本書(shū)圍繞機(jī)器人感知智能,介紹了兩個(gè)部分的內(nèi)容。其一是機(jī)器人的四大感知系統(tǒng),即觸覺(jué)感知、視覺(jué)感知、接近覺(jué)感知和聽(tīng)覺(jué)感知,在每個(gè)感知系統(tǒng)中,不僅詳細(xì)介紹了其實(shí)現(xiàn)原理及常見(jiàn)的重要傳感器件,還介紹了每個(gè)感知系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀、應(yīng)用實(shí)例及發(fā)展趨勢(shì);其二是機(jī)器人感知系統(tǒng)智能化的實(shí)現(xiàn),涵蓋多感知系統(tǒng)信息融合等多種控制技術(shù)。本書(shū)為讀者清晰闡述了機(jī)器人感知系統(tǒng)的工作過(guò)程及原理實(shí)現(xiàn)。
本書(shū)不僅可作為機(jī)器人工程、機(jī)電一體化、儀器儀表類(lèi)、自動(dòng)化類(lèi)、電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的高年級(jí)本科生、研究生的教學(xué)或參考用書(shū),還可供相關(guān)從業(yè)人員、科研人員學(xué)習(xí)參考,同時(shí)本書(shū)也可為參加相關(guān)方向競(jìng)賽的讀者在方向選擇、思路擴(kuò)展上提供幫助。
本書(shū)緊跟時(shí)代發(fā)展潮流,在對(duì)每一種感知技術(shù)做介紹時(shí),不僅講述了其最底層的邏輯原理及常見(jiàn)傳感器件,還介紹了相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的研究成果,使讀者能夠全面了解機(jī)器人感知技術(shù)。
配套資源豐富,配有知識(shí)圖譜、思維導(dǎo)圖、程序源文件、電子教案、教學(xué)大綱、電子課件等,方便授課與自學(xué)。
機(jī)器人產(chǎn)業(yè)已成為世界各國(guó)重大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),是我國(guó)加快推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,完善現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系,實(shí)現(xiàn)智能制造,全面提升產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的重要途徑。隨著機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展,應(yīng)用場(chǎng)景和工作內(nèi)容日趨復(fù)雜多樣,在各行業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的需求下,人們對(duì)于機(jī)器人智能化的要求越來(lái)越高。若想使機(jī)器人更加智能,對(duì)環(huán)境做出更靈敏的反應(yīng),就需要使機(jī)器人具有對(duì)外界環(huán)境及自身狀況的感知能力,而機(jī)器人的感知系統(tǒng)正是實(shí)現(xiàn)這一功能的窗口。
通常機(jī)器人在工作過(guò)程中需要對(duì)三個(gè)基本要素做出判斷:自身位置、工作目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)途徑。而對(duì)于前兩個(gè)要素的獲取,就是需要感知技術(shù)。它不僅使得機(jī)器人具備與人類(lèi)相似,甚至超越人類(lèi)的感知能力和反應(yīng)能力,還可替代人類(lèi)進(jìn)行一些有著很強(qiáng)實(shí)際意義和巨大潛在效益的工作。
工業(yè)和信息化部等公布的《“十四五”機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中提到,到2025年我國(guó)要成為全球機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新策源地、高端制造集聚地和集成應(yīng)用新高地,這足見(jiàn)國(guó)家對(duì)于機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的高度重視。與此同時(shí),該規(guī)劃中還提出了四個(gè)行動(dòng),其中“機(jī)器人核心技術(shù)攻關(guān)行動(dòng)”位列其中。作為機(jī)器人智能化最底層、最根本、最核心的感知技術(shù),其發(fā)展必將深刻影響整個(gè)行業(yè)。對(duì)于機(jī)器人感知智能的研究也將助力我國(guó)在世界范圍內(nèi)占得先機(jī)。
本書(shū)緊扣機(jī)器人行業(yè)發(fā)展脈搏,圍繞機(jī)器人感知智能,力求在前人基礎(chǔ)上有所創(chuàng)新發(fā)展。本書(shū)擁有如下四大特點(diǎn):
