機器人學及其應用導論

陶永，男，1979年出生，北京航空航天大學副研究員，博導，2009年畢業於北京航空航天大學機械電子工程專業，獲工學博士學位。主要研究方向為智能機器人先進控制技術與集成應用、嵌入式機電一體化控制、智能製造和航空領域發展戰略研究等。
在期刊和國際會議上發表論文80餘篇，其中SCI收錄20餘篇，EI/ISTP收錄30餘篇，申請國家發明專利20餘項，已授權12項。
主編教材1本，參編3本。
中國機械工程學會機器人分會專家委委員，中國電子學會嵌入式系統與機器人分會專家委專家，中國機電一體化技術應用協會標準化工作委員會專家委員。獲得2020年機械工業科學技術獎一等獎“高精度模塊化人機協作機器人關鍵技術及產業化”；2019年上海市技術發明獎二等獎“基於模塊化體系結構的智能移動機器人關鍵技術及其應用”；、2017年“江蘇省科技進步獎”二等獎；2016年機械工業科學技術獎二等獎1項。“第二屆中國科協優秀科技論文”獎、“F5000中國精品科技期刊d尖學術論文”獎獲得者；獲得2020 首屆全國機械工業設計創新大賽金；2019年中國機電一體化技術應用協會成立30週年“製造好青年獎”。

王田苗，1960年出生，1982年、1984年、1990年分別在西安交通大學大學、西北工業大學獲得學士、碩士與博士學位，1990-1995年分別在清華大學智能技術與系統國家重點實驗室從事地面移動機器人研究博士後與意大利國家仿生實驗室從事醫療外科機器人研究博士後。
現為北航機器人研究所教授博導，機械工業服務機器人重點實驗室主任與智能技術與機器人工程技術中心主任，校學術委員會副主任委員。曾獲得國家教育部特聘教授長江學者，國家傑出青年基金獲得者，國務院學位委員會學科評議組成員及國家自然科學基金信息領域評審專家組成員，國防科技機器人創新團隊帶頭人，“新世紀百千萬人才工程”國j級人選，突出專家國務院政府津貼獲得者等，曾聘為國家863計劃“十五”機器人主題專家組組長、“十一五”先進製造技術領域專家組組長及中國製造業信息化專家組副組長，“十二五”服務機器人重點項目專家組組長，北航機械工程及自動化學院院長，北航機器人研究所所長。
近年來主要從事嵌入式智能感知與控制以及在醫療外科機器人、特種服務機器人等方面理論技術和應用研究。
在1997年國內率先開展了醫療外科機器人研究，成功應用於上千例臨床應用，2013年參加了第29屆南極科

目錄
第1章緒論
1.1機器人學的起源與發展歷史
1.1.1機器人的發展歷程
1.1.2機器人技術的研究領域與學科範圍
1.1.3機器人的發展趨勢
1.2機器人的定義和特點
1.2.1機器人的定義
1.2.2機器人的主要特點
1.3機器人分類與體系結構
1.3.1機器人的分類
1.3.2機器人的體系
1.3.3機器人的三大部件及系統集成設計與應用
1.4機器人的應用環境
1.4.1工業機器人的應用環境
1.4.2服務機器人的應用環境
1.4.3特種機器人的應用環境
1.5機器人學的研究領域
1.5.1機器人驅動、建模與控制
1.5.2傳感器與感知系統
1.5.3機器人自動規劃與調度
1.5.4機器人控制系統
1.5.5應用研究
本章小結
參考文獻
思考題
思考題參考答案

第2章機器人結構與驅動
2.1機器人系統特徵與主要參數
2.1.1機器人系統特徵
2.1.2機器人系統主要參數
2.2機械結構
2.2.1連桿
2.2.2關節
2.2.3末端執行器
2.3關節傳動
2.3.1關節軸承
2.3.2傳動裝置
2.3.3驅動裝置——步進電動機驅動器
2.3.4驅動裝置——無刷直流電動機
2.3.5驅動裝置——伺服驅動器
2.3.6串聯機器人
2.3.7並聯機器人
2.3.8串並聯機器人
2.4機器人性能
2.4.1機器人性能指標
2.4.2機器人組件的性能與選擇
本章小結
參考文獻
思考題與練習題
思考題與練習題參考答案

