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『簡體書』仿人机器人建模与控制

書城自編碼: 3611240
分類:簡體書→大陸圖書→計算機/網絡程序設計
作者: 融亦鸣,朴松昊,冷晓琨 主编,柯文德,梁佳,张春,熊小刚 副
國際書號(ISBN): 9787302570479
出版社: 清华大学出版社
出版日期: 2021-03-01

頁數/字數: /
書度/開本: 16开 釘裝: 平装

售價:HK$ 98.8

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編輯推薦:
机器人学作为交叉学科,汇集了当今机械、电子、自动化控制和计算机等相关领域的研究成果,是当前世界科技研究*为前沿的领域之一。模仿人的形态和行为而设计制造的机器人就是仿人机器人,一般分别或同时具有仿人的四肢和头部。仿人机器人研究集多门科学于一体,代表着一个国家的高科技发展水平。
乐聚 深圳 机器人公司掌握集机械、控制、传感器、电源于一体的高度集成技术,研制出具有视觉、语音对话、力觉、平衡觉等功能的仿人机器人Roban,具有自主知识产权。
Roban机器人具有的听觉和视觉能力,极大地扩展了其在人工智能方面的应用。其配套的ROS系统、Pyhon支持、开放的接口,使Roban机器人成为学习、研究人工智能的极*硬件。
本书基于Roban机器人,围绕机器人学、人工智能两大论题,充分阐释了人工智能在双足机器人上的应用,为人工智能领域教育提供强有力的支持。
內容簡介:
Roban 机器人是一款基于 ROS机器人操作系统 的人工智能人形机器人。本书围绕Roban机器人,阐述人工智能相关理论、方法及应用。内容涵盖Roban机器人的基本原理、操作与开发方法、相关的双足机器人数学模型及控制理论、人工智能相关的语音及视觉应用。全书共 8 章,主要内容包括 Roban 机器人概述、Python 编程基础、ROS 编程基础、SLAM 定位和导航基础、V-REP 仿真基础、运动控制基础,步态算法基础,以及人工智能基础。本书深入浅出,内容新颖,案例丰富,实用性强,寓教于乐。本书既可作为机器人初学者掌握机器人知识的入门书,也可作为机器人研究者钻研机器人技术的参考书,适合各种不同知识水平的读者阅读。
關於作者:
融亦鸣,讲席教授、博士生导师,南方科技大学机械与能源工程系主任、致新书院创院院长。1989年获美国肯塔基大学机械工程博士学位。曾任美国伍斯特理工大学(WPI)终身正教授。20102015年任清华大学机械制造专业教授。美国机械工程师学会会士(ASME Fellow),美国制造工程师学会(SME)会员,计算机辅助设计与制造领域国际知名学者,机械夹具设计研究领域国际权威专家。在美国,先后主持科研项目50余项;回国后,主持或参与国家自然科学基金、973、863、国家重大专项以及工业合作课题十余项。出版专著2部,发表论文400多篇,授权应用发明专利多项。
朴松昊,教授、博士生导师,哈尔滨工业大学计算学部主任助理、计算机学院多智能体机器人研究中心主任。中国人工智能学会机器人文化艺术专业委员会主任委员、中国人工智能学会常务理事,黑龙江省机器人学会副理事长,黑龙江省计算机学会智能机器人专业委员会主任委员。主持或参加国家自然科学基金、863计划重点及面上项目、机器人技术与系统国家重点实验室基金、黑龙江省自然科学基金、教育部985项目、三星国际合作项目多项。出版专著2部,发表论文100多篇,其中SCI、EI、ISTP检索100余篇。融亦鸣,讲席教授、博士生导师,南方科技大学机械与能源工程系主任、致新书院创院院长。1989年获美国肯塔基大学机械工程博士学位。曾任美国伍斯特理工大学(WPI)终身正教授。20102015年任清华大学机械制造专业教授。美国机械工程师学会会士(ASME Fellow),美国制造工程师学会(SME)会员,计算机辅助设计与制造领域国际知名学者,机械夹具设计研究领域国际权威专家。在美国,先后主持科研项目50余项;回国后,主持或参与国家自然科学基金、973、863、国家重大专项以及工业合作课题十余项。出版专著2部,发表论文400多篇,授权应用发明专利多项。
朴松昊,教授、博士生导师,哈尔滨工业大学计算学部主任助理、计算机学院多智能体机器人研究中心主任。中国人工智能学会机器人文化艺术专业委员会主任委员、中国人工智能学会常务理事,黑龙江省机器人学会副理事长,黑龙江省计算机学会智能机器人专业委员会主任委员。主持或参加国家自然科学基金、863计划重点及面上项目、机器人技术与系统国家重点实验室基金、黑龙江省自然科学基金、教育部985项目、三星国际合作项目多项。出版专著2部,发表论文100多篇,其中SCI、EI、ISTP检索100余篇。
冷晓琨,哈尔滨工业大学博士,乐聚(深圳)机器人技术有限公司董事长、创始人。作为青年代表受邀参加在人民大会堂举行的纪念五四运动100周年大会。曾获中国青少年科技创新奖、中国青年创业奖、全国优秀共青团员、创青春全国大学生创新创业大赛金奖、工信部创新创业特等奖等20余项荣誉,曾登上福布斯杂志封面并入选福布斯亚洲榜单,带领团队研发的Aelos机器人登上平昌冬奥会北京八分钟的舞台。
