服务机器人

第1章 概述 1

1.1 机器人的历史 1

1.2 机器人的发展 3

1.3 机器人的定义 5

1.4 机器人的分类 6

1.5 机器人与人类 8

1.6 机器人与情感 9

1.7 机器人与社会 10

1.8 机器人与战争 11

1.9 机器人的未来 12

习题 13

第2章 服务机器人的构成 14

2.1 服务机器人的“眼睛” 14

2.2 服务机器人的“耳朵” 16

2.3 服务机器人的“鼻子” 17

2.4 服务机器人的“嘴巴” 18

2.5 服务机器人的“手”和“脚” 20

2.6 服务机器人的传感器 24

2.6.1 视觉传感器 24

2.6.2 听觉传感器 24

2.6.3 红外传感器 25

2.6.4 碰撞传感器 25

2.6.5 距离传感器 25

2.6.6 光敏传感器 26

2.6.7 光电编码器 26

2.6.8 角速度传感器 26

2.6.9 姿态传感器 27

2.6.10 力／力矩传感器 27

2.6.11 对人反应传感器 28

2.7 服务机器人的驱动器 29

2.7.1 驱动系统 29

2.7.2 各种执行器 30

2.7.3 继电器 31

2.7.4 未来的执行器 32

2.8 服务机器人电源系统 32

2.8.1 铅酸蓄电池 32

2.8.2 锂电池 33

2.9 服务机器人驱动芯片 35

2.10 服务机器人控制系统 37

2.10.1 伺服系统 37

2.10.2 脉宽调制 37

习题 38

第3章 民用机器人 39

3.1 发展概况 39

3.2 仿人机器人 40

3.3 仿人机器人设计 47

3.3.1 控制结构设计 47

3.3.2 系统机构设计 48

3.3.3 仿真设计 57

3.3.4 驱动系统设计与实现 62

3.3.5 实验与分析 68

3.3.6 驱动系统设计与实现 70

3.4 家政机器人 71

3.5 医疗机器人 75

3.6 助残机器人 78

3.7 迎宾机器人 81

3.8 娱乐机器人 81

3.9 专用机器人 84

习题 86

第4章 警用机器人 87

4.1 发展概况 87

4.2 保安机器人 87

4.3 排爆机器人 89

4.4 救援机器人 94

4.5 灭火机器人 95

4.6 除雪机器人 96

4.7 防化机器人 97

4.8 机器人远程控制 98

4.8.1 远程控制的研究现状 99

4.8.2 机器人运动学基础 101

4.8.3 机械臂运动学方程 105

4.8.4 系统总体架构 111

4.8.5 视频模块相关技术 113

4.8.6 视频压缩传输模块 122

4.8.7 多机械手协调控制 131

4.8.8 总结与展望 141

习题 144

第5章 军用机器人 145

5.1 发展概况 145

5.2 同时定位与地图构建概况 147

5.2.1 研究背景 147

5.2.2 研究现状 148

5.2.3 研究内容 149

5.3 同时定位与地图构建 150

5.3.1 SLAM问题描述 150

5.3.2 SLAM问题相关知识 151

5.3.3 SLAM的关键问题 157

5.3.4 SLAM问题的主要解决方法 158

5.3.5 基于距离传感器的SLAM 161

5.3.6 基于视觉的机器人车辆vSLAM 168

5.3.7 SURF算法与环境认知 175

5.3.8 结论与展望 188

5.4 机器人车辆 188

5.4.1 遥控式车辆 189

5.4.2 自主式车辆 190

5.5 机器人士兵 191

5.6 侦察机器人 194

5.7 支援机器人 196

5.8 机器人大战 197

习题 198

第6章 水下机器人 199

6.1 发展概况 199

6.2 水下机器人设计［185-196］ 201

6.2.1 概述 201

6.2.2 鱼类游动模型 202

6.2.3 鱼类游动模式建模 203

6.2.4 仿真 205

6.2.5 真实机器鱼实验 206

6.3 水下机器人定位导航［197］ 209

6.3.1 概述 209

6.3.2 实验研究 210

6.3.3 结论 216

6.4 模块化水下机器人设计［209～219］ 216

6.4.1 引言 216

6.4.2 相关工作 218

6.4.3 水下模块化机器人设计［209～219］ 219

6.4.4 实验 222

6.4.5 未来工作 223

6.5 有人有缆水下机器人 224

