機器人共融交互技術 付宜利 張福海 高文朋 9787030810250 【台灣高等教育出版社】

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書名：機器人共融交互技術
ISBN：9787030810250
出版社：科學
著編譯者：付宜利 張福海 高文朋
頁數：204
所在地：中國大陸 *此為代購商品
書號：1745210
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內容簡介
《機器人共融交互技術》是探討機器人與機器人、人類和環境交互的前沿技術領域的教材，系統地介紹了機器人共融交互的基礎理論、關鍵技術以及實際應用案例，旨在促進機器人與機器人、人類和環境之間更自然、高效地交流與協作。通過清晰的理論闡述和生動的例子，讓讀者能夠更深入地認識機器人共融交互技術的發展，激發對未來技術發展的思考和討論。
《機器人共融交互技術》闡述了機器人共融交互的概念和設計理念，回顧了機器人共融交互技術的發展歷史，給出了機器人共融交互技術面臨的挑戰；介紹了機器人傳感器基本原理、技術和產品，實現機器人共融交互技術的基礎；詳細闡述了機器人與人、機器人與機器人、機器人與環境之間的交互方法和技術；並以實例的方式介紹了機器人不同應用領域的交互技術實現。

目錄

目錄

第1章 緒論1
1 1機器人共融交互技術概述2
1 1 1共融機器人的概念2
1 1 2機器人共融交互技術的內涵3
1 2機器人共融交互技術的設計理念4
1 2 1以人為中心的設計理念4
1 2 2環境適應性設計理念5
1 2 3協同作業設計理念5
1 2 4智能化設計理念7
1 2 5安全性設計理念8
1 3機器人共融交互技術的演變9
1 4機器人共融交互技術的挑戰11
1 4 1感知與認知挑戰11
1 4 2決策與規劃挑戰11
1 4 3協同與協作挑戰12
1 4 4倫理與法律挑戰12
本章 小結13
課後習題13
第2章 機器人傳感器基礎知識14
2 1傳感器基本特性14
2 1 1傳感器的靜態特性14
2 1 2傳感器的動態特性17
2 1 3傳感器的標定19
2 2機器人本體傳感技術21
2 2 1編碼器21
2 2 2加速度計24
2 2 3陀螺儀25
2 3力觸覺傳感技術27
2 3 1多錐測力彈性體系統27
2 3 2扭矩傳感器28
2 3 3觸覺傳感器29
2 4視覺傳感技術32
2 4 1機器人視覺系統32
2 4 2CCD/CMOS圖像傳感器34
2 4 3立體視覺35
本章 小結44
課後習題44
第3章 人與機器人共融交直技術45
3 1人與機器人共融交互概念45
3 2人與機器人共融交互框架46
3 2 1HRI設計的概念模型46
3 2 2HRI框架47
3 2 3HRI的評價指標48
3 3人機物理交互50
3 3 1人-機糟人控制動力學50
3 3 2人類意圖估計51
3 3 3機器人控制適應54
3 3 4交豆控制57
3 4人機交互設備60
3 4 1人機交互方式60
3 4 2人機交互設備及工作原理61
3 4 3人機變互設備的性能評估指標64
3 5虛擬現實/增強現實/棍合現實交互技術65
3 5 1VAM顯示設備66
3 5 2VAM-HRI接口的設計範式68
3 5 3VAM-HRI虛擬設計元素69
3 6機器視覺與人機交互技術72
3 6 1機器視覺基礎原理72
3 6 2基於視覺的人體動作識別和預測73
3 6 3基於視覺的手勢懼別77
3 6 4基於視覺的面部表情識別78
3 7生物信號識別與人機交互技術79
3 7 1生物信號基礎79
3 7 2肌電圖信號識別與人機交豆技術81
3 7 3腦電圖信號識別與人機交互技術85
3 8語音識別與人機交互技術89
3 8 1語音識別的基礎知識89
3 8 2語音識別技術90
3 8 3自然語言處理技術92
本章 小結94
課後習題94
第4章 機器人與環境共融交互技術95
4 1動態環境建模與路徑規劃技術95
4 1 1環境地圖表示方法95
4 1 2機器人定位方法98
4 1 3路徑規劃方法104
4 2機器人與環境交互動力學與控制107
4 2 1機器人標定方法107
4 2 2機器人參數辨識方法115
4 2 3機器人與環境變互控制方法123
4 3多機器人協作與群體智能技術132
4 3 1多機器人系統控制134
4 3 2多機器人協作135
4 3 3群體智能140
4 3 4群體機器人142
4 4多機器人環境感知技術145
4 4 1多機椿人空間定位147
4 4 2多機器人信息融合152
本章 小結153
課後習題154
第5章 機器人共融交互技術實例155
5 1動態環境移動機器人導航實例155
5 1 1移動機器人系統搭建155
5 1 2基於回PTPSM算法的位要跟蹤與建圖實驗157
5 1 3基於合Q-learning的避障實驗162
5 2機器人與環境交互實例165
5 2 1機器人標定實驗165
5 2 2機器人參數辨識實驗172
5 2 3雙臂機器人手眼系統擊球實驗179
5 3手術機器人共融交互操作實例185
5 3 1手術機器人185
5 3 2主手機構設計188
5 3 3主手的控制設計191
5 3 4微創手術機器人主從控制實驗198
本章 小結201
課後習題201
參考文獻202

