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引言1

第6篇 野外和服务机器人8

第42章 工业机器人8

42.1 工业机器人的历史概述9

42.2 典型应用和机器人结构13

42.3 运动学和机构学19

42.4 任务描述——示教和编程20

42.5 末端执行器和系统集成23

42.6 结论和长期挑战26

参考文献27

第43章 水下机器人29

43.1 海洋机器人学的重要工程应用29

43.2 水下机器人理论31

43.3 水下机器人应用43

43.4 结论与扩展阅读44

参考文献44

第44章 空中机器人47

44.1 背景47

44.2 空中机器人的历史48

44.3 空中机器人的应用49

44.4 当前的挑战51

44.5 空中机器人的基本概念52

44.6 入门级的空中机器人：内环控制55

44.7 活跃的研究领域57

44.8 结论与扩展阅读60

参考文献60

第45章 空间机器人与系统64

45.1 轨道机器人系统的历史和发展65

45.2 表面机器人系统的历史发展和进步69

45.3 数学建模75

45.4 轨道和表面机器人系统的未来发展方向85

45.5 结论与扩展阅读88

参考文献88

第46章 农林机器人92

46.1 定义92

46.2 林业93

46.3 机器人在开阔田地中的应用96

46.4 园艺业97

46.5 畜牧业98

46.6 无人机100

46.7 结论与发展方向100

参考文献100

第47章 建筑机器人103

47.1 概述103

47.2 经济因素107

47.3 应用108

47.4 目前尚未解决的技术问题115

47.5 发展方向116

47.6 结论与扩展阅读117

参考文献117

第48章 危险作业机器人120

48.1 危险环境的操作：机器人技术解决方案需求120

48.2 应用121

48.3 促成技术130

48.4 结论136

参考文献137

第49章 采矿机器人140

49.1 背景140

49.2 开采金属矿144

49.3 地下煤矿开采150

49.4 露天煤矿开采153

49.5 结论与扩展阅读156

参考文献156

第50章 搜救机器人159

50.1 概述159

50.2 灾难的特性和对机器人的影响161

50.3 在灾难环境中机器人的实际应用163

50.4 机器人的前景和概念167

50.5 评价和基准170

50.6 基础问题和开放问题172

50.7 结论与扩展阅读175

参考文献176

第51章 智能车辆178

51.1 为什么要智能车辆？178

51.2 支撑技术180

51.3 路况理解182

51.4 先进驾驶员辅助185

51.5 驾驶员监测189

51.6 自动车辆190

51.7 未来趋势和展望193

51.8 结论与扩展阅读193

参考文献194

第52章 医疗机器人与计算机集成手术197

52.1 核心概念197

52.2 技术201

52.3 系统、研究领域和应用205

52.4 总结和展望212

参考文献213

第53章 康复和医疗保健机器人218

53.1 概述218

53.2 物理疗法与训练机器人221

53.3 残疾人辅助227

53.4 智能假肢和矫形器231

53.5 强化诊断与监控233

53.6 安全、伦理、权利和经济234

53.7 结论与扩展阅读235

参考文献236

第54章 家用机器人242

54.1 清洁机器人243

54.2 割草机器人256

54.3 智能家电258

54.4 智能住宅260

54.5 家用机器人：商业价值262

54.6 结论与扩展阅读263

参考文献263

第55章 教育机器人265

55.1 教育机器人的作用265

55.2 教育机器人比赛266

55.3 教育机器人平台268

55.4 教育机器人控制器与编程环境271

55.5 机器人与非正式学习场所（如博物馆）273

55.6 机器人项目的教育评价276

55.7 总结与扩展阅读277

参考文献278

第7篇 以人为中心和类生命机器人284

第56章 类人机器人284

56.1 为什么研究类人机器人？284

56.2 历史和概况286

56.3 行走288

56.4 操作290

56.5 全身的活动293

56.6 交流299

56.7 总结与展望302

参考文献302

第57章 人-机器人物理交互中的安全性306

57.1 安全的人-机器人物理交互问题的研究起因306

57.2 Hands-off人-机器人物理交互的安全性308

57.3 设计真正安全的机器人309

57.4 Hands-on人-机器人物理交互的安全性311

57.5 人-机器人物理交互的安全性标准314

57.6 结论315

参考文献315

第58章 与人交互的社会机器人318

58.1 社会机器人的表现319

58.2 多模式通信321

58.3 表达基于情感的交互323

58.4 社会认知技巧327

58.5 结论与扩展阅读330

参考文献331

第59章 机器人示范编程335

59.1 历史335

59.2 面向工程的方法337

59.3 面向生物学的学习方法346

59.4 结论和机器人示范编程中待解决的问题349

参考文献350

第60章 基于生物学启发的机器人355

60.1 研究背景355

60.2 受仿生启发的机器人形态356

60.3 受仿生启发的传感器357

60.4 受仿生启发的执行器361

60.5 受仿生启发的控制体系结构366

60.6 能量自主获取368

60.7 群体机器人学369

60.8 混合生物的机器人371

60.9 讨论372

60.10 结论373

参考文献374

第61章 演化机器人378

61.1 原理378

61.2 起步379

61.3 仿真和现实381

61.4 简单控制器与复杂行为383

61.5 光识别384

61.6 计算神经行为学386

61.7 演化与学习391

61.8 竞争和协作392

61.9 演化硬件394

61.10 结论396

参考文献396

第62章 神经机器人学：从视觉到动作401

62.1 定义401

62.2 神经行为学的启示402

62.3 小脑的作用408

62.4 镜像系统的作用412

62.5 小结419

62.6 扩展阅读419

参考文献420

第63章 感知机器人424

63.1 概述424

63.2 基于样本的对象表示425

63.3 基于样本的运动表示431

63.4 基于样本的合成模型：从面部到运动432

63.5 结论与扩展阅读435

参考文献435

第64章 机器人伦理学：机器人学的社会和伦理含义439

64.1 方法概念440

64.2 机器人的特殊性441

64.3 什么是机器人？441

64.4 机器人接受度的文化差异442

64.5 从文学到当代的争论442

64.6 机器人伦理学442

64.7 伦理和道德443

64.8 道德理论443

64.9 科技伦理443

64.10 实施条件444

64.11 实施原则445

64.12 信息和通信技术领域的伦理问题445

64.13 原则的统一性446

64.14 道德与职业责任446

64.15 机器人伦理学分类447

64.16 结论与扩展阅读453

参考文献455