具身智能機器人概論

李方園，浙江工商職業技術學院慈溪學院院長，教授/ 工程師，省高職高專自動化專業帶頭人，寧波市自動化學會秘書長。長期從事智能制造方面的教科研工作，出版專著3部，主編3本 規劃教材，是電工電子類暢銷書作者。獲得省科研成果獎1項，主持省級精品課程1門、省級課題2項、市廳級課題6項，發表核心十餘篇。參與制定 職業技能標準2項。

前言
學習情境1 具身智慧機器人的定義與起源
1.1 具身智慧機器人的定義與應用
1.1.1 具身智慧機器人的定義
1.1.2 具身智慧機器人與傳統工業機器人的差異
1.1.3 具身智慧機器人的優勢與典型應用領域
1.2 具身智慧機器人的關鍵技術
1.2.1 具身智慧機器人的系統架構
1.2.2 智慧感知技術
1.2.3 多模態融合技術與核心大模型
1.2.4 機器人仿生機構設計
1.2.5 人機協作與互動技術
1.3 具身智能的認知與適配
1.3.1 腦身耦合的認知運作原理
1.3.2 進化視角下的具身適配機制
1.3.3 動物具身行為的典型案例與啟示
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思考與練習
學習情境2 具身智慧機器人系統技術基礎
2.1 具身智慧機器人的“身體”
2.1.1 具身智慧機器人「身體」的核心組成與功能
2.1.2 馬達驅動系統原理與應用
2.1.3 液壓驅動系統基礎
2.1.4 執行機構與驅動系統選用原則
2.2 具身智慧機器人的“感官”
2.2.1 多模態感測器系統整體架構
2.2.2 視覺感測器原理與應用場景
2.2.3 雷射感測器技術特點與功能
2.2.4 力覺感測器工作機制與應用
2.2.5 其他常用感測器簡介
2.3 具身智慧機器人的“神經”與“大腦”
2.3.1 “神經”與“大腦”控制器的核心功能與工作原理
2.3.2 “大腦”計算單元選用與性能要求
2.3.3 ROS 2基礎架構
2.3.4 ROS 2在具身智慧機器人的應用入門
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思考與練習
學習情境3 四足機器人的具身智能實現
3.1 四足機器人認知與系統架構
3.1.1 四足機器人的具身特性與應用場景
3.1.2 四足機器人的機械結構、感知模組與驅動控制單元
3.1.3 具身智能在四足機器人的核心作用
3.2 四足機器人核心具身技術
3.2.1 基於感測器的環境感知與地圖識別
3.2.2 步態規劃與運動控制
3.2.3 多感測器融合與姿態穩定控制
3.3 四足機器人的實務開發與調試
3.3.1 四足機器人的典型系統架構
3.3.2 核心演算法實作與參數最佳化
3.3.3 虛實遷移調試與典型場景驗證
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思考與練習
學習情境4 人形機器人的具身智慧實現
4.1 人形機器人的配置與關節
4.1.1 人形機器人的配置
4.1.2 典型人形機器人的關節順序名稱與關節限位
4.1.3 人形機器人的肢體運動
4.2 人形機器人的關節驅動方式
4.2.1 關節驅動概述
4.2.2 馬達驅動
4.2.3 液壓驅動
4.2.4 仿生驅動
4.2.5 足部機構
4.3 人形機器人的具身感知與環境交互
4.3.1 視覺感知系統配置
4.3.2 力/力矩感測器在步態穩定的應用
4.3.3 人形機器人的環境交互
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思考與練習
學習情境5 靈巧手的具身智慧實現
5.1 靈巧手的構型與核心特性
5.1.1 靈巧手的具身認知內涵與應用場景
5.1.2 典型靈巧手構型設計
5.1.3 靈巧手的具身互動核心需求
5.2 靈巧手的關節結構與傳動系統
5.2.1 手指關節類型與自由度配置
5.2.2 典型傳動方式
5.2.3 關節限位與安全保護設計
5.2.4 腕部設計
5.3 靈巧手的驅動與感知系統
5.3.1 驅動方式選型
5.3.2 觸覺感測器配置與訊號擷取
5.3.3 常見靈巧手驅動與感知技術指標
5.4 靈巧手具身控制核心技術
5.4.1 抓取姿態規劃
5.4.2 多指協同核心演算法
5.4.3 基於視觸覺融合的自適應抓取控制
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思考與練習
學習情境6 具身智慧機器人的典型應用
6.1 服務機器人
6.1.1 具身智能融入服務機器人
6.1.2 家事服務機器人與公共服務機器人的差異
6.1.3 家事服務機器人需求與產品技術特性
6.1.4 公共服務機器人的主動交互分析模型
6.2 復健與醫療機器人
6.2.1 具身智能融入復健與醫療機器人
6.2.2 肢體復健機器人
6.2.3 兒科護理具身智慧機器人
6.2.4 微創操作機器人與診斷支援系統
6.3 協作機器人
6.3.1 具身智能融入協作機器人
6.3.2 焊接協作機器人
6.3.3 打磨協作機器人
6.4 巡檢機器人
6.4.1 具身智能融入巡檢機器人
6.4.2 巡檢機器人環境模型的建立
6.4.3 巡檢機器人路徑規劃的粒子群演算法
6.4.4 巡檢機器人路徑規劃的蟻群演算法
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思考與練習
學習情境7 具身智慧機器人的挑戰與機遇
7.1 技術挑戰
7.1.1 複雜環境的感知與建模瓶頸
7.1.2 能耗、成本與工程化實現難題
7.2 倫理挑戰
7.2.1 人機互動中的安全與倫理邊界
7.2.2 隱私保護與社會接受度
7.3 未來發展方向
7.3.1 腦機介面與具身智慧的深度融合
7.3.2 微型化、輕量化具身智慧系統
7.3.3 通用具身智能的探索路徑
拓展閱讀
思考與練習
參考文獻