Robotis OP仿人机器人权威指南 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[韩] 金钟熠（Jong-Wook Kim） 著

图书标签:

• 机器人
• 仿人机器人
• Robotis OP
• 机器人技术
• 机器人编程
• ROS
• Python
• 机器人控制
• 自动化
• STEM教育

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115473028

版次：1

商品编码：12302091

品牌：异步图书

包装：平装

开本：16开

出版时间：2018-02-01

用纸：胶版纸

编辑推荐

　　仿人机器人让机器人更具人行，具有更强的智能和功能。仿人机器人具有人类的外观，可以适应人类的生活和工作环境，代替人类完成各种作业，并可以在医疗、教育、娱乐等方面扩展人类的能力。
　　本书介绍仿人机器人，结合Robotic OP平台进行讲解。全书以基础理论加实例的方式介绍，避免了生涩抽象的描述，还通过MATLAB和C++等工具对机器人进行了仿真测试，并通过相应的平台对机器人进行了实际测试。

内容简介

　　随着科技的不断发展，机器人逐渐成为现今和未来世界值得期待的又一科技产物。仿人机器人模拟人类的身体结构，可以与人类协同工作或者代替人类进行工作，全世界范围内都在积极地研究并开发它。
　　本书通过6章内容，全面介绍了Robotis公司的ROBOTIS OP机器人。通过对基础理论、仿人机器人运动学、仿人机器人动力学、为仿人机器人创建动作及动作生成等章节的学习，读者将深度了解仿人机器人的各种知识点和关键技术点。
　　本书适合机器人爱好者阅读，也适合机器人研发和竞赛等相关领域的专业人士参考 学习。

