本書首先簡要介紹了移動機器人的基本概念、發(fā)展歷史與趨勢；其次從總體設計的角度介紹了需求分析、系統(tǒng)設計、硬件實現(xiàn)、軟件開發(fā)、測試與調試、交付與部署等移動機器人設計的一般流程；然后詳細介紹了移動機器人的運動平臺、硬件系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、嵌入式軟件架構、軟件開發(fā)等軟硬件設計；接著詳細介紹了移動機器人通信與人機交互設計，包括應用層通信協(xié)議設計、常用人機交互技術、圖形化人機交互界面設計，以及機器人智能感知系統(tǒng)設計，包括機器人常用傳感器、機器人感知系統(tǒng)設計、機器人同步定位與建圖算法設計、機器人目標識別算法設計等，還介紹了機器人運動規(guī)劃與控制系統(tǒng)設計，包括路徑/軌跡規(guī)劃算法設計、路徑/軌跡跟蹤控制、未知環(huán)境自主探索算法設計等；最后給出了智能自主探測回收機器人、智能搜救機器人、排爆機器人三個典型移動機器人的系統(tǒng)設計案例�！ ”緯鴥热蒈浻布Y合，同時兼顧理論和實踐，為了便于讀者把理論應用到機器人設計實踐，書中給出了豐富的設計示例和應用案例。通過對這些示例、案例的學習，讀者能進一步深入理解理論知識，學以致用，提升根據(jù)不同的任務場景需求設計實現(xiàn)移動機器人系統(tǒng)的創(chuàng)新實踐能力�！ ”緯勺鳛槠胀ǜ叩仍盒C器人工程、自動化、人工智能、智能科學與技術、無人裝備、無人系統(tǒng)等相關專業(yè)的教材，也可供廣大從事移動機器人系統(tǒng)開發(fā)和維護的工程技術人員參考�！ ”緯溆须娮诱n件、程序代碼等教學資源，歡迎選用本書作教材的教師登錄www.cmpedu.com注冊后下載。
本書遵循教指委相關指導文件和高等院校學生學習規(guī)律編寫而成。踐行四新理念，融入思政元素，注重理論與實踐相結合。
隨著現(xiàn)代科技尤其是人工智能技術的快速發(fā)展，移動機器人在未來的社會中將扮演越來越重要的角色，它們不僅能助力工業(yè)生產，實現(xiàn)高效率、高質量的制造，還能深入服務行業(yè)，滿足人們對醫(yī)療、餐飲、物流和零售等方面日益增長的需求。在家庭環(huán)境中，機器人能提供陪伴、清潔和教育等服務，使生活更為便利。此外，機器人在醫(yī)療領域的應用，如手術機器人和康復機器人等，將為患者帶來更好的醫(yī)療體驗。簡而言之，隨著技術的進步，機器人將在更多領域發(fā)揮其獨特優(yōu)勢，進入人類的生產和生活。 機器人技術發(fā)展、更新迅速，具備機器人研發(fā)領域專業(yè)知識和技能的人才供不應求，這也制約了機器人技術的進一步發(fā)展和應用，因此，培養(yǎng)機器人技術領域高素質專業(yè)化研發(fā)人才成為迫切需求。當前機器人應用主要集中在工業(yè)領域，隨著制造業(yè)的轉型升級和智能制造的推進，工業(yè)機器人市場呈現(xiàn)出快速增長的態(tài)勢，另一重要的趨勢是服務機器人正在從嬰兒期逐漸走向成熟期，未來大量服務機器人將走進千家萬戶，因此對機器人開發(fā)和維護人才的需求將出現(xiàn)爆發(fā)式的增長，這也是編寫本書的一個重要契機�！ ”緯鵀榕囵B(yǎng)機器人研發(fā)領域的高素質人才，提供了較全面深入的學習資源。本書結合和運用國防科技大學智能科學學院在智能移動機器人領域的豐碩研究成果，并將指導學生在國際國內相關高水平學術/學科競賽中設計實現(xiàn)的優(yōu)秀智能移動機器人系統(tǒng)等作為教學案例，系統(tǒng)地介紹了移動機器人的設計原理、技術實現(xiàn)和具體應用，致力于為讀者設計與開發(fā)一套完整的移動機器人提供有益的參考和指導，提高其技術水平和創(chuàng)新實踐能力，激發(fā)讀者對機器人技術的興趣，引領其探索這一領域的奧秘，以期通過培養(yǎng)更多具備專業(yè)知識和技能的研發(fā)人才，推動移動機器人技術的進步和發(fā)展。