移動機器人

本書由硬件到軟件、由理論到實踐、由基本功能到高級應用，逐步的介紹了移動機器人結構、ROS操作系統、常用的內部和外部傳感器、運動控制、環境感知與定位、路徑與運動規劃、人機交互等內容。本書適用於計算機、自動化、物聯網、智能科學與技術等相關專業的大專院校作為教材，也可供專業技術人員參考或者培訓教材。

目錄

第1章緒論1

1.1移動機器人概述1

1.2移動機器人的發展2

1.3移動機器人的機構和分類7

1.4移動機器人的關鍵技術8

1.5機器人操作系統9

1.6移動機器人的應用及展望11

參考文獻15

習題16

第2章移動機器人硬件機構18

2.1控制器19

2.2驅動器21

2.2.1常用的驅動器21

2.2.2直流電機24

2.2.3伺服電機26

2.2.4步進電機26

2.2.5電機的控制27

2.2.6電機的選型30

2.3其他硬件裝置33

2.3.1變速裝置33

2.3.2輪子34

2.3.3末端執行器36

參考文獻37

習題38

第3章移動機器人傳感器40

3.1傳感器及分類40

3.2內部傳感器41

3.2.1編碼器41

3.2.2陀螺儀44

3.2.3慣性測量單元45

3.3外部傳感器47

3.3.1GPS47

3.3.2聲吶51

3.3.3激光雷達52

3.3.4毫米波雷達56

3.3.5紅外測距傳感器58

3.3.6視覺傳感器60

3.4多傳感器融合63

3.4.1多傳感器融合的基本原理63

3.4.2隨機類多傳感器融合方法64

3.4.3人工智能類多傳感器融合方法65

3.4.4存在的問題及發展趨勢66

參考文獻66

習題67

第4章移動機器人運動68

4.1座標系68

4.2運動模型69

4.2.1一般運動模型69

4.2.2里程計70

4.2.3雙輪驅動差速運動模型72

4.2.4全向驅動運動模型73

4.3運動約束75

4.4運動控制77

4.5避障運動79

4.5.1人工勢場法79

4.5.2柵格法82

4.5.3避障策略實例——基於聲吶的避障83

4.5.4避障策略實例——基於激光雷達的避障85

參考文獻89

習題90

第5章移動機器人感知91

5.1地圖表示及構建91

5.1.1柵格地圖92

5.1.2特徵地圖94

5.1.3拓撲地圖94

5.1.4直接表徵法95

5.2基於激光雷達的感知95

5.2.1激光點雲95

5.2.2基於激光點雲的路面分割97

5.2.3基於激光點雲的車道線檢測101

5.2.4基於激光點雲的目標檢測與識別102

5.3基於視覺的感知108

5.3.1視覺特徵提取109

5.3.2基於視覺的車道線檢測113

5.3.3基於視覺的目標識別117

參考文獻120

習題121

第6章移動機器人定位122

6.1定位122

6.2同時定位與建圖124

6.2.1基於濾波的SLAM方法126

6.2.2基於圖優化的SLAM方法131

6.3基於激光雷達的定位方法132

6.3.1ICP算法133

6.3.2NDT算法134

6.3.3Gmapping算法135

6.3.4Hector SLAM算法136

6.3.5LOAM算法137

6.4基於視覺的定位方法138

6.4.1視覺里程計138

6.4.2ORB SLAM 算法140

6.4.3DSO算法142

6.4.4RGBD SLAM算法143

6.5其他定位方法144

6.5.1二維碼定位145

6.5.2基於WiFi的室內定位技術145

參考文獻147

習題148

第7章移動機器人路徑規劃149

7.1引言149

7.2全局路徑規劃151

7.2.1Dijkstra算法151

7.2.2A算法153

7.2.3Dijkstra和A的比較154

7.3局部路徑規劃155

7.3.1動態窗口法155

7.3.2基於圖優化的方法TEB158

7.4基於採樣的路徑規劃162

7.4.1概率路圖法162

7.4.2快速擴展隨機樹法163

7.5現代智能路徑規劃算法170

7.5.1蟻羣算法170

7.5.2遺傳算法173

7.5.3粒子羣算法174

參考文獻177

習題178

第8章移動機器人人機交互179

8.1語音識別179

8.2人體運動檢測與跟蹤182

8.2.1人體運動檢測183

8.2.2人體運動跟蹤184

8.3手勢識別185

8.3.1手部檢測與分割186

8.3.2手勢模型187

8.3.3手勢識別與分類187

8.4人臉相關技術189

8.4.1人臉檢測190

8.4.2人臉跟蹤190

8.4.3人臉識別190

8.4.4人臉表情識別191

8.5交互型機器人193

參考文獻195

習題195

1、教學工作

（1）主講課程本科生課程2門：人工智能、數字圖像處理、機器人。

2、科研工作

（1）研究方向：移動機器人、人工智能、機器視覺；

（2）代表論著：參加編寫書籍4部，第1作者翻譯1部，發表計算機教育教學論文5篇、科學研究論文30多篇；代表性著作主要有《********》，北京、清華大學出版社等出版；

（3）科研項目：主持1項國家自然科學基金青年項目、1項湖南省科技計劃，參與了多項國家自然科學基金重點項目和教育部教學科研項目：“智能科學系列課程”教學團隊成員，教育部“人工智能”精品課程、雙語課程、精品資源共享課程主講教師之一。 ^[1]