本書圍繞機(jī)器人感知智能,介紹了兩個部分的內(nèi)容。其一是機(jī)器人的四大感知系統(tǒng),即觸覺感知、視覺感知、接近覺感知和聽覺感知,在每個感知系統(tǒng)中,不僅詳細(xì)介紹了其實現(xiàn)原理及常見的重要傳感器件,還介紹了每個感知系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀、應(yīng)用實例及發(fā)展趨勢;其二是機(jī)器人感知系統(tǒng)智能化的實現(xiàn),涵蓋多感知系統(tǒng)信息融合等多種控制技術(shù)。本書為讀者清晰闡述了機(jī)器人感知系統(tǒng)的工作過程及原理實現(xiàn)。
本書不僅可作為機(jī)器人工程、機(jī)電一體化、儀器儀表類、自動化類、電子信息類專業(yè)的高年級本科生、研究生的教學(xué)或參考用書,還可供相關(guān)從業(yè)人員、科研人員學(xué)習(xí)參考,同時本書也可為參加相關(guān)方向競賽的讀者在方向選擇、思路擴(kuò)展上提供幫助。
本書緊跟時代發(fā)展潮流,在對每一種感知技術(shù)做介紹時,不僅講述了其最底層的邏輯原理及常見傳感器件,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)已成為世界各國重大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),是我國加快推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,完善現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系,實現(xiàn)智能制造,全面提升產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平和國際競爭力的重要途徑。隨著機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展,應(yīng)用場景和工作內(nèi)容日趨復(fù)雜多樣,在各行業(yè)自動化發(fā)展的需求下,人們對于機(jī)器人智能化的要求越來越高。若想使機(jī)器人更加智能,對環(huán)境做出更靈敏的反應(yīng),就需要使機(jī)器人具有對外界環(huán)境及自身狀況的感知能力,而機(jī)器人的感知系統(tǒng)正是實現(xiàn)這一功能的窗口。
通常機(jī)器人在工作過程中需要對三個基本要素做出判斷:自身位置、工作目標(biāo)和實現(xiàn)途徑。而對于前兩個要素的獲取,就是需要感知技術(shù)。它不僅使得機(jī)器人具備與人類相似,甚至超越人類的感知能力和反應(yīng)能力,還可替代人類進(jìn)行一些有著很強(qiáng)實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,這足見國家對于機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的高度重視。與此同時,該規(guī)劃中還提出了四個行動,其中“機(jī)器人核心技術(shù)攻關(guān)行動”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行業(yè)。對于機(jī)器人感知智能的研究也將助力我國在世界范圍內(nèi)占得先機(jī)。
本書緊扣機(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。本書擁有如下四大特點:
1)對于機(jī)器人感知系統(tǒng)的深入解讀。本書詳細(xì)介紹了機(jī)器人觸覺感知、視覺感知、接近覺感知和聽覺感知四大系統(tǒng),涵蓋了常規(guī)機(jī)器人實現(xiàn)基本環(huán)境認(rèn)知功能的必要因素,是對機(jī)器人感知較為全面細(xì)致的介紹,為讀者對于機(jī)器人內(nèi)部、外部傳感的實現(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。本書緊跟時代發(fā)展潮流,在對每一種感知技術(shù)做介紹時,不僅講述了其最底層的邏輯原理及常見傳感器件,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。在本書的最后一部分,介紹了實現(xiàn)機(jī)器人感知系統(tǒng)智能化的方法,從系統(tǒng)層面講述了如何實現(xiàn)多感知系統(tǒng)的控制及信息融合。
4)實際應(yīng)用與發(fā)展趨勢的準(zhǔn)確把握。在本書的講述中,對于任何一種感知技術(shù),不僅列舉了其在現(xiàn)實生活中應(yīng)用的實例,使讀者有更清晰的認(rèn)知,還介紹了其發(fā)展趨勢,令讀者形成宏觀的印象,并對其今后的學(xué)習(xí)、研究提供建議和幫助。
本書的第1章、第3章由王琦編寫,第2章由陳茂慶、蔡憶共同編寫,第4章由王琦、楊濤共同編寫,第5章、第6章由蔡露編寫。在編寫第1、3、4章內(nèi)容時,東北大學(xué)研究生湯敬人、姜春奇、張樹帥、王浩月、杜娜娜、陳自強(qiáng)、張裕、吳華瑩、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;在編寫第5、6章內(nèi)容時,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,書中尚有不甚完美之處,懇請各位讀者批評指正!
