳動機構設計 211
8.4.1 機器人傳動機構簡介 211
8.4.2 傳動機構的基礎知識 212
8.4.3 傳動方式的設計 213
8.4.4 傳動軸的設計 217
8.5 系統集成機構設計 219
8.5.1 機器人系統構成 219
8.5.2 傳感系統設計 220
8.5.3 零部件加工與組裝 220
8.5.4 系統調試與實驗 224
思考題與習題 225
第9章 人形機器人運動控制實踐 226
9.1 概述 226
9.2 仿真系統集成 228
9.2.1 仿真環境構建 228
9.2.2 仿真模型搭建 234
9.2.3 機器人系統集成 238
9.3 運動控制應用實例 245
9.3.1 機器人平衡站立 245
9.3.2 機器人行走 249
9.3.3 機器人復雜地形行走 253
9.3.4 機器人跳躍 257
思考題與習題 262
附錄 264
附錄A 常用符號表 264
附錄B 特殊三角函數 265
附錄C 自主導航系統的安裝與使用 266
參考文獻 268
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