作者简介

　　Jong-Wook Kim，韩国东亚大学的教授，浦项市科技大学电力和电子工程方向的工程博士，同时对嵌入式系统、智能机器人以及算法优化等领域颇有兴趣。

目录

第1章 绪论 1

1.1 机器人历史 1

1.2 仿人机器人的历史 4

1.3 韩国及国外机器人产业动向 15

第2章 仿人机器人运动学 17

2.1 齐次坐标变换 18

2.2 利用DH方法为仿人机器人建模 28

2.2.1 DH（Denavit-Hartenberg）方法 28

2.2.2 在仿人机器人中应用DH参数法 39

2.2.3 利用优化算法做DH法的逆向运动学计算 63

2.3 利用投影法对仿人机器人建模 87

2.3.1 投影法 87

2.3.2 向仿人机器人应用投影法 88

2.3.3 利用投影法的仿人机器人逆向运动学 100

2.3.4 投影法中的重心计算 110

第3章 仿人机器人动力学 113

3.1 动力学基础 114

3.1.1 角速度（angular velocity）与线速度（linear velocity） 114

3.1.2 齐次变换时的线速度计算 120

3.1.3 利用DH方法计算仿人机器人连杆的线速度与加速度 124

3.1.4 利用投影法计算仿人机器人关节坐标的二次微分式 133

3.2 仿人机器人的关节扭矩 137

3.2.1 扭矩 138

3.2.2 关节扭矩计算方法 140

3.3 零力矩点（ZMP） 153

3.3.1 利用DH方法计算ZMP 155

3.3.2 利用投影法计算ZMP 157

3.4 倒立摆的控制 162

第4章 ROBOTIS OP 170

4.1 OP硬件 173

4.1.1 控制器 174

4.1.2 执行机构 177

4.1.3 传感器 184

4.2 软件开发 190

4.2.1 搭建开发环境 190

4.2.2 P框架 195

4.3 启动OP 213

4.4 运行现有功能 221

4.4.1 运行示例教程 221

4.4.2 运行Action Editor 223

第5章 为仿人机器人创建动作 229

5.1 仿人机器人的关节角关系式 229

5.2 为机器人动作生成电动机轨迹 242

5.2.1 为关节电动机生成旋转角度轨迹 242

5.2.2 关节轨迹的优化变量 248

5.3 原地转向 254

5.4 双足行走 269

5.4.1 步行准备姿势优化 272

5.4.2 步行准备姿势调整 280

5.4.3 为双足行走优化关节角度轨迹 296

5.4.4 模拟具有多种特征的双足行走 325

第6章 ROBOTIS OP的动作生成 347

6.1 关于optWalk 347

6.2 传感器校准 351

6.2.1 利用陀螺仪传感器做角度推测 353

6.2.2 利用加速度传感器做角度推测 363

6.2.3 利用互补滤波器（complementary filter）做姿势推断 367

6.2.4 FSR传感器 374

6.3 平衡控制 378

6.3.1 矢状面下体关节角的ZMP反射神经控制 379

6.3.2 上体角反射神经控制 392

6.4 为OP生成动作 397

6.4.1 OP动作代码 397

6.4.2 OP的动作生成函数 402

6.4.3 调整OP面部LED的颜色 421

6.5 OP双足行走 423

6.5.1 OP步行驱动 423

6.5.2 OP步行生成函数 428

6.5.3 让OP稳定行走 434

参考文献 436

《探索仿人机器人：从理论到实践的通用指南》 在人工智能飞速发展的今天，仿人机器人已不再是科幻电影中的遥远想象，而是逐渐渗透进我们生活的方方面面，成为科技前沿最引人注目的焦点之一。它们模仿人类的形态，以高度的灵活性和智能化的交互能力，预示着一个全新的技术时代。本书并非针对某一特定型号或品牌的仿人机器人，而是致力于为广大科技爱好者、学生、研究人员以及对仿人机器人技术感兴趣的入门者，提供一个全面、系统的通用学习框架。我们旨在剥离具体产品实现的细节，深入探讨支撑仿人机器人运行的底层原理、核心技术及其广阔的应用前景。 第一部分：仿人机器人学的基础理论 要理解仿人机器人，首先需要构建坚实的理论基础。本部分将从仿人机器人学的基本概念入手，介绍其发展历程、关键技术分支以及当前的研究热点。 仿人机器人学的起源与演进： 我们将回顾仿人机器人技术的发展脉络，从早期粗糙的机械装置到如今高度智能化的系统，梳理不同发展阶段的代表性成就和遇到的挑战。这有助于理解仿人机器人技术是如何一步步演进，并为未来的发展奠定历史视角。 仿人机器人的构成要素： 仿人机器人是一个复杂的集成系统，其核心构成包括但不限于： 感知系统： 机器人如何“看”和“听”？我们将深入探讨各类传感器，如摄像头（用于视觉感知）、麦克风（用于听觉感知）、触觉传感器（用于感知物理接触）、惯性测量单元（IMU，用于姿态和运动感知）等。同时，会介绍数据预处理、特征提取等图像处理和信号处理的基础技术，以及这些原始数据如何转化为机器人可理解的信息。 决策与控制系统： 机器人的“大脑”是如何工作的？我们将讲解人工智能中的机器学习、深度学习、强化学习等算法在机器人决策中的应用。重点会放在如何让机器人理解环境、做出智能判断、规划行动路径。还会介绍经典的控制理论，如PID控制、模型预测控制等，以及它们在机器人姿态稳定、动作协调中的作用。 执行系统： 机器人如何“行动”？我们将详细介绍仿人机器人的“骨骼”和“肌肉”，即执行机构。这包括各种类型的电机（伺服电机、步进电机等）及其驱动技术，关节的设计原理，以及如何通过精密的机械结构实现模仿人类的行走、抓取、平衡等动作。 