第3章機器人運動學與動力學
3.1位姿描述與齊次變換
3.1.1位置描述
3.1.2姿態描述
3.1.3位姿描述
3.1.4運動坐標系描述
3.1.5齊次坐標變換
3.2正運動學與逆運動學
3.2.1連桿參數與關節變量
3.2.2DH方法與正運動學方程
3.2.3逆運動學方程
3.3雅可比公式
3.3.1雅可比矩陣
3.3.2機器人的微分運動
3.3.3雅可比矩陣的計算
3.4動力學方程
3.4.1拉格朗日法
3.4.2多自由度機器人拉格朗日動力學
3.4.3牛頓歐拉方程
3.5機器人靜態特性與動態特性
3.5.1機器人的靜態特性
3.5.2機器人的動態特性
本章小結
參考文獻
思考題與練習題
思考題與練習題參考答案

第4章機器人傳感器與視覺
4.1機器人傳感器
4.1.1機器人傳感器概述
4.1.2機器人內部傳感器
4.1.3機器人外部傳感器
4.2機器人視覺及圖像處理
4.2.1機器人圖像處理技術
4.2.2機器人視覺
4.3機器人視覺核心技術
4.3.1機器人手眼標定
4.3.2機器人位姿估計
4.3.3機器人視覺伺服控制
4.4機器人傳感器信息融合
4.4.1機器人多傳感器數據融合方法
4.4.2機器人多傳感器融合的應用實例
本章小結
參考文獻
思考題與練習題
思考題與練習題參考答案

第5章機器人規劃與人機交互
5.1機器人任務規劃
5.1.1任務規劃的作用與問題分解
5.1.2機器人任務規劃基本要素
5.1.3機器人規劃系統的任務與方法
5.1.4機器人任務規劃的發展現狀
5.1.5典型的機器人任務規劃系統
5.1.6機器人規劃系統的任務舉例
5.2機器人運動規劃方法
5.2.1機器人運動規劃的概念與發展現狀
5.2.2位形空間
5.2.3障礙
5.2.4圖形搜索類規劃算法
5.2.5基於人工勢場的規劃方法
5.3機器人軌跡規劃
5.3.1機器人軌跡規劃概述與發展現狀
5.3.2機器人關節軌跡的插值
5.3.3笛卡兒空間規劃方法
5.3.4機器人軌跡的實時生成
5.4人機交互
5.4.1人與機器人交互(HRI)概念和發展現狀
5.4.2人機交互技術應用
本章小結
參考文獻
思考題與練習題
思考題與練習題參考答案

第6章機器人典型控制算法
6.1PID控制方法
6.1.1PID控制算法原理
6.1.2PID控制算法分類
6.1.3改進型PID控制器
6.1.4PID控制方法的參數整定與自整定
6.2自適應模糊控制算法
6.2.1基本概念
6.2.2基本原理
6.2.3模糊控制器的設計
6.2.4自適應模糊控制器的設計
6.2.5常見的模糊控制器
6.2.6自適應模糊控制器分類
6.2.7自適應模糊控制算法的應用
6.3遺傳算法
6.3.1遺傳算法發展過程
6.3.2遺傳算法原理
6.3.3遺傳算法改進
6.3.4遺傳算法應用
6.4神經網絡算法
6.4.1神經元模型
6.4.2感知機算法及多層神經網絡
6.4.3前向傳播與反向傳播算法
6.4.4尋求最優解
6.4.5常見的神經網絡
6.5自學習/深度學習算法
6.5.1深度學習發展史
6.5.2深層全連接神經網絡搭建
6.5.3捲積神經網絡
6.5.4循環神經網絡
6.5.5生成對抗網絡
6.5.6新型深度學習模型簡介
6.6遙操作與人機交互算法
6.6.1遙操作技術發展
6.6.2基於網絡的遙操作機器人系統體系結構
6.6.3遙操作機器人系統時延
6.6.4基於虛擬現實的預測模擬與視頻融合技術
本章小結
參考文獻
思考題與練習題
思考題與練習題參考答案

第7章機器人的典型應用
7.1工業機器人的典型應用
7.1.1工業機器人概述
7.1.2焊接機器人
7.1.3噴塗機器人
7.1.4搬運及碼垛機器人
7.1.5自動導向車
7.1.6機械加工機器人
7.1.7新一代人機協作機器人
7.2服務機器人的典型應用
7.2.1服務機器人概述
7.2.2清潔機器人
7.2.3教育機器人
7.2.4醫療及康復機器人
7.2.5陪護機器人
7.3特種機器人的典型應用
7.3.1特種機器人的概述
7.3.2特殊空間機器人
7.3.3智能無人駕駛汽車
7.3.4軍用機器人
7.3.5搶險及搜救機器人
本章小結
參考文獻
思考題
思考題參考答案