《机器人工程技术丛书 智能机器人开发与实践》段峰作|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《机器人工程技术丛书 智能机器人开发与实践》

【作　者】段峰作

【丛书名】机器人工程技术丛书

【页 数】 229

【出版社】 北京：机械工业出版社 , 2021.05

【ISBN号】978-7-111-67997-4

【分 类】智能机器人

【参考文献】 段峰作. 机器人工程技术丛书 智能机器人开发与实践. 北京：机械工业出版社, 2021.05.

图书封面：

图书目录：

《机器人工程技术丛书 智能机器人开发与实践》内容提要：

本书循序渐进地介绍了机器人的发展、核心功能，并通过一个服务机器人的例子介绍了机器人的完整开发过程。通过本书，读者可以在了解机器人工作原理的基础上，快速开发与实现一个有完整的功能的机器人。本书适合作为高校机器人、人工智能及相关专业作为教材，也可供对机器人开发感兴趣的读者阅读。

《机器人工程技术丛书 智能机器人开发与实践》内容试读

第一部分

基础知识

本书的第一部分将介绍机器人的基础知识，包括以下四章：

口第1章机器人概述。对机器人的基本概念进行介绍，包括机器人的定义、分类、发展历程、组成部分、关键技术、发展趋势等。通过本章的学习，读者可以对当前的机器人（尤其是服务机器人）有比较清晰的认识与了解。

口第2章ROS入门。首先对为什么使用ROS、机器人操作系统与计算机

操作系统的区别、ROS的主要特，点进行介绍；接下来介绍ROS的安装，包

括ROS的版本以及ROS Indigo与Melodic两个版本的安装及卸载。本书涉及的工程主要是在ROS Indigo上运行，一部分程序也在ROS的最新版本

Melodic上进行了测试。最后给出ROS学习相关的网络资源。

口第3章ROS框架和使用基础。ROS框架部分包括文件系统级别、计算图

级别和社区级别；ROS使用基础部分包括catkin简介、工作空间及其创建、创建编译工程包、创建编译运行ROS节点、roslaunch的使用、创建ROS消息和服务、如何使用C+或Python编写测试消息发布器和订阅器、如何使用C++或Python编写测试Server和Client等。

口第4章ROS的调试。ROS提供了大量的命令和工具帮助开发人员调试

代码，以便解决各种软硬件问题。本章主要介绍ROS调试常用的命令、工

具，并总结ROS的基本命令。掌握这些命令与工具对于开发人员解决机器

人调试过程中遇见的问题大有帮助。

CHAP TER I

第1章

机器人概述

本章对机器人的基本概念进行介绍，包括机器人的定义、分类、发展历程、组成部分、关键技术、发展趋势等。通过本章的学习，读者可以对机器人（尤其是服务机器人)有清晰的认识与了解。

1.1机器人的定义和分类

1.1.1机器人的定义

现代机器人的研究是从20世纪中期开始的，计算机和自动化的发展以及原子能的开发利用为现代机器人的研究提供了技术基础。20世纪80年代中期以来，机器人已经从工厂进入人们的日常生活，支持人们日常生活的服务机器人成为机器人发展的重要方向。近年来，随着互联网技术、信息技术、人工智能技术的快速发展，服务机器人的使用体验进一步增强。通过自动定位导航、语音交互、人脸识别等智能技术与机器人技术深度融合，人们开发出各种新型智能服务机器人，使机器人行业迎来了快速发展的新机遇。

根据预期的应用场景，可以将机器人分为工业机器人和服务机器人两类。目前，国际上没有普遍认同的机器人、服务机器人等的定义。维基百科采用了《牛津英语词典(2016版)》对机器人的定义：

机器人（robot)是一种可进行计算机编程且能够自动执行一系列复杂动作的机器。机器人可由外部控制设备或者嵌入其内的控制器来控制。机器人可以构造成人形，但大多数机器人都是用来完成任务而不考虑其外形的机器。

