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| 編輯推薦： |
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本书遵循教指委相关指导文件和高等院校学生学习规律编写而成。践行四新理念，融入思政元素，注重理论与实践相结合。
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| 內容簡介： |
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本书面向教育、科技、人才三位一体的自主机器人拔尖人才培养，对机器人的环境感知、定位建图、规划控制、平台设计等各个方面进行分章讲解，结合国际大学生机器人大赛优秀案例开展项目式课程建设，配合实例分析，使读者在实践中深入了解机器人的构成原理、关键技术和实践应用，实现“赛、创、教、研”四维交叉，激发读者的创新思维和实践能力，掌握机器人系统的设计和实现方法。本书共 8 章，分别为自主机器人概述、自主机器人建模、自主机器人环境感知、自主机器人定位与建图、自主机器人规划控制、自主机器人具身智能、自主机器人移动机构、自主机器人系统设计及应用案例。本书注重实际的机器人基础与技术的设计和应用，让读者在了解机器人的基本原理和研究现状的同时，对机器人实际开发有深入的了解。 本书内容全面、图文并茂、设计案例丰富、实际应用性强，适合普通高校机器人工程等相关专业的本科生和机器人技术相关方向的研究人员阅读，也可供机器人技术领域的从业人员参考学习。 本书配有电子课件等教学资源，欢迎选用本书作教材的教师登录 www.cmpedu.com 注册后下载。
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| 目錄：
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序前言第 1 章 自主机器人概述 11.1 自主机器人简介 11.2 自主机器人发展现状及趋势 21.2.1 早期研究和概念阶段 21.2.2 基本自动化和遥控阶段 31.2.3 初级自主阶段 31.2.4 高级自主阶段 31.2.5 高度自主与智能阶段 31.2.6 全面智能与多领域应用阶段 41.2.7 未来发展趋势 51.3 自主机器人组成架构 51.4 典型应用案例 61.4.1 智慧物流配送 61.4.2 基础设施巡检 71.4.3 日常生活服务 71.4.4 智慧农业生产 81.4.5 深空深海探测 81.4.6 柔性机械臂 81.5 本书的主要内容 9习题 10参考文献 10第 2 章 自主机器人建模 112.1 运动学 112.1.1 正逆运动学 112.1.2 多关节机械臂运动学 12VIII自主机器人基础与技术2.1.3 移动机器人运动学 172.2 动力学 192.2.1 牛顿欧拉动力学模型 192.2.2 拉格朗日动力学模型 212.2.3 多连杆机械拉格朗日动力学模型 222.2.4 非完整约束机器人动力学模型 252.3 移动机械臂建模 282.3.1 一般运动学模型 282.3.2 一般动力学模型 302.4 车臂协同自主机器人建模 312.4.1 多自由度移动机械臂建模 322.4.2 全向移动机械臂建模 35习题 39参考文献 39第 3 章 自主机器人环境感知 413.1 机器人传感器介绍 413.1.1 惯性导航系统 423.1.2 视觉传感器 433.1.3 激光雷达 453.2 多传感器联合标定 463.2.1 多相机标定 473.2.2 相机 - 惯导标定 523.2.3 相机 - 激光雷达标定 543.2.4 激光雷达 - 惯导标定 563.3 图像预处理与特征检测 573.3.1 图像预处理 573.3.2 特征点检测 603.3.3 边缘检测 623.4 基于深度学习的环境感知 653.4.1 深度学习基本原理 653.4.2 目标检测 683.4.3 目标跟踪 713.4.4 图像分割 763.5 实例分析：机器人智能三维环境感知 80习题 82参考文献 82IX目录第 4 章 自主机器人定位与建图 854.1 机器人定位理论 854.1.1 概率生成法则 854.1.2 贝叶斯滤波定位算法 884.1.3 卡尔曼滤波定位算法 914.1.4 粒子滤波定位算法 954.1.5 小结 974.2 环境地图表示 974.2.1 测距仪的波束模型 974.2.2 二维栅格地图 1004.2.3 三维点云地图 1024.2.4 三维语义地图 1044.2.5 小结 1064.3 机器人同步定位与建图技术概述 1064.3.1 同步定位与建图技术的原理概述 1064.3.2 基于扩展卡尔曼滤波的 SLAM 算法 1084.3.3 基于粒子滤波的 SLAM 算法 1134.3.4 基于图优化的 SLAM 算法 1164.3.5 小结 1204.4 实例分析：基于 ORB-SLAM 的场景重建 120习题 122参考文献 123第 5 章 自主机器人规划控制 1245.1 全局路径规划 1245.1.1 基于搜索的方法 1255.1.2 基于采样的方法 1275.1.3 基于势函数的方法 1295.2 局部路径规划 1305.2.1 动态窗口法 1315.2.2 矢量场直方图法 1325.2.3 模型预测控制法 1335.2.4 其他方法 1345.3 移动机器人运动控制 1355.3.1 轨迹跟踪控制 1365.3.2 路径跟随控制 1375.4 移动机械臂运动控制 1395.4.1 差分驱动移动机械臂控制 139X自主机器人基础与技术5.4.2 全向移动机械臂控制 1405.5 