6.6 无人有缆水下机器人 227

6.7 无人无缆水下机器人 228

6.8 鱼形水下机器人 229

6.9 水下扫雷机器人 230

6.10 其他水下机器人 233

6.11 水下机器人联网 235

习题 236

第7章 飞行机器人 237

7.1 发展概况 237

7.2 无人机建模与控制［220］ 241

7.2.1 绪论 241

7.2.2 RUAVs动力学建模 243

7.2.3 RUAV控制 252

7.3 无人机路径规划 253

7.3.1 引言 253

7.3.2 基于Voronoi图和Dijkstra算法的路径规划 254

7.3.3 基于人工势场法的碰撞避免 256

7.3.4 栅格法 258

7.3.5 路径规划的未来发展 259

7.4 无人机系统设计［230～239］ 261

7.4.1 无人机简介 261

7.4.2 无人机系统 261

7.4.3 OBC系统 262

7.4.4 地面站点 269

7.4.5 测试和结果 270

7.4.6 结语 271

7.5 美国无人机 272

7.6 中国无人机 279

7.7 其他无人机 285

7.8 微型无人机 288

习题 290

第8章 空间机器人 291

8.1 发展概述 291

8.2 空间机器人建模［240～264］ 292

8.2.1 引言 292

8.2.2 运动学和动力学模型 293

8.2.3 广义动力学建模 298

8.2.4 仿真结果 299

8.3 多机器人协调控制 301

8.3.1 协调控制策略 301

8.3.2 协调操作任务分类 302

8.3.3 多机器人协调搬运 303

8.3.4 多机器人协调装配 305

8.3.5 协调拧螺丝运动学方程 307

8.3.6 协调倒水运动学方程 309

8.3.7 实验平台与结果分析 310

8.4 行星探测机器人［265］ 317

8.4.1 引言 318

8.4.2 以往的火山探测机器人 318

8.4.3 初步活动 319

8.4.4 Robovolc系统 320

8.4.5 功能本地化 322

8.4.6 在Mt.Etna火山试验 325

8.5 月球探测机器人 326

8.5.1 美国月球探测机器人 327

8.5.2 中国月球探测机器人 329

8.5.3 其他月球探测机器人 332

8.6 火星探测机器人 335

8.6.1 美国火星探测机器人 335

8.6.2 中国火星探测机器人 338

8.6.3 其他火星探测机器人 340

8.7 其他行星探测机器人 342

习题 343

第9章 机器人安全 344

9.1 绪论 344

9.1.1 引言 344

9.1.2 发展概况 346

9.2 网络安全知识与环境搭建 346

9.2.1 网络安全知识 347

9.2.2 服务器环境搭建 348

9.3 有线网络安全访问解决方案 351

9.3.1 身份认证解决方案 351

9.3.2 保密通信解决方案 356

9.3.3 解决方案实现方法 361

9.4 无线网络安全访问解决方案 365

9.4.1 WAP协议 366

9.4.2 解决方案 370

9.4.3 算法实现 374

9.4.4 方案分析 377

9.4.5 本节总结 378

9.5 一种新型公钥密码算法 378

9.5.1 服务器端密码算法 379

9.5.2 客户端加密算法 379

9.6 结束语 381

习题 381

第10章 机器人未来 382

10.1 发展趋势 382

10.2 仿生机器人 383

10.2.1 兽型机器人 384

10.2.2 蛇形机器人 385

10.2.3 “昆虫”机器人 385

10.2.4 “蝎子”机器人 388

10.2.5 “蜗牛”机器人 388

10.2.6 “壁虎”机器人 388

10.2.7 “爬树”机器人 389

10.3 未来服务机器人 390

10.3.1 自适应机器人 390

10.3.2 球形机器人 390

10.3.3 微型机器人 391

10.3.4 纳米机器人［7］ 392

10.3.5 无线机器人 394

10.4 其他机器人 395

10.4.1 太阳能飞机 395

10.4.2 超级机器人 395

10.4.3 广域机器人［2］ 396

10.5 服务机器人的电源［7］ 397

10.6 服务机器人的材料［7］ 398

习题 400

参考文献 401