《智能机器人》邹勤【文字版_PDF电子书_】
| 书名：智能机器人邹勤陈驰编着 作者：邹勤 陈驰 编着 出版社：机械工业出版社 译者：无 出版日期：2025-06-01 页数：344 ISBN：9787111777229 |
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内容简介：
本书系统性地介绍智能机器人发展历程和核心技术，并详细介绍利用ROS进行机器人编程的实例。本书包括六个章节：第1章整体介绍智能机器人的发展历史、关键技术和发展趋势等;第2章介绍机器人操作系统ROS;第3章介绍智能机器人常用的传感器;第4章讲述机器人的定位和导航方法;第5章和第6章分别讲述两种典型的智能机器人——机械臂和四足机器人的基本原理和控制方法。
作者简介：
邹 勤
武汉大学计算机学院/机器人系教授，博士生导师，人工智能研究所副所长，IEEE/CCF高级会员。武汉大学与美国南卡罗来纳大学联合培养博士。研究领域为机器视觉与机器人 (实验室网址：http://mvr.whu.edu.cn )，在机器视觉工业检测方面作出了创新成果和应用，获教育部科技进步奖一等奖(2009)、国家技术发明二等奖(2015)和湖北省自然科学二等奖 (2019)。在IJCV、IEEE TIP、 IEEE TNNLS、 ICLR、 CVPR、 ICRA 等国际期刊和会议上发表论文90篇，单篇最高引用超1000次;担任SCI SIVP期刊编委、中国图象图形学学会(CSIG)三维视觉专业委员会委员、中国计算机学会(CCF)智能机器人专业委员会委员。主持研发武汉大学首款仿人机器人“灵犀1号”。
陈 驰
武汉大学测绘遥感信息工程全国重点实验室教授，博士生导师，入选国家级高层次青年人才;担任IEEE 1937.6国际标准组秘书长、国际数字地球学会激光雷达专委会委员。长期从事机器人系统感知、定位、导航与建图等关键技术的研究与装备的研制，主持国家自然科学基金重点项目(联合基金)“地下空间无人集群协同自主探索与3D感知定位制图”;在测绘遥感、机器人等领域发表SCI等论文60余篇，授权国家发明专利20余项，参与制定国家标准1项、国际标准2项;获国际摄影测量与遥感学(ISPRS)优秀论文奖、美国摄影测量与遥感学会(ASPRS)优秀论文奖、测绘科技进步特等奖、湖北省科技进步奖。蝉联无人系统地下挑战赛冠军、ICCV恶劣环境无人系统竞赛全球冠军。
目 录：
CONTENTS
目录
前言
第1章 智能机器人概述 …………………1
1.1 机器人简介 ……………………………1
1.2 机器人的发展 …………………………2
1.2.1 世界机器人发展历史 ……… 3
1.2.2 我国机器人发展计划 …… 19
1.2.3 全球机器人发展浪潮 …… 20
1.3 智能机器人分类 ……………………22
1.3.1 按应用功能分类 ………… 22
1.3.2 按智能级别分类 ………… 24
1.3.3 按行动方式分类 ………… 25
1.4 智能机器人关键技术 ……………33
1.4.1 环境感知与理解 ………… 33
1.4.2 定位与导航 ……………… 34
1.4.3 控制与决策 ……………… 40
1.4.4 人机交互 ………………… 40
1.4.5 意识与情感 ……………… 41
1.4.6 机器人伦理 ……………… 42
第2章 机器人操作系统 ………………44
2.1 ROS的发展历史 …………………44
2.2 ROS基础 ……………………………47
2.2.1 ROS的功能定位 ……… 47
2.2.2 ROS的设计目标 ……… 49
2.2.3 ROS的相关概念 ……… 49
2.2.4 ROS计算图 ……………… 50
2.2.5 ROS的文件系统 ……… 53
2.2.6 ROS社区 ………………… 54
2.3 ROS程序设计 ………………………54
2.3.1 ROS的安装 ……………… 54
2.3.2 ROS的通信机制 ……… 56
2.3.3 ROS的工作空间 ……… 58
2.3.4 ROS的常用命令 ……… 59
2.3.5 launch文件 ……………… 62
2.4 ROS程序设计实践 ………………63
2.4.1 ROS hello world ………… 64
2.4.2 主题通信案例：文本
消息传递 ………………… 66
2.4.3 服务通信案例：整数
相加 ……………………… 68
2.5 ROS前沿：ROS2 …………………73
2.5.1 ROS1的天然缺陷 ……… 73
2.5.2 ROS2相较于ROS1的提升
和改进 …………………… 74
2.5.3 ROS2中的DDS中间层 … 74
2.5.4 ROS2中的QoS策略 …… 75
2.5.5 ROS1与ROS2的应用 … 75
第3章 机器人传感器 …………………78
3.1 机器人传感器基础 …………………79
3.2 视觉传感器 …………………………81