实例分析：车臂协同自主机器人运动控制 141习题 143参考文献 144第 6 章 自主机器人具身智能 1456.1 多模态基础模型介绍 1456.1.1 大语言模型 1456.1.2 视觉语言模型 1476.1.3 具身多模态语言模型 1486.2 空间认知 1496.2.1 神经辐射场 1496.2.2 三维场景图 1506.3 行为学习 1546.3.1 强化学习 1546.3.2 模仿学习 1626.4 数据与模型训练 1686.4.1 数据处理与对齐 1686.4.2 数据增强与生成 1726.4.3 自监督模型训练 1766.5 实例分析：具身智能机器人 1806.5.1 基于大语言模型的高层规划 1806.5.2 基于视觉语言模型的细粒度技能学习 182习题 185参考文献 186第 7 章 自主机器人移动机构 1897.1 自主机器人移动机构设计准则 1897.2 直轮式机器人移动机构 1917.2.1 设计需求分析 1917.2.2 结构设计 1927.2.3 运动学分析 1957.3 履带式机器人移动机构 1977.3.1 设计需求分析 1977.3.2 结构设计 1987.3.3 运动学分析 2007.4 麦克纳姆轮式机器人移动机构 2027.4.1 设计需求分析 202XI目录7.4.2 结构设计 2037.4.3 运动学分析 2047.5 全向轮式机器人移动机构 2077.5.1 设计需求分析 2077.5.2 结构设计 2077.5.3 运动学分析 2087.6 舵轮式机器人移动机构 2097.6.1 设计需求分析 2097.6.2 结构设计 2107.6.3 运动学分析 2117.7 实例分析：自主机器人移动机构设计案例 2147.7.1 设计需求分析 2157.7.2 结构设计 215习题 220参考文献 220第 8 章 自主机器人系统设计及应用案例 2228.1 自主机器人结构系统设计 2228.1.1 自主机器人机构设计准则 2238.1.2 自主机器人机构典型结构件设计 2248.1.3 自主机器人典型传动机构设计 2298.2 自主机器人硬件系统设计 2328.2.1 自主机器人常用控制硬件 2328.2.2 自主机器人常用功率驱动硬件 2338.2.3 自主机器人典型硬件系统 2348.3 自主机器人软件系统设计 2348.3.1 自主机器人软件开发架构 2348.3.2 自主机器人通信软件设计 2358.3.3 自主机器人典型软件系统 2388.4 实例分析：平面 SCARA 机器人设计 2438.4.1 医用术中信息采集机器人背景及设计需求分析 2448.4.2 结构设计 2448.4.3 控制系统硬件设计 2508.4.4 机器人仿真分析 251习题 254参考文献 254
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机器人技术是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。与传统机器人不同，自主机器人具备环境感知、路径规划、自主决策和在线学习的能力，其目标是在有限甚至没有人工参与的情况下完成动态开放场景中的通用任务，在物流配送、智慧交通、日常生活服务、农业生产等领域展现出广阔的应用前景。以大语言模型、生成模型为代表的新一代人工智能技术加速发展，具身智能作为人工智能在物理世界的载体，成为人工智能的下一个浪潮。自主机器人作为具身智能的代表性实体，通过物理本体进行感知和行动，能够在真实环境中理解世界并自主学习，在互动交流中完成任务，将为未来智能化社会的发展注入新的动力。 本书共 8 章，涵盖了自主机器人的发展简史、建模方法、环境感知、定位建图、规划控制、具身智能、机构设计以及系统应用等核心内容。第 1 章系统介绍自主机器人定义、发展现状及趋势、组成架构，并介绍自主机器人在多个领域的典型应用案例。第 2 章讨论自主机器人建模方法，涵盖自主机器人运动学、动力学、移动机械臂建模及车臂协同自主机器人建模等关键内容。第 3 章介绍自主机器人环境感知，即自主机器人根据机载传感器对所处周围环境进行信息获取，并提取环境中有效信息特征加以处理与理解。第 4 章着重讨论自主机器人在未知环境中的定位与建图问题，机器人定位即确定机器人在环境地图中的位置和姿态，而建图则是构建未知环境的地图。第 5 章深入探讨自主机器人路径规划与运动控制问题，介绍全局路径规划、局部路径规划、移动机器人运动控制以及移动机械臂运动控制等方面的方法和技术，并结合实例分析展示其在实际场景中的应用。第 6 章主要介绍自主机器人具身智能，介绍自主机器人在执行任务和解决问题时，如何利用其身体结构和环境交互，从而实现智能行为和在线学习。第 7 章以不同类型机器人移动机构为主线，介绍自主机器人移动机构设计需考虑的各类因素与设计原则。第 8 章深入探讨自主机器人系统设计及应用案例，着重介绍自主机器人结构系统设计、硬件系统设计与软件系统设计三个关键方面，并结合实际案例展示自主机器人技术的实际应用与潜力。 此外，本书在第 3 ～ 8 章配套了实例分析，将本书介绍的理论方法和实践应用紧密联系起来。 本书适合作为普通高校机器人工程等专业的教材，同时也可作为各层次的机器人开VI自主机器人基础与技术发人员和机器人爱好者的参考书。本书注重机器人基础与技术的实际设计和应用，让读者在了解机器人基本原理和研究现状的同时，对机器人实际开发有深入的了解。对机器人的初学者，可以先学习机器人学的基础理论书籍，同时利用好本书介绍的实践案例和电子资源，编写相关代码并动手搭建机器人模型。 由于编者水平有限，书中可能存在不足之处，敬请读者批评指正。 编 者
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