本書(shū)系統(tǒng)研究了移動(dòng)機(jī)器人自主控制問(wèn)題，著重研究了各種人工智能理論與方法在移動(dòng)機(jī)器人自主導(dǎo)航與路徑規(guī)劃、機(jī)器人視覺(jué)與環(huán)境感知、機(jī)器人同步定位與建圖、多機(jī)器人協(xié)作等方面的具體解決思路，并給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析。全書(shū)分為8章，包括緒論、移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航、移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃、機(jī)器人視覺(jué)技術(shù)、機(jī)器人環(huán)境感知、機(jī)器人同步定位與建圖、多機(jī)器人協(xié)作以及移動(dòng)機(jī)器人自主控制進(jìn)展與展望。
倪建軍，河海大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，電子與信息技術(shù)研究所所長(zhǎng)。擔(dān)任國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家科技獎(jiǎng)勵(lì)以及江蘇省、上海市等科技項(xiàng)目和科技獎(jiǎng)勵(lì)評(píng)審專家。系中國(guó)水利企業(yè)協(xié)會(huì)智慧水利分會(huì)專家、IEEE高級(jí)會(huì)員、中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員、中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員、加拿大GUELPH大學(xué)與英國(guó)ESSEX大學(xué)訪問(wèn)教授、江蘇省"333工程”中青年科學(xué)技術(shù)帶頭人。主要研究方向?yàn)樾畔@取與處理、人工智能與機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用、智慧水利等，先后主持和參與國(guó)家自然科學(xué)基金5項(xiàng)，省部級(jí)項(xiàng)目8項(xiàng)，其他各級(jí)各類項(xiàng)目30余項(xiàng)。發(fā)表高水平論文100多篇，其中SCI、EI收錄60余篇，授權(quán)發(fā)明專利與軟著40余項(xiàng)（其中多項(xiàng)已經(jīng)完成轉(zhuǎn)化），出版學(xué)術(shù)專著和教材3部，獲上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)1項(xiàng)。
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 移動(dòng)機(jī)器人簡(jiǎn)介 1
1.1.1 移動(dòng)機(jī)器人的定義 1
1.1.2 移動(dòng)機(jī)器人的組成 2
1.1.3 移動(dòng)機(jī)器人的特點(diǎn) 4
1.2 移動(dòng)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù) 5
1.2.1 環(huán)境感知 5
1.2.2 導(dǎo)航與路徑規(guī)劃 6
1.2.3 機(jī)器人視覺(jué) 7
1.2.4 同步定位與地圖構(gòu)建 7
1.2.5 多機(jī)器人協(xié)作 8
1.3 移動(dòng)機(jī)器人的研究進(jìn)展 8
1.3.1 移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展歷史 8
1.3.2 移動(dòng)機(jī)器人的研究展望 10
1.4 本書(shū)的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排 12
1.5 本章小結(jié) 13
參考文獻(xiàn) 13
第2章 移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航 16
2.1 移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航概述 16
2.1.1 移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航的發(fā)展歷史 16
2.1.2 移動(dòng)機(jī)器人的常用導(dǎo)航方式 17
2.1.3 傳統(tǒng)導(dǎo)航方法簡(jiǎn)介 18
2.2 基于改進(jìn)強(qiáng)化學(xué)習(xí)的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航 20
2.2.1 強(qiáng)化學(xué)習(xí)概述 20
2.2.2 基于生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)Q學(xué)習(xí)算法的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航 23
2.2.3 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 27
2.3 模糊控制與虛擬力場(chǎng)法相結(jié)合的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航 30
2.3.1 虛擬力場(chǎng)法簡(jiǎn)介 30
2.3.2 基于模糊控制改進(jìn)虛擬力場(chǎng)法的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航 33
2.3.3 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 37
2.4 本章小結(jié) 41
參考文獻(xiàn) 42
第3章 移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃 44
3.1 移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃概述 44
3.2 傳統(tǒng)路徑規(guī)劃方法簡(jiǎn)介 45
3.2.1 構(gòu)形空間法 45
3.2.2 可視圖法 45
3.2.3 柵格法 46
3.2.4 拓?fù)浞?47
3.2.5 概率路徑圖法 48
3.3 基于人工蜂群算法的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃 49
3.3.1 人工蜂群算法簡(jiǎn)介 49
3.3.2 基于改進(jìn)人工蜂群算法的路徑規(guī)劃方法 50
3.3.3 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 54
3.4 基于蛙跳算法的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃 57
3.4.1 蛙跳算法簡(jiǎn)介 57
3.4.2 基于改進(jìn)蛙跳算法的路徑規(guī)劃 58
3.4.3 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 60
3.5 基于文化基因算法的路徑規(guī)劃 63
3.5.1 文化基因算法簡(jiǎn)介 63
3.5.2 基于改進(jìn)文化基因算法的路徑規(guī)劃 64
3.5.3 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 68
3.6 本章小結(jié) 72
參考文獻(xiàn) 72
第4章 移動(dòng)機(jī)器人視覺(jué) 74
4.1 移動(dòng)機(jī)器人視覺(jué)技術(shù)概述 74