目錄
序言 III
前言 V
第1章Roban 机器人概述1
11 Roban 机器人简介1
111 Roban 机器人系统 1
112 Roban 机器人关节运动模型 4
113 Roban 机器人控制框架 6
12 操作Roban 机器人 6
121 无线网络设置 6
122 远程登录Roban 机器人8
123 使用VS Code 开发11
第2章Python 编程基础 15
21 Python 语法 15
211 Python 运行方式15
212 Python 程序书写格式18
213 变量、数据类型、表达式19
214 条件语句 22
215 while 循环语句 24
216 continue 与break 语句 26
217 列表 27
218 元组与字典 30
22 Python 函数 31
221 函数定义 32
222 函数参数 33
VIII 223 Python 模块 35
23 Python 对象与类 36
231 类的定义与使用 37
232 类的继承 38
24 文件和异常 39
241 文本文件读写 40
242 二进制文件读写 42
243 异常 43
第3章ROS 使用概述45
31 ROS 简介 45
32 程序包与节点46
321 程序包与节点介绍 46
322 节点的编译与运行 47
33 话题与服务 49
331 ROS 话题 49
332 ROS 消息与消息类型 50
333 ROS 服务 53
34 launch 文件与参数 56
341 launch 文件介绍56
342 机器人实践59
35 常用调试工具rqt61
351 rqt_plot 61
352 rqt_img_View 61
353 rqt_graph 62
36 ROS 配置实践 63
361 ROS 编译环境搭建与测试 63
362 ROS 话题 70
363 ROS 服务 78
37 主从机配置 86
371 获取IP 地址和Hostname 86
IX 372 修改对应的hosts 87
373 配置主从关系87
38 ROS CvBridge 实践88
381 将ROS 图像消息转换为OpenCV 的图像 88
382 将OpenCV 图像转换为ROS 图像消息 88
383 在计算机上显示Roban 机器人摄像头数据89
第4章同步定位与地图构建 90
41 SLAM 简介 90
42 图像的接收和发布 91
421 初始化和配置91
422 主要功能实现93
43 定位和图像追踪ORB-SLAM2 97
431 数据接收和程序初始化 97
432 点云地图创建重用 99
44 八叉树图层的截取以及平面地图的生成102
441 八叉树图层的截取 102
442 平面地图的生成 103
45 路径规划 104
46 行走实现 107
461 路径分析107
462 行走控制110
第5章V-REP 使用概述 113
51 V-REP 使用简介 114
511 前言114
512 安装带有ROS 的V-REP 116
513 V-REP 的简单使用 122
514 理解RosInterface 128
52 V-REP 中的Roban 机器人 138
521 导入Roban 机器人 138
522 BodyHub 简介与启动 140
523 关节运动控制 148
524 仿真中的步态运行 159
53 V-REP 传感器使用 166
531 视觉传感器 166
532 接近传感器 177
54 V-REP 使用实践 181
541 过坑路段182
542 雷区路段186
543 踢球进洞路段 192
第6章Roban 机器人运动控制基础 199
61 关节199
611 头部关节200
612 手臂关节201
613 髋关节202
614 腿部关节202
615 伺服电机204
62 完整动作执行205
63 运动控制 207
631 舵机参数设置 208
632 关节位置控制 208
633 步态控制211
64 运动学正解 215
641 运行IK 节点 215
642 计算四肢末端位置 215
65 运动学逆解 218
651 机器人扭腰 218
652 扭腰中IK 逆解的处理 223
653 机器人晃腰 227
66 自动避障实践230
661 3D 相机的原理 230
662 设计思路以及步骤 231
663 示例代码232
XI 第7章双足步行基础 235
71 机器人运动学235
711 坐标变换236
712 人形机器人运动学模型 239
713 正运动学239
714 逆运动学242
72 ZMP 的含义 246
721 ZMP 与地面反力 246
722 ZMP 分析 248
723 ZMP 的测量 252
724 ZMP 与机器人运动256
73 基于线性倒立摆的双足步态生成 258