本書的特色是：從應用場景和需求視角切入，突出需求牽引性；涵蓋知識點全面，突出設計系統(tǒng)性；引入人工智能與機器人技術相結合的最新進展，突出技術前沿性�！ ”緯幷呔鶠閲揽萍即髮W智能科學學院智能機器人技術團隊教師，有多年的智能移動機器人理論研究、技術開發(fā)和教學經(jīng)驗，常年指導機器人世界杯、中國機器人大賽、國際無人系統(tǒng)創(chuàng)新挑戰(zhàn)賽、RoboMaster機甲大師賽等高水平學科競賽并取得了優(yōu)異成績，積累了豐富的理論和實踐經(jīng)驗。其中盧惠民負責編寫第1章、第2章、3.1節(jié)、7.2節(jié)、7.3節(jié)；曾志文負責編寫3.2節(jié)、6.1節(jié)、6.2節(jié)；肖軍浩負責編寫3.3節(jié)、5.1節(jié)、5.2節(jié)；徐明負責編寫3.4節(jié)、3.5節(jié)、4.1節(jié)、4.2節(jié)；于清華負責編寫4.4節(jié)；郭瑞斌負責編寫5.3節(jié)、5.4節(jié)；唐景昇負責編寫4.3節(jié)；代維負責編寫6.3節(jié)；黃開宏負責編寫7.1節(jié)。全書的統(tǒng)稿工作由盧惠民完成�！ ∮捎诰幷咚接邢蓿瑫须y免有疏漏和不足之處，懇請讀者批評指正。 編者
高等院校教師
前言第1章 移動機器人概述 11.1 移動機器人的基本概念 11.1.1 移動機器人的分類 11.1.2 移動機器人的基本組成 21.2 移動機器人的發(fā)展歷史與趨勢 81.2.1 移動機器人的發(fā)展歷史簡介 81.2.2 移動機器人的關鍵技術與發(fā)展趨勢 10本章小結 11第2章 移動機器人設計的一般流程 122.1 需求分析 122.2 系統(tǒng)設計 142.3 硬件實現(xiàn) 172.4 軟件開發(fā) 182.5 測試與調試 192.6 交付與部署 20本章小結 20第3章 移動機器人的軟硬件設計 213.1 機器人典型運動平臺設計 213.1.1 輪式運動平臺設計 213.1.2 足式運動平臺設計 243.1.3 履帶式運動平臺設計 253.2 機器人主要硬件系統(tǒng)組成 263.2.1 感知系統(tǒng) 263.2.2 控制系統(tǒng) 273.2.3 決策系統(tǒng) 273.2.4 執(zhí)行機構 273.2.5 通信系統(tǒng) 283.3 機器人操作系統(tǒng)及應用 293.3.1 機器人操作系統(tǒng)簡介 293.3.2 ROS的起源和發(fā)展 303.3.3 機器人操作系統(tǒng)的基本概念 303.3.4 機器人操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng) 323.3.5 機器人操作系統(tǒng)的常用工具 333.3.6 機器人操作系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 363.4 移動機器人嵌入式軟件架構設計 363.4.1 軟硬件結合的嵌入式軟件特點 363.4.2 軟件架構設計 373.4.3 軟件各層設計思路 373.5 移動機器人軟件開發(fā) 383.5.1 移動機器人控制層軟件總體設計 393.5.2 電動機控制模塊軟件設計 393.5.3 超聲測距模塊軟件設計 423.5.4 遙控接收模塊軟件設計 44本章小結 44參考文獻 44第4章 移動機器人通信與人機交互設計 