智能机器人导论:微课视频版

2015年5月以来,中央和地方政府陆续出台了一系列文件强调加快机器人发展。2021年3月，全国人民代表大会通过的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中强调要推动制造业高端化智能化绿色化、推动机器人等产业创新发展。

当前，中国机器人市场已经进入了稳定增长期。
仅工业机器人一项，2021年中国规模以上工业企业的工业机器人产量累计达366044套，同比增长44．9%。工业机器人市场销量24．8万台，同比增长46．1%。
受地震、洪涝灾害和天气，以及矿难、火灾和安防等公共安全事件的影响，国内市场对特种机器人也有着突出的需求。但是，中国机器人的关键核心技术仍有待突破，亟待提升控制器、伺服电动机、操作系统等核心环节的国产替代率，提升服务机器人智能化和个性化水平，提升特种机器人的应用领域。而人才培养也成为解决机器人关键技术困扰、提升机器人智能水平的重要途径。

党的二十大报告提出，坚持把发展经济的着力点放在实体经济上，推进新型工业化，加快建设制造强国、质量强国、航天强国、交通强国、网络强国、数字中国。习近平新时代中国特色社会主义思想在深刻阐明中国式现代化是中国共产党领导的社会主义现代化内涵的同时，也十分明确地指出了全面建成社会主义现代化强国、以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴这一中心任务。智能机器人所蕴含的人工智能技术和机器人基础技术，正是实现新型工业化、实现现代化强国的重要支撑技术，本书也从人才培养的角度，肩负着这一重要历史使命。

智能机器人技术是一门多学科交叉的科学，包括传统机器人的机械设计与制造、电力电子、传感器、无线通信、机电一体化、精密仪器、信号处理、知识工程、专家系统、决策系统、自动控制和数据处理等技术，也包括机器人实现智能化所需的图像处理、图像识别和人工智能设备和技术等。

本书作者总结了大量教学经验和科研成果，吸收和借鉴了国内外的研究成果和应用技术。本书从理论介绍出发，通过结合实际案例、硬件电路或软件程序，理论密切联系实际，较为系统地介绍了智能机器人的关键技术及应用。本书对机器人的本体结构、感知系统、微控制系统和运动控制系统，以及代表智能化程度的机器视觉、路径规划和导航进行了叙述，并且介绍了水下机器人这一特种机器人的对应技术路线。此外，本书对电动机选型、ROS、PID和模糊PID等相关技术也进行了阐述。

本书共7章。第1章介绍国内外机器人的发展历史、机器人的基本组成和分类、现代机器人的主要应用领域，并对水下机器人的分类、发展和应用进行了介绍。第2章介绍机器人的本体结构，讲述了机器人的基本外观结构和机械结构，以及机器人内部的电池与电源系统组成，介绍了水下机器人的特殊组成结构。第3章介绍机器人的感知体系，讲述了传感器系统的组成和使用方法，列举了机器人系统常用的传感器类型和功能，介绍了水下领域常用的传感器。第4章介绍机器人的微控制系统，讲述了机器人常用的微处理器和微处理器系统板，详细说明了微处理器常用的控制接口，列举说明了常用传感器的接口和数据通信方式，介绍了机器人和水下机器人的常用数据通信技术。第5章介绍机器人的运动控制，主要包括机器人的运动结构、电动机和驱动电路，并且针对机器人基本的运动控制算法进行了说明和仿真介绍。第6章介绍机器人的图像感知识别技术，从机器视觉的图像变换基础入手，叙述了机器视觉系统的发展、组成和应用现状，对机器视觉常用的图像处理技术进行了举例说明。第7章介绍机器人路径规划和导航技术，首先讲述了各类数字地图的特点与表示方法，以及建立在数字地图之上的各类路径规划方法，然后介绍了机器人操作系统ROS，并举例说明了ROS下的SLAM仿真和VSLAM仿真，后就无人驾驶技术中的路径规划与导航技术进行了说明。

选用本书作为教材，建议设置32学时的理论教学学时和24学时或48学时的实践教学学时，并根据学生专业特点适当调整课程内容，以满足不同专业学生的知识侧重点要求。

在本书的编写过程中，得到了大连理工大学软件学院、国际信息与软件学院、微电子学院的大力支持，书中水下机器人装备的内容得到了鹏城国家实验室的大力支持。特别感谢大连理工大学罗钟铉教授、王雷教授、吴国伟教授和刘日升教授等在本书成稿过程中的帮助，感谢大连理工大学OurEDA实验室的孙晋辰、刘翔宇、杨新磊、于汛和曹存曦等同学的工作。

智能机器人所涉及的技术领域十分广泛，涉及学科众多。由于编者水平有限、经验欠佳，书中不足之处在所难免，敬请读者和同行批评指正。

编者2023年1月

本书系统、全面地介绍了机器人感知、处理和控制的关键技术、方法和应用。本书共7章，内容包括机器人的组成结构、机械装置、感知系统、处理系统、电源系统、驱动与运动控制系统，以及近年来在各类智能机器人系统中出现的视觉识别、路径规划和导航技术。书中还穿插了ROS、PID控制和模糊PID控制等机器人关键系统的基础知识。本书内容新颖，基础理论、应用技术与应用案例相结合，方便读者快速学习机器人知识，掌握机器人智能化技术，了解行业发展趋势。 本书可作为高等院校软件工程、计算机、自动化、机电一体化和信息工程等相关专业的本科生教材，也可作为工程技术人员与科研工作者的参考书籍。