731 质心轨迹生成 258
732 足端轨迹生成 261
733 台阶及斜坡地形的步态规划 263
74 机器人静步态实践 267
741 五次样条插值 267
742 实现机器人双足支撑情况下的重心位置移动268
743 实现摆动脚轨迹规划以及摆动脚的运行 270
75 机器人上楼梯实践 276
751 第一阶段276
752 第二阶段278
753 第三阶段279
754 第四阶段281
第8章人机交互283
81 音频处理 283
811 语音识别285
812 语音合成289
813 聊天机器人综合应用 293
82 视频处理 297
821 视频设备简介 297
XII 822 图像处理工具 300
823 颜色检测309
83 综合应用 323
831 基本原理323
832 主要接口324
833 运行方式324
84 颜色识别实践324
841 HSV 颜色模型介绍 324
842 识别小球325
843 追踪小球327
844 追踪多种颜色小球 328
85 人脸识别实践330
86 数字识别实践348
861 深度学习之Keras 348
862 使用模型进行数字识别 355
参考文献 358
內容試閱
自从发明机器人以来,对两足机器人(具有两条腿的机器人)的研究一直持续地进行,特别是仿人型双足机器人。创造类似于人的机器人并使其不进行任何改变就可以在相同的人类工作环境中使用,意味着它们被建造用来模仿人类和人类的行为。这类机器人与轮式机器人相比,能更加有效地适应复杂环境。双足机器人在人机交互和复杂地形的适应方面有天然优势。如果运动平衡问题解决得好,再用人工智能技术当大脑,仿人机器人将具备广阔的应用场景和巨大的商业化价值不仅可在机场、酒店、养老等服务行业广泛应用,而且在高校教具、娱乐影视、军用装备等方面也具有重要价值。随着人工智能的发展,在未来的生产、生活中,仿人型双足机器人可以帮助人类解决很多问题,比如完成送餐、驮物、抢险、采矿等一系列危险或繁重的工作。Roban 机器人是一款高端仿人机器人,拥有讨人喜欢的外形,具有人工智能,能够在视听方面与人类互动。Roban 机器人的相关技术完全是开源的,开放给所有的高等教育项目,支持在 Roban 上的开发及教育相关领域的研究。
Roban 机器人支持 Linux、Windows 或 Mac OS 等环境下的编程开发,开放的编程构架支持C 或 Python 语言。无论使用者专业水平如何,都可以通过编程平台与 Roban 机器人进行编程。
本书介绍 Roban 机器人相关基础知识及编程操作,全书共分 8 章,内容如下。
第 1 章 Roban 机器人概述。介绍 Roban 机器人系统、关节运动模型、机器人操作系统框架、Roban 机器人基本操作、网络连接设置和远程登录。
第 2 章 Python 编程基础。介绍 Python 的基本语法、函数、对象与类、文件和异常。
第 3 章 ROS 使用概述。介绍 ROS 的程序包与节点、话题与服务、文件与参数及调试工具,最后给出了 ROS 安装和配置、主从机设置实例及消息通信实例。
第 4 章同步定位与地图构建。介绍 SLAM 技术中对图像的接收和发布、位置的定位和图像追踪、八叉树存储方式及平面图的生成、路径生成及控制机器人行走。
第 5 章 V-REP 使用概述。介绍 V-REP 仿真环境的搭建,提供了Roban 机器人在 V-REP环境下的导入和配置,以及仿真环境下的传感器配置,最后给出机器人大赛仿真环境的应用示例。
第 6 章 Roban 机器人运动控制基础。介绍 Roban 机器人相关的基础结构、动作控制方法,以及机器人姿态的运动学正、逆求解方法,最后给出控制 Roban 机器人避障行走实例。
第 7 章双足步行基础。介绍 Roban 机器人相关的运动学基础、ZMP 含义以及基于线性倒立摆生成双足行走步态,最终给出 Roban 机器人行走及上下楼梯实例。
第 8 章人机交互。介绍 Roban 机器人音频及视频处理的硬件基础、相关理论及相关应用,最后给出人脸识别及数字识别的人工智能实践。
本书各章内容相对独立,在内容安排上按照先易后难的原则编写。前面章节解释的语句后面再次出现时不做解释,读者在学习时尽量按照章节顺序阅读和调试程序。书中罗列相应内容,如参数、软件安装、程序调试方法等,供需要时查阅。
本书面向初学者,对机器人学相关理论、Python 语言、视觉及声学知识等介绍得相对简单,仅选择调试机器人所必须掌握的基础知识,书中所使用的范例也不涉及复杂算法。读者在掌握Roban 机器人系统的基础知识、开发设计思路后,可以参考开源 WIKI,查阅所提供的更多 API。
本书可作为 Roban 机器人的操作手册和编程参考书,也可作为高等学校计算机及相关专业机器人程序设计课程的教材。
由于作者水平和经验有限,书中疏漏之处在所难免,敬请读者指正。
编 者
2020 年 12 月

 

 

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