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)器人觸覺感知
132機(jī)器人滑覺感知
133機(jī)器人壓覺感知
134機(jī)器人視覺感知
135機(jī)器人接近覺感知
136機(jī)器人聽覺感知
137機(jī)器人味覺感知
138機(jī)器人嗅覺感知
139機(jī)器人力覺感知
14機(jī)器人感知智能的發(fā)展現(xiàn)狀及
趨勢
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
15小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第2章機(jī)器人觸覺感知
21機(jī)器人觸覺感知概述
22機(jī)器人觸覺感知傳感器的類型
221機(jī)器人柔性觸覺傳感器
222機(jī)器人陣列觸覺傳感器
223機(jī)器人壓覺傳感器
224機(jī)器人硬度傳感器
225機(jī)器人滑覺傳感器
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多功能集成觸覺傳感
24機(jī)器人觸覺感知的發(fā)展趨勢
241多種先進(jìn)柔性材料的開發(fā)
242可穿戴觸覺傳感器的研發(fā)
243植入式電子設(shè)備的研制
244觸覺傳感器陣列技術(shù)
245其他與觸覺相關(guān)的技術(shù)發(fā)展趨勢
25機(jī)器人觸覺感知的實際應(yīng)用
251機(jī)器人觸覺感知產(chǎn)品
252機(jī)器人觸覺在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用
253機(jī)器人觸覺在水下機(jī)器人領(lǐng)域的
應(yīng)用
26小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第3章機(jī)器人視覺感知
31機(jī)器人視覺感知的介紹
311機(jī)器人視覺感知概述
312機(jī)器人視覺感知系統(tǒng)的組成
313機(jī)器人視覺感知發(fā)展
32機(jī)器人視覺感知傳感器
321位置敏感探測器
322CCD圖像傳感器
323CMOS圖像傳感器
33機(jī)器人視覺感知先進(jìn)技術(shù)
331多目標(biāo)跟蹤
332基于視覺的三維重建
333基于深度學(xué)習(xí)的超分辨率重建
34機(jī)器人視覺感知的發(fā)展趨勢
341機(jī)器人視覺感知技術(shù)——識別與
追蹤
342機(jī)器人視覺感知技術(shù)——定位
343機(jī)器人視覺感知技術(shù)——視覺與機(jī)器人的關(guān)聯(lián)
344機(jī)器人視覺感知技術(shù)應(yīng)用及未來
發(fā)展
35機(jī)器人視覺感知的實際應(yīng)用
351三維成像
352同步定位與地圖構(gòu)建
353機(jī)器人圖像識別
36小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第4章機(jī)器人接近覺感知
41機(jī)器人接近覺感知的介紹
411接近覺感知概述
412接近覺感知傳感器的發(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、組成與
特點
434微波傳感器的常見應(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)器人接近覺感知的未來發(fā)展
趨勢
451智能化
452網(wǎng)絡(luò)化
46機(jī)器人接近覺感知的實際應(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)器人聽覺感知
51機(jī)器人聽覺概述
511人類聽覺模型
512機(jī)器人聽覺感知
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語音識別
531語音信號特點
532語音識別概述
533語音數(shù)據(jù)處理
534語音識別系統(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)器人聲音信號導(dǎo)航系統(tǒng)
55視覺聽覺交叉融合
551人類視聽交叉感知機(jī)制
552視聽信息融合識別
553視聽信息交互的目標(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
623多傳感器接口設(shè)計
624UML機(jī)器人感知系統(tǒng)設(shè)計
625傳感器通信模塊設(shè)計
626控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
627控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
63小結(jié)
參考文獻(xiàn)