1)對(duì)于機(jī)器人感知系統(tǒng)的深入解讀。本書(shū)詳細(xì)介紹了機(jī)器人觸覺(jué)感知、視覺(jué)感知、接近覺(jué)感知和聽(tīng)覺(jué)感知四大系統(tǒng),涵蓋了常規(guī)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)基本環(huán)境認(rèn)知功能的必要因素,是對(duì)機(jī)器人感知較為全面細(xì)致的介紹,為讀者對(duì)于機(jī)器人內(nèi)部、外部傳感的實(shí)現(xiàn)做了全景描述。
2)傳統(tǒng)技術(shù)與近期研究的講述結(jié)合。本書(shū)緊跟時(shí)代發(fā)展潮流,在對(duì)每一種感知技術(shù)做介紹時(shí),不僅講述了其最底層的邏輯原理及常見(jiàn)傳感器件,還介紹了相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的研究成果,使讀者能夠全面了解機(jī)器人感知技術(shù)。
3)智能浪潮下信息融合與系統(tǒng)控制。在本書(shū)的最后一部分,介紹了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人感知系統(tǒng)智能化的方法,從系統(tǒng)層面講述了如何實(shí)現(xiàn)多感知系統(tǒng)的控制及信息融合。
4)實(shí)際應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)的準(zhǔn)確把握。在本書(shū)的講述中,對(duì)于任何一種感知技術(shù),不僅列舉了其在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用的實(shí)例,使讀者有更清晰的認(rèn)知,還介紹了其發(fā)展趨勢(shì),令讀者形成宏觀(guān)的印象,并對(duì)其今后的學(xué)習(xí)、研究提供建議和幫助。
本書(shū)的第1章、第3章由王琦編寫(xiě),第2章由陳茂慶、蔡憶共同編寫(xiě),第4章由王琦、楊濤共同編寫(xiě),第5章、第6章由蔡露編寫(xiě)。在編寫(xiě)第1、3、4章內(nèi)容時(shí),東北大學(xué)研究生湯敬人、姜春奇、張樹(shù)帥、王浩月、杜娜娜、陳自強(qiáng)、張?jiān)!侨A瑩、李昊洋、米佳帥、華林睿、叢雪瑋、任子涵、王宇洋、邢明瑋等給予了很大幫助;在編寫(xiě)第5、6章內(nèi)容時(shí),東北大學(xué)研究生王博遠(yuǎn)、李尚文、王進(jìn)、王敏,本科生黃嘉華提供了幫助,在此向他們表示衷心的感謝!
由于編者研究水平有限,書(shū)中尚有不甚完美之處,懇請(qǐng)各位讀者批評(píng)指正!
高等院校教師
前言
第1章緒論
11機(jī)器人的產(chǎn)生與發(fā)展
111機(jī)器人的定義
112機(jī)器人的起源
113機(jī)器人的發(fā)展
12機(jī)器人感知智能定義
121感知智能的定義
122智能傳感器的定義
123智能傳感器的應(yīng)用與發(fā)展方向
124多傳感器信息融合介紹
125智能傳感器網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)
126智能傳感器虛擬化技術(shù)
13機(jī)器人感知系統(tǒng)的組成
131機(jī)器人觸覺(jué)感知
132機(jī)器人滑覺(jué)感知
133機(jī)器人壓覺(jué)感知
134機(jī)器人視覺(jué)感知
135機(jī)器人接近覺(jué)感知
136機(jī)器人聽(tīng)覺(jué)感知
137機(jī)器人味覺(jué)感知
138機(jī)器人嗅覺(jué)感知
139機(jī)器人力覺(jué)感知
14機(jī)器人感知智能的發(fā)展現(xiàn)狀及
趨勢(shì)
141機(jī)器人感知智能的發(fā)展現(xiàn)狀
142機(jī)器人感知智能的發(fā)展趨勢(shì)
15小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第2章機(jī)器人觸覺(jué)感知
21機(jī)器人觸覺(jué)感知概述
22機(jī)器人觸覺(jué)感知傳感器的類(lèi)型
221機(jī)器人柔性觸覺(jué)傳感器
222機(jī)器人陣列觸覺(jué)傳感器
223機(jī)器人壓覺(jué)傳感器
224機(jī)器人硬度傳感器
225機(jī)器人滑覺(jué)傳感器
226機(jī)器人空間機(jī)械臂力/力矩
傳感器
23機(jī)器人觸覺(jué)感知的最新研究
技術(shù)
231神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能算法
232神經(jīng)元系統(tǒng)感知學(xué)習(xí)
233電子皮膚智能觸感
234多功能集成觸覺(jué)傳感
24機(jī)器人觸覺(jué)感知的發(fā)展趨勢(shì)
241多種先進(jìn)柔性材料的開(kāi)發(fā)
242可穿戴觸覺(jué)傳感器的研發(fā)
243植入式電子設(shè)備的研制
244觸覺(jué)傳感器陣列技術(shù)
245其他與觸覺(jué)相關(guān)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
