1.“十三五”国家重点出版物出版规划项目

2.中国工程院院士作序

3.兼具先进性、原创性、创新性的专著。

章　绪论/ 1

　1.1　机器人的定义与分类/ 2

　　　1.1.1　机器人的定义/ 2

　　　1.1.2　机器人的分类/ 3

　1.2　机器人的发展历程及趋势/ 5

　　　1.2.1　机器人的发展历程/ 5

　　　1.2.2　机器人的发展趋势/ 7

　1.3　特种机器人的发展现状和核心技术/ 10

　　　1.3.1　全球特种机器人发展现状/ 10

　　　1.3.2　我国特种机器人发展现状/ 12

　　　1.3.3　特种机器人核心技术/ 13

　1.4　特种机器人的主要应用领域/ 14



第2章　特种机器人的驱动系统和机构/ 32

　2.1　机器人的基本组成/ 33

　2.2　常用驱动器/ 34

　　　2.2.1　液压驱动/ 35

　　　2.2.2　气压驱动/ 37

　　　2.2.3　电气驱动/ 38

　　　2.2.4　新型驱动/ 39

　2.3　常见传动机构/ 40

　　　2.3.1　直线传动机构/ 40

　　　2.3.2　旋转运动机构/ 43

　　　2.3.3　减速传动机构/ 46

　2.4　机械臂/ 49

　2.5　机械手/ 52

　2.6　常见移动机构/ 54

　　　2.6.1　车轮式移动机构/ 54

　　　2.6.2　履带式移动机构/ 59

　　　2.6.3　腿足式移动机构/ 61

　　　2.6.4　其他形式的移动机构/ 62



第3章　特种机器人的传感技术/ 63

　3.1　概述/ 64

　　　3.1.1　特种机器人对传感器的要求/ 64

　　　3.1.2　常用传感器的特性/ 65

　　　3.1.3　机器人传感器的分类/ 67

　3.2　力觉传感器/ 69

　3.3　触觉传感器/ 71

　3.4　视觉传感器/ 75

　3.5　听觉传感器/ 80

　3.6　嗅觉传感器/ 84

　3.7　接近度传感器/ 86

　3.8　智能传感器/ 94

　　　3.8.1　智能传感器概述/ 94

　　　3.8.2　智能传感器的功能与特点/ 101

　　　3.8.3　智能传感器在机器人中的应用/ 103

　3.9　无线传感器网络技术/ 104

　　　3.9.1　无线传感器网络的特点/ 105

　　　3.9.2　无线传感器网络体系结构/ 107

　　　3.9.3　无线传感器网络的关键技术/ 109

　　　3.9.4　硬件与软件平台/ 111

　　　3.9.5　无线传感器网络与Internet 的互联/ 112



第4章　基于视觉的移动机器人定位技术/ 114

　4.1　移动机器人视觉系统/ 115

　　　4.1.1　机器人视觉的基本概念/ 115

　　　4.1.2　移动机器人视觉系统的主要应用领域/ 116

　　　4.1.3　移动机器人单目视觉系统/ 117

　　　4.1.4　移动机器人双目视觉概述/ 121

　4.2　摄像机标定方法/ 122

　　　4.2.1　离线标定方法/ 123

　　　4.2.2　改进的节点提取算法/ 128

　　　4.2.3　实验结果/ 132

　4.3　路标的设计与识别/ 135

　　　4.3.1　边框的设计与识别/ 135

　　　4.3.2　图案的设计与识别/ 139

　4.4　基于路标的定位系统/ 142

　　　4.4.1　单路标定位系统/ 142

　　　4.4.2　多路标定位系统/ 143

　　　4.4.3　误差分析/ 144

　　　4.4.4　实验验证/ 146

　4.5　移动机器人定位分析/ 147

　　　4.5.1　Monte Carlo定位算法/ 147

　　　4.5.2　机器人的实验环境/ 148

　　　4.5.3　定位误差实验/ 150



第5章　基于算法融合的移动机器人路径规划/ 153

　5.1　常用的路径规划方法/ 154

　5.2　基于人工势场和A*算法融合的机器人路径规划/ 157

　　　5.2.1　人工势场法/ 157

　　　5.2.2　A*算法/ 158

　　　5.2.3　人工势场和A*算法融合/ 159

　　　5.2.4　仿真研究/ 162

　5.3　基于人工势场和蚁群算法的机器人路径规划/ 165