3.2.1 CCD图像传感器 ……… 81
3.2.2 CMOS图像传感器 …… 84
3.2.3 彩色相机 ………………… 88
3.2.4 深度相机 ………………… 89
3.3 距离传感器 …………………………115
3.3.1 超声波传感器 …………… 115
3.3.2 激光传感器 …………… 117
3.3.3 红外传感器 ……………… 126
3.3.4 里程计 …………………… 127
3.4 惯性传感器 …………………………128
3.4.1 加速度计 ………………… 129
3.4.2 陀螺仪 …………………… 133
3.4.3 磁力计 …………………… 136
3.5 声敏传感器(听觉) ………………137
3.6 气敏传感器(嗅觉) ………………138
3.7 化学传感器(味觉) ………………140
3.8 压敏、温敏流体传感器(触觉) …142
第4章 定位和导航 ……………………148
4.1 机器人定位与导航 …………………148
4.1.1 定位与导航的基本概念 … 148
4.1.2 机器人定位技术 ………… 153
4.1.3 机器人导航技术 ………… 159
4.2 基于SLAM的定位与导航 ………162
4.2.1 视觉SLAM ……………… 162
4.2.2 激光雷达SLAM ………… 169
4.3 ROS导航算法实战 ………………177
4.3.1 Gmapping ………………… 177
4.3.2 Cartographer …………… 182
4.4 四轮机器人导航实例 ………… 186
4.4.1 建图实战 ………………… 186
4.4.2 创建launch文件 ……… 190
4.4.3 导航实战 ………………… 191
第5章 机械臂的运动控制 ……………192
5.1 机械臂简介 …………………………192
5.1.1 机械臂的发展 …………… 192
5.1.2 机械臂的组成结构 ……… 198
5.1.3 机械臂的运动学模型 … 198
5.2 MoveIt!控制机械臂 ……………205
5.2.1 MoveIt!体系结构 …… 206
5.2.2 MoveIt!配置助手 …… 207
5.2.3 MoveIt!运动规划 …… 214
5.3 UR机械臂抓取实例 ………………218
5.3.1 坐标系统的转换 ………… 218
5.3.2 配置UR机械臂 ………… 222
5.3.3 机械臂抓取的实现 ……… 226
第6章 四足机器人 ……………………230
6.1 四足机器人简介 ……………………230
6.1.1 四足机器人发展历史 … 230
6.1.2 四足机器人发展现状 … 238
6.2 四足机器人运动控制 ……………240
6.2.1 四足机器人的结构设计 … 240
6.2.2 四足机器人运动学模型 … 245
6.2.3 运动学正逆解问题 ……… 246
6.2.4 姿态控制仿真 …………… 254
6.3 四足机器人运动控制实例 ………264
6.3.1 ROS下的四足机器人 … 264
6.3.2 四足机器人仿真模型的
搭建 ……………………… 265
6.3.3 四足机器人仿真模型的
改进 ……………………… 270
6.3.4 Unitree robots四足机器人
仿真 ……………………… 274
第7章 人形机器人 ……………………277
7.1 人形机器人的内涵与构成 ………277
7.2 人形机器人的发展现状与政策
支持 …………………………………279
7.2.1 全球人形机器人的发展
现状 ……………………… 279
7.2.2 国家政策和战略 ………… 286
7.3 人形机器人肢体 ……………………288
7.3.1 人形机器人肢体设计 …… 288
7.3.2 关节和运动机构 ………… 289
7.3.3 躯干和四肢结构 ………… 300
7.3.4 材料选择与制造技术 …… 301
7.4 人形机器人大脑和小脑 …………301
7.4.1 人形机器人大脑 ………… 301
7.4.2 人形机器人小脑 ………… 318
第8章 智能机器人发展趋势与挑战 …321
8.1 智能机器人发展趋势 ……………321
8.1.1 技术创新趋势 …………… 321
8.1.2 国际合作趋势 …………… 330
8.2 智能机器人面临的挑战 …………331
参考文献 ………………………………………334
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摘要：《智能机器人》是邹勤创作的一部具有深远意义的科幻作品，全面描绘了智能机器人在未来社会中的发展轨迹与人类生活的深刻交融。文章通过对技术背景、人物塑造、社会影响及哲学思考四个方面进行系统阐述，展现了机器人技术从理论到实践的复杂过程，以及人类与智能机器之间微妙而丰富的互动关系。小说不仅展示了人工智能在工业、教育和家庭领域的广泛应用，还通过情节和角色探索了道德伦理、情感认知与人机共存的可能性，揭示了科技进步对人类文明的深刻冲击。全书在科学理性与文学想象之间取得了平衡，让读者在享受故事的同时，能够反思技术发展带来的社会变革和伦理挑战。