精彩書摘
第1章 緒論
機器人共融交互技術是一個跨學科的領域，旨在提升機器人與機器人、人類及環境之間的互動和協作能力。共融指的是機器人與機器人、人類的協同工作，機器人與機器人和人類之間要建立一種自然、順暢的交互方式，確保雙方能理解彼此的意圖、情感和行為。交互是指機器人通過各種方式與機器人和人類進行交流與合作的能力。這種交互不僅限於簡單的指令執行，還包括對交互對象的理解。本章 將從機器人的發展歷史講起，伴隨著機器人交互技術的發展，引入共融機器人的概念，在此基礎上闡述機器人共融交互技術。然後針對機器人共融交互技術設計理念、演變及挑戰進行闡述。
機器人被定義為一個能夠感知、規劃和行動的以目標為導向的機器。在早期，機器人僅能執行一些程序性動作，但是卻幫人類完成很多單調且重複的任務或者在危險場景中代替人類執行特定任務。計算機、機械、傳感器技術、材料科學和人工智能等領域的專業知識是現代機器人中融合的一部分。機器人技術的主要目標是研發執行用戶定義任務的機器人。科學的快速發展推動了各種類型機器人(如人形機器人、飛行器、服務機器人、工業機器人、特種機器人等)的發展。特別是計算機技術的發展進一步提升了機器人的水平，使其從純粹的機械或液壓設備發展到可以遵循可編程框架的機器人，甚至能夠自主決策、自我學習和執行複雜任務。如今，機器人己經可以參與一些複雜的人類活動，在社會中扮演各種關鍵角色，從工
業生產線上的焊接機器人到家庭生活中的掃地機器人，再到手術室裡的手術機器人，可以說機器人正在走進人類生活的每個角落。
回顧歷史，機器人的發展大致經歷了三個階段，如圖1-1所示。第1代機器人相當於”遙控操作器”，由人操作機械進行挖掘、搬運等工作，主要起到放大操作員力量的作用。第二代機器人能夠根據離線編好的程序自動重複完成操作，目前工業生產線上常見的機械臂就是這一類。第三代機器人是智能機器人，可通過各種傳感器獲取環境信息，利用智能技術進行識別、理解、推理並做出規劃決定，屬_xFFFF_可自主行動、實現預定目標的交互機器人;工業領域中負責搬運、焊接與裝配等任務的機器人，以及服務行業中的掃地機器人和炒菜機器人等都屬此類。圖1-1展示了機器人發展過程中的代表性機器人。
圖1-1機器人的發展歷史
機器人交互技術是研究機器人如何與人類、其他機器人以及環境之間進行高效、自然交互的跨學科領域。它涵蓋了計算機交互、人工智能、機器人學、傳感器技術及社會科學等多個學科的知識體系。近年來，傳感器、互聯網、大數據、人工智能和機器人技術飛速發展，機器人交互技術也迎來了顯著變化。傳統上，機器人在交互過程中往往扮演著被動執行者的角色，但在現代技術的推動下，這一局面正在發生轉變。現在的機器人正逐漸展現出更多的自主性和主動性，成為能夠自主決策、自主行為的主體。這一轉變主要體現在機器人交互過程中的智能化，使得機器人能夠更深入地理解人類的意圖和需求，從而提供更精確、更個性化的服務。通過集成先進的傳感器技術，機器人能夠實時感知並理解外部環境的變化，同時結合大數據和人工智能算法，對收到的信息進行分析和處理，並做出更加合理的決策。此外，機器人還能夠通過互聯網與其他機器人或人類進行通信和協作，實現更加複雜的交互任務。這些技術不僅提高了機器人的交互能力和自主性，也為其在各個領域的應用帶來了無限可能。
1 1機器人共融交互技術概述
機器人已是當今社會中無處不在的存在，其與機器人、人類和環境之間的互動愈發頻繁和緊密。在1960年，Licklider提出了一個引人深思的概念——人機共生，這一概念源自生物學的類比，旨在描述人機交互的新境界。通過人機共生的理念，Licklider展望了一個人類與高度智能機器人和諧共存、共同發展的未來。他設想了人類與機器人之間不再是簡單的控制與被控制的關係，而是轉變為一種密切結合、互惠互利的共生關係。在這種關係中，人類和機器人能夠共同面對問題，通過實時、動態互動，共同尋找解決方案，實現雙方的共同進步和成長。顯然，這種理想化的展望至今尚未實現。因此，機器人專家又站在機器人的角度重新審視了人機共生的概念，提出了共融機器人的概念，機器人共融交互技術則是在此概念之上形成的一個重要研究方向，是實現共融機器人的關鍵技術之一。