464.1 網(wǎng)絡與通信基礎知識 464.1.1 計算機網(wǎng)絡定義 464.1.2 網(wǎng)絡分類 474.1.3 通信協(xié)議 484.1.4 網(wǎng)絡設備 494.2 移動機器人應用層通信協(xié)議設計 504.2.1 幀格式定義 504.2.2 通信協(xié)議設計 514.3 常用人機交互技術 544.3.1 鍵盤、鼠標、手柄交互 554.3.2 體感交互 594.3.3 語音交互 634.3.4 眼動交互 674.3.5 腦機交互 694.4 圖形化人機交互界面設計 754.4.1 設計需求分析 754.4.2 基于Qt的交互界面設計 764.4.3 基于RVIZ的交互界面設計 80本章小結 84參考文獻 84第5章 機器人智能感知系統(tǒng)設計 865.1 機器人常用傳感器 865.1.1 機器人的本體感知型傳感器 885.1.2 機器人的測距傳感器 935.1.3 機器人視覺感知 1005.2 機器人感知系統(tǒng)設計 1105.2.1 傳感器選擇 1105.2.2 感知算法設計 1115.2.3 世界模型的構建 1125.2.4 感知系統(tǒng)集成 1135.3 機器人同步定位與建圖算法設計 1135.3.1 機器人狀態(tài)估計方法 1145.3.2 機器人地圖構建方法 1195.4 機器人目標識別算法設計 1215.4.1 支持向量機 1215.4.2 隨機森林 1235.4.3 K最近鄰算法 1255.4.4 貝葉斯分類器 1265.4.5 深度學習識別算法 128本章小結 131參考文獻 131第6章 機器人運動規(guī)劃與控制系統(tǒng)設計 1336.1 機器人路徑/軌跡規(guī)劃算法設計 1336.1.1 圖搜索算法 1346.1.2 基于采樣的路徑規(guī)劃算法 1386.1.3 考慮運動學約束的路徑規(guī)劃（Hybrid A*） 1436.1.4 局部路徑規(guī)劃—動態(tài)窗口法（DWA） 1466.1.5 局部路徑規(guī)劃—Time Elastic Band（TEB）規(guī)劃器 1496.2 機器人路徑/軌跡跟蹤控制 1556.2.1 路徑/軌跡跟蹤介紹 1556.2.2 無模型控制方法 1566.2.3 模型預測控制算法 1616.3 機器人未知環(huán)境自主探索算法設計 1736.3.1 基于邊界的自主探索算法 1736.3.2 基于概率采樣的自主探索算法 1746.3.3 基于強化學習的自主探索算法 1766.3.4 基于貝葉斯網(wǎng)絡的自主探索算法 1786.3.5 機器人未知環(huán)境自主探索算法設計示例 180本章小結 187參考文獻 187第7章 典型移動機器人系統(tǒng)設計案例 1897.1 智能自主探測回收機器人系統(tǒng)設計案例 1897.1.1 案例背景與需求 1897.1.2 硬件系統(tǒng)設計 1907.1.3 軟件系統(tǒng)設計 1927.2 智能搜救機器人系統(tǒng)設計案例 2007.2.1 整體設計 2017.2.2 主動式自穩(wěn)的二維激光雷達同步定位與建圖模塊 2027.2.3 自主探索模塊 2047.2.4 受困者檢測與定位模塊 2067.2.5 系統(tǒng)性能驗證 2087.3 排爆機器人系統(tǒng)設計案例 2097.3.1 案例背景 2097.3.2 任務需求及應對方案 2097.3.3 硬件系統(tǒng)設計 2117.3.4 核心算法設計 2187.3.5 思想啟示：模塊化設計思想 221本章小結 222參考文獻 223
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