　　　5.3.1　蚁群算法/ 166

　　　5.3.2　改进的人工势场法/ 167

　　　5.3.3　基于势场力引导的蚁群算法/ 168

　　　5.3.4　仿真研究/ 169



第6章　废墟搜救机器人/ 171

　6.1　废墟搜救机器人概述/ 172

　　　6.1.1　废墟搜救机器人研究意义/ 172

　　　6.1.2　废墟搜救机器人研究趋势/ 173

　6.2　废墟搜救机器人硬件系统/ 174

　　　6.2.1　废墟搜救机器人硬件构成/ 174

　　　6.2.2　可变形搜救机器人硬件系统/ 174

　　　6.2.3　可变形搜救机器人运动学模型/ 179

　6.3　废墟搜救机器人控制系统/ 181

　　　6.3.1　废墟搜救机器人控制系统的要求/ 181

　　　6.3.2　层次化分布式模块化控制系统结构设计/ 182

　6.4　废墟搜救机器人控制站系统/ 183

　　　6.4.1　废墟搜救机器人控制站系统特点/ 183

　　　6.4.2　废墟搜救机器人控制站系统结构/ 185

　　　6.4.3　废墟搜救机器人控制站工作模式/ 190

　6.5　颠簸环境下废墟搜救机器人自主运动/ 193

　　　6.5.1　颠簸环境对废墟搜救机器人的运动影响/ 193

　　　6.5.2　颠簸环境下废墟搜救机器人运动学模型/ 194

　　　6.5.3　颠簸环境下模糊控制器分析与设计/ 199

　　　6.5.4　仿真研究/ 200



第7章　文本问答机器人/ 206

　7.1　文本问答机器人概述/ 207

　　　7.1.1　文本问答机器人的概念与特点/ 207

　　　7.1.2　文本问答机器人的发展历程/ 207

　　　7.1.3　文本问答机器人的分类/ 208

　　　7.1.4　文本问答机器人的评价指标/ 212

　7.2　文本问答机器人体系结构/ 212

　　　7.2.1　文本问答机器人基本原理/ 212

　　　7.2.2　文本问答机器人体系结构/ 214

　　　7.2.3　文本问答机器人问题分析/ 215

　　　7.2.4　文本问答机器人信息检索/ 216

　　　7.2.5　文本问答机器人答案抽取/ 217

　7.3　文本问答机器人关键技术/ 217

　　　7.3.1　中文分词技术/ 217

　　　7.3.2　词性标注技术/ 220

　　　7.3.3　去停用词技术/ 221

　　　7.3.4　特征提取技术/ 221

　　　7.3.5　问题分类技术/ 222

　　　7.3.6　答案提取技术/ 222

　7.4　基于互联网的文本问答机器人的典型应用/ 223

　　　7.4.1　基于FAQ的受限域文本问答机器人系统结构/ 223

　　　7.4.2　基于FAQ的受限域文本问答机器人系统功能/ 224

　　　7.4.3　基于FAQ的受限域文本问答机器人系统特点/ 226

　　　7.4.4　基于FAQ的受限域文本问答机器人应用领域/ 227



参考文献/ 228

本书系统地介绍了特种机器人的基础知识、路径规划算法, 以及废墟搜救机器人和文本问答机器人的应用实例, 内容涉及近几年机器人领域的研究热点问题, 是作者多年来在该领域研究成果的积累和总结。主要内容器人的定义与分类, 特种机器人的发展现状及核心技术、主要应用领域, 机器人的驱动系统、机构和传感技术, 移动机器人的定位算法和路径规划算法, 废墟搜救机器人的系统组成和自主运动控制研究, 文本问答机器人的体系结构、关键技术和典型应用等。本书可作为从事特种机器人研究和开发及应用的科学研究工作者和工程技术人员的参考书, 也可作为控制科学与工程、计算机科学与技术、机械电子工程等学科研究生或高年级本科生的教材。

郭彤颖，副教授，博士毕业于中国科学院沈阳自动化研究所，具有多年在机器人控制及其相关领域的教学和科研经验。主要研究领域涉及智能控制、工业机器人、移动机器人、灾难救援机器人及其他特种机器人。先后主持和参加国家、省部级科研课题20余项，获省级教学成果奖1项，沈阳市科技进步一等奖1项，辽宁省自然科学学术成果奖三等奖3项，沈阳市自然科学学术成果奖二等奖1项，校级各类教学成果奖3项。在国内外重要的学术期刊与会议上发表论文30余篇，其中SCI收录1篇，EI收录20余篇，主编著作和教材5部，参编著作和教材6部。