25機(jī)器人觸覺(jué)感知的實(shí)際應(yīng)用
251機(jī)器人觸覺(jué)感知產(chǎn)品
252機(jī)器人觸覺(jué)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用
253機(jī)器人觸覺(jué)在水下機(jī)器人領(lǐng)域的
應(yīng)用
26小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第3章機(jī)器人視覺(jué)感知
31機(jī)器人視覺(jué)感知的介紹
311機(jī)器人視覺(jué)感知概述
312機(jī)器人視覺(jué)感知系統(tǒng)的組成
313機(jī)器人視覺(jué)感知發(fā)展
32機(jī)器人視覺(jué)感知傳感器
321位置敏感探測(cè)器
322CCD圖像傳感器
323CMOS圖像傳感器
33機(jī)器人視覺(jué)感知先進(jìn)技術(shù)
331多目標(biāo)跟蹤
332基于視覺(jué)的三維重建
333基于深度學(xué)習(xí)的超分辨率重建
34機(jī)器人視覺(jué)感知的發(fā)展趨勢(shì)
341機(jī)器人視覺(jué)感知技術(shù)——識(shí)別與
追蹤
342機(jī)器人視覺(jué)感知技術(shù)——定位
343機(jī)器人視覺(jué)感知技術(shù)——視覺(jué)與機(jī)器人的關(guān)聯(lián)
344機(jī)器人視覺(jué)感知技術(shù)應(yīng)用及未來(lái)
發(fā)展
35機(jī)器人視覺(jué)感知的實(shí)際應(yīng)用
351三維成像
352同步定位與地圖構(gòu)建
353機(jī)器人圖像識(shí)別
36小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第4章機(jī)器人接近覺(jué)感知
41機(jī)器人接近覺(jué)感知的介紹
411接近覺(jué)感知概述
412接近覺(jué)感知傳感器的發(fā)展和
現(xiàn)狀
42紅外傳感器
421概述和系統(tǒng)組成
422紅外傳感器原理
423功能與目前研究實(shí)現(xiàn)
43微波傳感器
431概述和系統(tǒng)組成
432微波的特性
433微波傳感器的原理、分類(lèi)、組成與
特點(diǎn)
434微波傳感器的常見(jiàn)應(yīng)用
44激光傳感器
441概述和系統(tǒng)組成
442激光傳感器原理
443相關(guān)應(yīng)用及研究現(xiàn)狀
45機(jī)器人接近覺(jué)感知的未來(lái)發(fā)展
趨勢(shì)
451智能化
452網(wǎng)絡(luò)化
46機(jī)器人接近覺(jué)感知的實(shí)際應(yīng)用
461醫(yī)療健康
462工業(yè)生產(chǎn)
463飛行控制
47小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第5章機(jī)器人聽(tīng)覺(jué)感知
51機(jī)器人聽(tīng)覺(jué)概述
511人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)模型
512機(jī)器人聽(tīng)覺(jué)感知
52聲音傳感器
521傳聲器
522超聲波傳感器
523其他聲音傳感器
53語(yǔ)音識(shí)別
531語(yǔ)音信號(hào)特點(diǎn)
532語(yǔ)音識(shí)別概述
533語(yǔ)音數(shù)據(jù)處理
534語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)
54聲源定位
541人耳模型
542傳聲器陣列
543聲源定位方法
544典型案例——基于傳聲器陣列的
機(jī)器人聲音信號(hào)導(dǎo)航系統(tǒng)
55視覺(jué)聽(tīng)覺(jué)交叉融合
551人類(lèi)視聽(tīng)交叉感知機(jī)制
552視聽(tīng)信息融合識(shí)別
553視聽(tīng)信息交互的目標(biāo)跟蹤
56小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第6章機(jī)器人感知系統(tǒng)智能化
61多傳感器信息融合
611多傳感器信息融合的概念
612幾種機(jī)器人中的多傳感器融合
613傳感器類(lèi)型與布局
614傳感器模型
615多傳感器融合方法
616SLAM技術(shù)中的多傳感器信息
融合
62機(jī)器人感知系統(tǒng)控制
621機(jī)器人感知系統(tǒng)概述
622主控電路設(shè)計(jì)
623多傳感器接口設(shè)計(jì)
624UML機(jī)器人感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)
625傳感器通信模塊設(shè)計(jì)
626控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
627控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
63小結(jié)
參考文獻(xiàn)