对于服务机器人，维基百科采用了国际机器人联合会(International Federationof Robotics,IFR)提出的定义：

服务机器人(service robot)是一种可以半自动或完全自主地执行对人类和设备有益的服务的机器人，但不包括工业制造操作。

关于机器人、服务机器人，国际标准化组织(International Organization for

Standardization,IS0)也给出了定义。ISO-8373-2012对机器人、服务机器人的定

第1章机器人概述3

义如下：

机器人是一种对两个或两个以上的轴可编程的具有一定程度的自治的驱动装置，能够在其环境中移动以执行预定任务。在这里，“自治”表示无须人工干预，基于当前状态和传感执行预定任务的能力。“一定程度的自治”包含从局部自治（包括人机交互)到完全自治（无人机操作千预）。

服务机器人是执行对人类或设备有用的任务的机器人，不包括工业自动化应用。

1.1.2服务机器人的分类

国际机器人联盟(FR)按照应用领域对服务机器人进行分类，认为服务机器

人应分为个人/家庭服务机器人(Personal/Domestic Service Robot)和专业服务机器人(Professional Service Robot)两类。ISO-8373-2012对这两类机器人分别给出了说明：

个人服务机器人是一种用于非商业性任务的服务机器人，通常适用于非专业人士。

专业服务机器人是用于商业任务的服务机器人，通常由受过正规训练的操作员操作。在这里，操作员是选定的可以启动、监视和停止机器人或机器人系统预定操作的人。

个人/家庭服务机器人可分为家政服务机器人、助老助残机器人、教育娱乐机器人、私人自动导航车、家庭安全监视机器人等；专业服务机器人可分为场地机器人、专业清洁机器人、医疗机器人、检查维护机器人、建筑机器人、物流机器人、救援和安防机器人、国防机器人、水下作业机器人、动力人体外骨骼、常用无人机、常用移动平台等。

1.2现代机器人的发展历程

现代机器人的研究是从20世纪中期开始的，半个多世纪以来，机器人技术一直是一个快速发展的领域。本节将按照时间顺序介绍不同时期机器人发展的成果。

1.2.1现代机器人研究初期

早期的机器人主要是可编程机器人，这类机器人可以根据操作员所编写的程序，完成一些简单的重复性动作。

1948~1949年，英格兰博登神经学学院（Burden Neurological Institute)的

William Grey Walter设计出第一台可以执行复杂动作的电子自动机器人Machina

Speculatrix。.这款机器人因其缓慢的移动速度而被昵称为“乌龟”。它是三个轮子分别由独立直流供电的移动机器人，有一个光传感器、触觉传感器、推进电机、转

第一部分基础知识

向马达和两个真空管模拟计算机。这款机器人具有趋光性，能够找到充电桩充电。沃尔特将最初的两个机器人命名为Elmer和

Elsie,图l-1所示为没有外壳的Elsie。

1954年，美国的George Devol制造出第一台数字操作可编程的机器人并将其命名为Unimate,从而奠定了现代机器人产业的基础。1960年，德沃尔将第一台Unimate出售给通用汽车公司，用于从压俦机上举起热的金属件并将这些金属件堆叠起来。

1962~1963年，传感器技术的发展提高了机器人的可操作性。人们开始尝试在机器人上安装各种类型的传感器。比

图1-1没有外壳的Elsie

如，1961年，恩斯特在机器人上采用触觉

传感器；1962年，托莫维奇和博尼在世界上最早的“灵巧手”上安装了压力传感器；1963年，麦卡锡在机器人中加入视觉传感系统，并在1964年帮助麻省理工学

院(MT)推出了世界上第一个带有视觉传感器、能识别和定位积木的机器人系统

System/360

1968年，Marvin Minsky制造了由计算机控制的靠水力驱动的l2关节的触手臂(Tentacle Arm);l969年，机械工程专业的学生Victor Scheinman发明了斯坦福机械手臂，这被公认为第一台电子计算机控制的机器人手臂（机械臂的控制指令存储在磁鼓上)。

从1966年到1972年，美国斯坦福研究所（现在的RSI国际）的人工智能中心

对被称为Shakey的移动机器人系统进行了研究。1969年，RSI公布了Shakey的“机器人学习和规划实验”视频。该系统具有有限的感知和环境建模能力，有多个传感器输入，包括摄像头、激光测距仪、碰撞传感器。Shakey带有视觉传感器，能根据人的指令发现并抓取积木，可以执行规划、寻路和简单对象重排等任务。不过，控制它的计算机有一个房间那么大。Shakey算是世界上第一台智能机器人，拉开了智能机器人研究的序幕。