1、技术背景与创新描写
《智能机器人》通过细腻的技术描写展现了未来智能机器人的核心原理和应用方式。邹勤以科学严谨的态度，将人工智能、机器学习和感知系统等前沿科技融入小说背景，使读者能够直观理解机器人操作的逻辑与方法。
作品中详细介绍了机器人自主学习与人类协作的机制，强调了自适应算法和深度神经网络在智能行为中的作用。作者不仅仅停留在表面功能的描述，而是通过具体案例展示了机器人在复杂任务中的决策能力和应变策略。
此外，邹勤在技术细节上不断创新，描绘了具有情感模拟和伦理判断功能的高级机器人。这种创新使得小说不仅具有科幻色彩，也兼具学术价值，为智能技术的普及和理解提供了生动的参考。
技术背景的铺陈不仅增强了作品的可信度，还为后续人物与情节发展奠定了坚实基础。读者在感受科技魅力的同时，也能够体会到未来社会中科技与人类关系的复杂性。
作者还通过描述机器人硬件设计的进化和软件系统的迭代过程，呈现出一个高度逻辑化的技术世界，使小说的科学性与文学性完美结合，增强了故事的可读性和思考深度。
2、人物塑造与情感刻画
邹勤在《智能机器人》中对人物进行了细腻的塑造，不仅描绘了人类角色的性格、情感与矛盾，也赋予了机器人复杂的心理与情感层次。作品中，机器人不仅是工具，更成为故事发展的关键角色，承载了情感体验与道德探索。
人类角色与智能机器人的互动展现了复杂的人机关系。作者通过对友情、亲情与伦理冲突的描写，让机器人在情感认知上产生变化，从而推动故事情节的深刻发展。这种描写方式使读者对机器人产生共情，模糊了人与机器的界限。
作品中机器人角色的成长和自主选择能力被反复强调。他们在面对道德抉择和人类需求时展现出的智慧和情感，使小说具有浓厚的人文关怀。这种人物刻画不仅提升了文学性，也引发了对人工智能伦理的思考。
通过多条叙事线索，邹勤展示了不同人物之间的互动模式和心理变化，使整个故事结构紧凑而富有张力。每个人物的行为和决策都与科技发展紧密相关，形成了技术与人文交织的独特风格。
此外，作者还通过细节描写和心理描写强化人物形象的立体感，让读者在理解技术逻辑的同时，能够感受到人物的情感温度和人性复杂性。
3、社会影响与伦理探讨
《智能机器人》深刻探讨了机器人技术对社会结构、职业分工和生活方式的影响。小说描绘了智能机器人广泛应用于工业、医疗、教育和家庭的场景，揭示了技术进步对社会运作模式的深远改变。
作者通过故事情节探讨了技术失业、教育改革和社会阶层变动等问题，提出了未来社会在面对高度智能化时可能产生的矛盾与挑战。这些描写不仅让小说具有现实意义，也激发了读者对科技发展伦理的思考。
伦理问题是作品的重要议题。邹勤关注人工智能在决策中可能产生的道德困境，如自主行为的责任归属、机器人权利的界定以及人类与机器的共存模式。这些讨论不仅提升了小说的思想性，也为读者提供了深入探讨科技伦理的空间。
此外，作品中还涉及数据隐私、算法偏见和社会公平等现实问题，通过虚构情节映射真实社会挑战，让读者在故事中理解技术发展可能带来的风险与机遇。
社会影响与伦理探讨的结合，使小说不仅是一部科幻作品，更是一部具有现实警示意义的社会反思读物，体现了作者对科技与人类未来的深刻洞察。
4、哲学思考与未来展望
邹勤在《智能机器人》中融入了丰富的哲学思考，探讨了人类与智能机器之间存在的认知、意识与自由意志问题。小说通过情节设计，引导读者思考机器是否能够拥有自我意识以及其对人类社会的意义。
作者进一步提出了人与机器共存的未来图景，描绘了合作、冲突与融合的多种可能性。这种未来展望不仅具有科学合理性，也赋予作品深刻的哲学内涵，推动读者对技术与人性的关系进行反思。
作品中对时间、存在与生命的探讨，使小说不仅仅局限于科技叙事，而是延伸至对生命本质和文明进程的思考。机器人作为技术实体，同时也成为哲学讨论的媒介，引发对伦理、道德和智慧界限的探索。
通过对未来科技发展趋势的描绘，作者展示了一个可能的社会结构和文化形态，使读者在享受小说故事的同时，能够对科技带来的社会变革和人类文明的未来做出深入思考。
哲学思考与未来展望的结合，使小说具有超越时代的深度，既满足科幻爱好者的想象力，也为关注社会、伦理和哲学问题的读者提供了丰富的思考空间。
总结：
《智能机器人》以其科学严谨的技术描写、细腻的人物刻画、深刻的社会伦理探讨和丰富的哲学思考，构建了一个立体、完整且充满想象力的未来世界。作品通过多层次的叙事和生动的情节，呈现了智能机器人在社会生活中的广泛应用及其引发的道德和社会问题。
整部作品不仅是一部科幻小说，更是一部科技与人文交融的思考读物，引导读者在感受未来科技魅力的同时，思考人类自身的发展方向和文明进程。其深度与广度兼具，具有重要的学术和社会价值。
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