4.1.1 機(jī)器人視覺(jué)技術(shù)簡(jiǎn)介 74
4.1.2 移動(dòng)機(jī)器人視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展概況 75
4.2 基于改進(jìn)ViBe的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè) 76
4.2.1 改進(jìn)ViBe算法的原理 77
4.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 80
4.2.3 基于I-ViBe的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的背景更新機(jī)制和實(shí)時(shí)性 84
4.3 基于KCF的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤 85
4.3.1 基于改進(jìn)KCF的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤 86
4.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 91
4.3.3 SLKCF跟蹤算法在復(fù)雜環(huán)境中的性能 95
4.4 本章小結(jié) 96
參考文獻(xiàn) 97
第5章 移動(dòng)機(jī)器人環(huán)境感知 100
5.1 移動(dòng)機(jī)器人環(huán)境感知概述 100
5.1.1 環(huán)境感知的主要任務(wù) 100
5.1.2 移動(dòng)機(jī)器人常用環(huán)境感知傳感器 101
5.2 基于改進(jìn)ORB的場(chǎng)景特征提取與匹配 104
5.2.1 圖像特征提取與匹配算法簡(jiǎn)介 104
5.2.2 改進(jìn)ORB特征提取與匹配算法 108
5.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 109
5.3 半稠密地圖的構(gòu)建 113
5.3.1 像素篩選策略 114
5.3.2 逆深度估計(jì) 115
5.3.3 基于圖像金字塔的逆深度傳遞 117
5.3.4 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析 119
5.4 基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)機(jī)器人道路場(chǎng)景分類 120
5.4.1 改進(jìn)的場(chǎng)景分類深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 121
5.4.2 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析 125
5.4.3 關(guān)于局部特征提取和全局特征提取的討論 129
5.5 本章小結(jié) 131
參考文獻(xiàn) 131
第6章 移動(dòng)機(jī)器人同步定位與建圖 134
6.1 移動(dòng)機(jī)器人同步定位與建圖概述 134
6.1.1 移動(dòng)機(jī)器人定位概述 134
6.1.2 移動(dòng)機(jī)器人地圖建模概述 139
6.1.3 移動(dòng)機(jī)器人SLAM概述 141
6.2 基于改進(jìn)擴(kuò)展卡爾曼濾波的移動(dòng)機(jī)器人SLAM算法 144
6.2.1 算法描述 144
6.2.2 仿真實(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析 147
6.3 基于改進(jìn)生物啟發(fā)方法的移動(dòng)機(jī)器人SLAM算法 151
6.3.1 算法描述 151
6.3.2 室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人SLAM實(shí)驗(yàn) 157
6.4 基于深度學(xué)習(xí)的移動(dòng)機(jī)器人語(yǔ)義SLAM算法 163
6.4.1 移動(dòng)機(jī)器人語(yǔ)義SLAM算法概述 163
6.4.2 基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)機(jī)器人語(yǔ)義SLAM算法 168
6.4.3 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 172
6.5 本章小結(jié) 175
參考文獻(xiàn) 175
第7章 多機(jī)器人協(xié)作 179
7.1 多機(jī)器人協(xié)作概述 179
7.1.1 多機(jī)器人協(xié)作的研究進(jìn)展 179
7.1.2 多機(jī)器人協(xié)作的主要研究?jī)?nèi)容 183
7.2 基于自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)分配算法 184
7.2.1 任務(wù)分配問(wèn)題描述 185
7.2.2 任務(wù)分配算法 185
7.2.3 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 187
7.3 基于動(dòng)態(tài)生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多機(jī)器人系統(tǒng)編隊(duì) 190
7.3.1 編隊(duì)問(wèn)題的描述 191
7.3.2 基于動(dòng)態(tài)生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多機(jī)器人系統(tǒng)導(dǎo)航 193
7.3.3 編隊(duì)仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 195
7.4 基于精確勢(shì)博弈的多無(wú)人機(jī)協(xié)同覆蓋搜索 199
7.4.1 多無(wú)人機(jī)協(xié)同覆蓋搜索概述 199
7.4.2 勢(shì)博弈方法概述 200
7.4.3 基于精確勢(shì)博弈的多無(wú)人機(jī)協(xié)同覆蓋方法 202
7.4.4 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 207
7.5 本章小結(jié) 213
參考文獻(xiàn) 213
第8章 移動(dòng)機(jī)器人自主控制進(jìn)展 218
8.1 移動(dòng)機(jī)器人自主控制的研究進(jìn)展 218
8.1.1 基于生物啟發(fā)式算法的移動(dòng)機(jī)器人自主控制 218
8.1.2 基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)機(jī)器人自主控制 225
8.2 基于改進(jìn)脊椎神經(jīng)系統(tǒng)的異構(gòu)多AUV協(xié)同圍捕算法 232
8.2.1 異構(gòu)多AUV協(xié)同圍捕問(wèn)題描述 232
8.2.2 異構(gòu)多AUV協(xié)同圍捕算法 234
8.2.3 實(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析 238
8.3 基于改進(jìn)肉芽腫形成算法的移動(dòng)機(jī)器人故障自恢復(fù)算法 245
8.3.1 移動(dòng)機(jī)器人故障自恢復(fù)問(wèn)題描述 245
8.3.2 機(jī)器人故障自恢復(fù)方法 248
8.3.3 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 256
8.4 本章小結(jié) 264
參考文獻(xiàn) 264
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