人机交互： 机器人如何与人类交流？我们将探讨自然语言处理（NLP）技术，使机器人能够理解和生成人类语言，以及语音识别和语音合成技术。同时，会介绍更高级的交互方式，如手势识别、面部表情识别，以及如何设计友好的用户界面，确保人机协作的顺畅与安全。 仿人机器人学的关键技术挑战： 即使在通用层面，仿人机器人也面临着诸多挑战，例如： 高自由度运动控制： 模仿人类复杂的全身运动需要精确协调大量的关节，这是一个极具挑战性的控制问题。 非结构化环境下的感知与导航： 在真实世界中，环境复杂多变，机器人需要具备强大的感知能力来理解并安全地导航。 能耗与续航： 仿人机器人通常需要大量的能量来驱动复杂的执行器和计算单元，续航问题是实际应用的关键瓶颈。 安全性与鲁棒性： 确保机器人与人类互动时的安全性，以及在各种意外情况下保持稳定运行的能力至关重要。 第二部分：仿人机器人学的关键技术深度解析 在掌握了基础理论之后，本部分将深入剖析实现仿人机器人所需的一系列核心技术，为读者提供更具操作性的技术理解。 机器人动力学与运动学： 运动学（Kinematics）： 讲解正向运动学（已知关节角度求末端执行器位姿）和逆向运动学（已知末端执行器位姿求关节角度）。理解不同类型的链式结构（如串联、并联）及其在机器人设计中的应用。 动力学（Dynamics）： 介绍牛顿-欧拉法、拉格朗日法等动力学建模方法，理解惯性力、重力、摩擦力等对机器人运动的影响，以及如何进行动力学仿真和分析。 传感器技术与数据融合： 视觉感知： 深入探讨相机模型、标定、图像处理基础（滤波、边缘检测）、目标检测与跟踪、立体视觉（深度估计）、SLAM（同步定位与地图构建）等技术。 其他传感器： 详细介绍IMU、编码器、力传感器、激光雷达（LiDAR）等传感器的原理、数据特性及其在机器人中的应用。 数据融合： 讲解卡尔曼滤波、粒子滤波等经典数据融合算法，以及如何将来自不同传感器的数据进行有效整合，提高机器人对环境的整体认知精度和鲁棒性。 智能规划与决策算法： 路径规划： 介绍A算法、RRT（快速随机树）算法等在机器人运动规划中的应用，以及如何生成平滑、避障的运动轨迹。 任务规划： 探讨如何将复杂任务分解为一系列可执行的子任务，以及状态机、行为树等在任务规划中的应用。 机器学习在决策中的应用： 详细介绍监督学习、无监督学习、强化学习的核心思想，以及它们如何训练机器人进行感知、决策和控制。例如，如何训练一个神经网络来识别物体，或者如何使用强化学习让机器人学会行走。 先进控制策略： 足式行走控制： 重点介绍仿人机器人行走的关键技术，包括步态规划、零力矩点（ZMP）控制、模型预测控制（MPC）在足式行走中的应用，以及如何实现稳定、自然的行走。 姿态控制与平衡： 讲解如何利用IMU等传感器信息，通过反馈控制算法（如PID）来维持机器人的动态平衡，尤其是在复杂地形或受到外力干扰时。 操作与抓取控制： 介绍末端执行器（手部）的设计原则，以及如何进行精密的抓取姿态规划和力控抓取。 计算平台与嵌入式系统： 机器人操作系统（ROS）： 详细介绍ROS的架构、核心概念（节点、话题、服务、Action）、常用工具及其在机器人开发中的重要作用。 硬件选型与集成： 讲解选择合适的CPU、GPU、FPGA等计算硬件，以及如何进行嵌入式系统的开发和优化，满足机器人实时计算的需求。 第三部分：仿人机器人的应用领域与未来展望 理论与技术层面之外，理解仿人机器人的实际价值和未来发展方向同样重要。本部分将探讨仿人机器人在不同领域的应用，以及未来的技术趋势。 教育与科研： 仿人机器人作为集成了机械、电子、计算机、人工智能等多个学科的平台，是理想的教育工具和科研载体。它们能够帮助学生和研究人员直观地学习和实践先进技术。 工业制造： 在未来，仿人机器人有望进入生产线，执行重复性、危险性或对精度要求极高的任务，与人类工人协同工作，提高生产效率和灵活性。 服务行业： 从家庭助手到医疗护理，再到零售服务，仿人机器人凭借其直观的交互方式和灵活的行动能力，有望在服务领域发挥越来越重要的作用，为人类提供便利。 探索与救援： 在危险、难以到达的环境，如灾难现场、深海、太空等，仿人机器人可以替代人类进行勘探、搜救或作业，大大降低风险。 娱乐与艺术： 仿人机器人也可能在演艺、表演、甚至艺术创作领域展现独特的潜力。 仿人机器人学面临的伦理与社会问题： 随着仿人机器人技术的不断发展，我们还需要关注其可能带来的伦理、隐私、就业冲击等社会问题，并提前思考应对策略。 未来发展趋势： 展望未来，仿人机器人将朝着更强的通用性、更高的自主性、更自然的人机交互、更低的成本以及更强的环境适应性方向发展。脑机接口、类人智能、仿生材料等前沿技术的融合，将为仿人机器人带来革命性的突破。 本书的特色与目标读者 本书旨在以一种通俗易懂且深入浅出的方式，为读者呈现仿人机器人学的全貌。我们不会局限于某一特定工具或平台，而是强调原理的普适性，让读者在掌握了这些通用知识后，能够触类旁通，举一反三。 本书的目标读者包括： 对机器人技术充满好奇的初学者： 希望系统了解仿人机器人是如何构建和工作的。 高等院校学生： 学习机器人学、人工智能、自动化、计算机科学等相关专业的学生，可以作为课外拓展或辅助学习的参考。 科技爱好者与工程师： 希望了解前沿技术，并将其应用于实际项目中的技术人员。 对人工智能与未来科技感兴趣的任何人： 想要深入理解人工智能在物理世界中的体现，以及它将如何改变我们的未来。 通过阅读本书，您将不仅能够理解仿人机器人“是什么”，更能深入了解“为什么”以及“如何”实现。我们将引导您一步步揭开仿人机器人神秘的面纱，感受科技进步的魅力，并激发您对未来无限可能的探索欲望。

