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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SLAM161

5.3.6 基于视觉的机器人车辆vSLAM168

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