1 1 1共融機器人的概念
機器人雖已廣泛應用于國民生活和經濟各領域，但其靈活性和智能決策能力尚顯不足。比如，工業機器人感知能力較弱，只能在穩定的環境中工作，即主要在結構化環境中執行各類確定性任務，否則就容易出錯甚至傷人毀物。這就是為什麼工業機器人經常”單兵作戰”，甚至需要防護網將機器人作業區和工人作業區分開。服務機器人是應對未來全球人口老齡化趨勢加劇的有效手段，但目前存在無法接收抽象指令、難以與人有效溝通、人機協調合作能力不足、安全機制欠缺等問題。特種機器人是代替人類在極地、深海、外星、核輻射場所、軍事戰場、受災地域等危險區域執行任務的重要工具，但存在過度依賴編程和人類遙操作、自主性不足等問題。
克服上述不足、有效擴展和延伸人類能力是未來機器人的發展方向——共融機器人應運而生。共融機器人(coexisting-cooperative-cognitive robots，Tri-Co Robots)是指能與作業環境、人和其他機器人自然交互、自主適應複雜動態環境並協同作業的機器人(摘自國家自然科學基金委員會重大研究計劃”共融機器人基礎理論與關鍵技術研究”)。”共融”具體包含三層含義:一是機器人與環境的自然交互。傳統機器人在特定區域工作，目標簡單，對象單一，但在實際生產生活中很難有如此純粹的環境。走出車間，走進山地、雪地，來到人來人往的街道，甚至和人一起在動態環境中協同作業，是共融機器人發展的第1重目標。二是機器人之間的互助互補。兩個人可以抬起更重的物品，三人一組的Fl賽車服務人員可以在28內更換一個輪胎，一台複雜的內科手術需要多位醫生和護士協作。通過多”人”協作來實現單體能力的突破，通過合作增強機器人整體功能和性能，實現機器人之間的協作、互補，是共融機器人發展的第二重目標。三是機器人與人之間的協同作業。要與人合作，不單指昕人指揮，共融機器人還需要有自己的”判斷”和”想法”。人是複雜的、動態的，與人協作對機器人提出了更高的要求。不再被動等待人的協助，不再依賴人的編程，而要能夠主動感知並解決各種問題，是共融機器人發展的第二重目標。共融機器人主要圍繞人-機-環境共融的機器人基礎理論和設計方法開展研究。
共融機器人主要技術特點包括：①自主性，共融機器人能夠自主適應複雜動態環境，並根據任務需要自主決策和行動：②交互性，共融機器人能夠與人類或其他機器人進行自然交互，理解並滿足人類的需求和期望：③協作性，共融機器人能夠與人類或其他機器人緊密協作，共同完成任務；④安全性，共融機器人具備高度的安全性，能夠確保在交互和協作過程中不會對人類或其他機器人造成危害。
1 1 2機器人共融交互技術的內灑
機器人共融交互技術是建立在共融機器人概念基礎上，以機器人為主體，研究機器人與人、機器人和環境之間交互的技術。共融的概念在機器人交互技術研究中越來越多地被提及，但是卻缺乏一個關於構成機器人共融交互的各個方面的統一規範。近年來，隨著人工智能技術的飛速發展，特別是模仿學習、強化學習以及大模型的進步，機器人己經具備一定的自主作業能力，在一定程度上實現了與客體對象(包括人、其他機器人、環境等)的共融交互，這對於提高機器人在複雜環境下的適應性和操作便制主具有重要意義。本書將結合不同學科專業知識，以多元化視角闡述共融在機器人交互技術的角色，即共融作為機器人交互的*高形式，其特點是機器人作為交互的主體與交互對象的一體性。本書中，

大陸簡體正版圖書，訂購後正常情形下約兩周可抵台。