协作机器人——感知、交互、操作与控制技术 刘星

本书系统而全面地覆盖了协作机器人领域的核心知识体系。 从感知技术出发， 探讨了机器人如何通过视觉、 触觉、 力觉等多种传感器获取环境信息， 实现对外界世界的精准感知； 进而深入到交互技术， 分析了机器人如何理解人类意图， 以及如何通过自然语言、 手势等多种方式与人类进行有效沟通； 在操作与控制技术部分， 详细阐述了机器人运动规划、 力控制、 柔顺控制、 操作技能学习等关键技术， 以及如何通过先进的控制算法实现复杂任务下的精准操作与高效执行。
本书不仅注重理论知识的阐述， 更强调实践应用的指导， 以帮助读者将所学知识转化为解决实际问题的能力， 为未来的科研与工程实践打下坚实的基础。 

当前，协作机器人已成为机器人研究、开发与应用的主流。本书较为系统地介绍了协作机器人的基本概念及其在感知、交互、操作与控制等领域的关键技术，能够帮助读者了解并快速走上协作机器人的研究、开发之路。本书共13 章，分别为协作机器人概论、协作机器人运动学、协作机器人动力学、协作机器人感知、协作机器人力控制、协作机器人阻抗控制、人-机器人交互技术、机器人-环境交互技术、协作机器人操作技能学习、车臂复合协作机器人、协作机器人在航空航天领域的应用、协作机器人仿真实验，以及协作机器人发展趋势。
本书可作为高等院校机器人工程、自动化、计算机、机械工程、航空航天及相关专业研究生和高年级本科生的辅助教材，也可供研究开发人员、工程技术人员及自学者参考。

高等院校老师

第1章协作机器人概论
1.1协作机器人基本概念
1.2协作机器人国外发展现状
1.3协作机器人国内发展现状
1.4协作机器人特点
1.5人机协作方式
1.6协作机器人分类
1.7协作机器人关键技术
1.8协作机器人柔顺控制
第2章协作机器人运动学
2.1协作机器人正运动学
2.2协作机器人逆运动学
2.3冗余机器人逆运动学
2.4协作机器人路径规划
第3章协作机器人动力学
3.1机械臂动力学建模
3.2基于拉格朗日方程的机械臂动力学建模
3.3基于柔性动力学的机械臂建模
第4章协作机器人感知
4.1协作机器人力觉感知
4.2协作机器人触觉感知
4.3协作机器人视觉感知
4.4协作机器人听觉感知
4.5人类肢体动作感知
4.6多模态融合感知
第5章协作机器人力控制
5.1力控制概念
5.2力控制方法
5.3力/位置混合控制方法
5.4总结
第6章协作机器人阻抗控制
6.1阻抗控制概念
6.2基于力控制的阻抗控制
6.3基于位置控制的阻抗控制
6.4阻抗控制应用实例
第7章人-机器人交互技术
7.1人-机器人交互概述
7.2人-机器人交互接口
7.3人-机器人协作控制
7.4机器人动态行为控制
7.5主动人-机器人协作
第8章机器人-环境交互技术
8.1机器人-环境交互分类
8.2机器人-环境交互建模
8.3机器人-环境交互控制
8.4机器人-环境交互控制发展趋势
第9章协作机器人操作技能学习
9.1协作机器人操作分类
9.2协作机器人操作过程建模
9.3协作机器人操作技能建模
9.4协作机器人操作控制策略
9.5协作机器人操作技能学习
9.6协作机器人灵巧操作
9.7协作机器人操作技能推理
第10章车臂复合协作机器人
10.1复合机器人基本概念
10.2复合机器人研究发展现状
10.3复合机器人车臂协同控制技术
10.4复合机器人主动柔顺控制技术
第11章协作机器人在航空航天领域的应用
11.1协作机器人在航空制造领域的应用
11.2协作机器人在航天制造领域的应用
11.3协作机器人与空间在轨服务
第12章协作机器人仿真实验
12.1典型仿真平台
12.2仿真实验方法
12.3典型应用场景
第13章协作机器人发展趋势
13.1人工智能和协作机器人的融合
13.2结构的模块化和仿生
13.3混合协作机器人
13.4认知与行为控制
13.5人机混合智能系统
13.6人机协同智能增强
参考文献

随着我国机器人应用领域的不断拓展，传统工业机器人已不能满足当前社会生产和生活的需求。机器人与人在共享的工作空间中协作完成复杂的任务，已成为机器人行业新的发展趋势。这一新的发展趋势对机器人的安全性和可操作性提出了更高的要求。感知、交互、操作和控制是应对这一要求的关键技术。
传统工业机器人缺乏感知能力，通常采用高刚度的位置控制模式，柔顺性差，难以适应人机协作的生产环境，一旦出现碰撞操作人员或障碍物的情况，可能会造成严重的安全事故，存在较大的安全隐患。传统的解决方案是将机器人视为危险源，通过围栏等设施建立隔离空间，同时通过复杂的编程与严格的管理来提高机器人系统的安全性，无法实现人机协作。新型机器人为了完成越来越多样化的任务，非常注重人机协作。未来将是人-机器人共融的时代，因此研发具有多模态感知、流畅人机交互和高性能操作控制功能的协作机器人在工程实践中具有重要的意义。
在国防军工、航空航天、灾难救援等复杂或极端危险的作业领域，协作机器人代替或协助操作人员完成作业任务也已成为重要的发展趋势，非结构化的工作环境以及复杂的作业任务对于机器人的感知、认知、决策、行动等都提出了更高的要求。人机协同完成复杂作业任务成为当前的最佳解决方案。本书将为相关领域的从业者提供重要理论、方法及应用参考。希望本书的出版能够对我国协作机器人的研究和应用起到推动的作用。
本书的编写受到西北工业大学“十四五”研究生教材建设项目的资助。本书在编写过程中，得到了西北工业大学航天学院黄攀峰教授、刘正雄教授、常海涛副研究员等的大力支持，课题组研究生郭琪、王高照、刘子昊、李冰倩等在本书的校稿方面付出了大量劳动。本书的很多想法来源于编者在新加坡国立大学葛树志教授实验室联培时的研究工作，在此向葛树志教授表示衷心的感谢。编者的博士生导师，西安交通大学梅雪松教授对本书进行了审阅并作序，在此一并感谢。
由于编者能力有限，同时协作机器人作为一个新生事物还在不断发展当中，因此书中难免存在纰漏，恳请各位读者批评指正。
编者