1.2.220世纪70年代

20世纪70年代，机器人逐渐走向工业应用，并且机器人的感知、自适应能力逐渐增强。

1970年，日本早稻田大学理工学部发起了WAB0T项目。1973年完成的

WABOT1(如图1-2所示)是世界上第一个仿人型智能机器人，包括手足系统、视

觉系统、声音系统。它可以通过人工的口腔与人类进行简单的日语交流，通过作为远程接收器的人工眼睛和耳朵测量物体的距离和方向，通过两只脚实现步行移动，

第1章机器人概述5

通过具有触觉传感器的双手抓取移动物体。

1973年，德国KUKA公司研制出第一台通过电机驱动的6轴工业机器人

FAMULUS。

同年，美国Cincinnati Milacron公司推出了T3机器人，这是第一个由小型计算机控制的商业可用工业机器人。

1975年，美国的Victor Scheinman开发出可编程通用操作臂(PUMA)。1977年，Scheinman将他的设计出售给Unimation公司。Unimation对PUMA进行进一

步开发，后来PUMA被广泛应用于工业生产中。

1979年，斯坦福车（如图1-3所示)成功地穿过了一个满是椅子的房间。它主要依靠立体视觉来导航和确定距离。

图1-2WAB0T-1

图1-3斯坦福车

1.2.320世纪80年代

20世纪80年代，工业机器人得到广泛的应用，支持人们日常生活的服务机器人开始走向公众视野。

l981年，日本的Takeo Kanade开发出第一个“直接驱动(Direct--Drive,DD)臂”，其手臂的驱动包含在机器人中，消除了长距离传动。这个直接驱动臂是当今

工业中使用的DD臂的原型。安装在关节内的电动机去除了对早期机器人使用的链

条或腱的需要，因为减少了摩擦力和反冲，DD臂的操作快速而准确。

1982年，美国Heathkit公司发布了教育机器人HERO(Heathkit EducationalRObot).。HERO-1(如图1-4所示)是由摩托罗拉6808CPU和4 KB RAM的车载计算机控制的独立的移动机器人。该机器人具有光、声音和运动探测器以及声呐测

6第一部分基础知识

距传感器，可以通过声呐导航实现在走廊移动、玩游戏、唱歌，甚至充当闹钟，可以通过声音来寻找人类并保持跟随状态。

1982年，美国RB机器人公司的创始人Joseph Bosworth发布了RB5X(如

图1-5所示)。RB5X机器人是第一个大规模生产的用于家庭、实验和教育的可编

程机器人。RB5X包含红外传感、超声波声呐、远程音频/视频传输、8个传感器/

缓冲器、语音合成器和5轴电枢等部件。RB5X可以玩多达8人的互动游戏。其程

序可以从计算机上编写和下载。

图1-4HERO-1

图1-5 Joseph Bosworth和RB5X

1984年，WABOT-2（如图1-6所示)发布，WABB-2不是WABB-1那样的通

用型机器人，而是在人类的日常工作中追求巧妙的

艺术活动的机器人。WAPBOT-2可以用日语与人进

行自然的对话、用眼睛识别乐谱、用双手双脚演奏电子琴，甚至可以演奏中级难度的曲子。它还能够识别人的歌声，进行自动采谱，从而配合人类的歌声来伴奏。这意味着机器人拥有了适应人类的能力，向个人机器人方向迈进了一大步。

1988年，美国的Gay Engelberger推出了第一台为医院和疗养院设计的助力服务机器人HelpMate。它包括HelpMID和HelpMead两个产品。HelpMID是一种自主机器人，它利用视觉、超声波和红外来感知环境，可以沿着走廊导航和避障。HelpMead可

图1-6 WABOT-2

以在医院中导航，跟踪存储在其内存中的地图，携

带医疗用品、晚餐盘、记录和实验室样本，并将它们送到护理病房或其他部门。

1989年，日本交通部机器人实验室开发了一种水下步行机器人Aquarobot(如图1-7所示)。该机器人是六足铰接式“昆虫型”步行全自动智能机器人，工作深度可达50m。Aquarobot有一个超声波转换系统，这是一个长基线型导航设备。在

···试读结束···