评分☆☆☆☆☆

我一直对机器人领域充满了向往，特别是那种可以像人一样活动的仿人机器人，它们总能勾起我内心深处对科技的好奇和对未来世界的想象。在搜寻相关资料的时候，这本书的书名《Robotis OP仿人机器人权威指南》立刻吸引了我的注意。我觉得“权威指南”这四个字，就预示着它能够提供一种系统、可靠的学习路径。我希望这本书能带领我领略仿人机器人的世界，从最基础的概念讲起，一步步深入到其核心技术。我期待书中能有关于Robotis OP机器人是如何被设计出来的历史和理念介绍，让我了解它为什么会以这样的形态和功能出现。更重要的是，我希望能学到如何操作和控制它，比如如何编写程序让它行走、跳舞，甚至完成一些简单的任务。这对于我来说，将是实现我儿时机器人梦想的第一步。我希望这本书能让我感受到科技的魅力，并且开启我对仿人机器人技术更深层次的探索。

评分☆☆☆☆☆

我对《Robotis OP仿人机器人权威指南》这本书抱有极高的期待，因为我一直觉得仿人机器人是科技发展的一个重要方向，充满了无限的可能性。当我看到这本书名的时候，我感觉它可能是一本能够帮助我全面了解Robotis OP仿人机器人技术的好书。我希望这本书能够让我深入理解仿人机器人的工作原理，比如它们的运动控制、感知能力以及与环境的交互方式。我特别想知道，Robotis OP这个平台是如何在硬件和软件上实现这些功能的。我期待书中能够提供一些实际的开发案例和代码示例，让我能够学以致用，甚至尝试自己去构建一些有趣的机器人应用。对于一个对机器人技术充满热情但缺乏系统性知识的学习者来说，一本能够兼顾理论深度和实践指导的书籍，无疑是宝贵的财富。我希望这本书能够帮助我打开机器人世界的大门，并且激发我对这个领域更深层次的探索欲望。

评分☆☆☆☆☆

我对于《Robotis OP仿人机器人权威指南》这本书的期待，更多地体现在其“指南”这个属性上。我一直觉得，机器人技术，特别是仿人机器人，是一个非常庞大且复杂的领域，对于想要入门或者深入了解的爱好者来说，很容易感到无从下手。我希望这本书能像一个经验丰富的向导，清晰地指引我认识Robotis OP这个平台。我期望它能够从最基础的硬件构成，到核心的控制系统，再到实际的应用案例，都能够进行细致的讲解。我尤其关心它在“权威”方面的体现，是否能够提供一些行业内公认的最佳实践，或者一些经过充分验证的开发方法。我希望这本书能够帮助我理解如何有效地利用Robotis OP进行项目开发，甚至是参与到更复杂的机器人研究中。我期待它能够解答我在学习过程中遇到的各种疑问，为我的机器人学习之路提供坚实的支撑和方向。

评分☆☆☆☆☆

我是在一个技术论坛上偶然看到有人推荐这本书的，当时他提到这本书的内容非常全面，而且讲解得很深入，完全不像市面上那些浮于表面的科普读物。我当时就觉得，这正是我一直想找的那种能够深入了解Robotis OP仿人机器人奥秘的书籍。我特别关注它在“权威指南”这个定位上能做到什么程度。我理解“权威”意味着这本书应该是基于坚实的理论基础，并且经过了实践的验证。我期望书中能够包含关于Robotis OP机器人硬件设计的详细剖析，例如它的关节结构、传感器配置、动力系统等，让我对这个平台的物理构成有一个清晰的认知。同时，我也希望能深入了解其软件架构，包括操作系统、开发环境、以及各种控制算法的实现细节。对于像我这样希望能够进行二次开发或者进行更深入研究的读者来说，这一点至关重要。我希望这本书能够提供足够的技术深度，让我能够理解其工作原理，甚至为后续的创新和应用打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就足够吸引人了，那个酷酷的机器人形象，一看就让人燃起了对未来科技的好奇心。我一直对机器人技术，尤其是仿人机器人，有着浓厚的兴趣，但很多时候感觉入门门槛很高，信息零散，很难系统地学习。所以，当看到这本书的名字时，我立刻就被吸引住了。我期待这本书能够像一本“路线图”一样，为我指明方向，让我能够从零开始，一步步了解仿人机器人的原理、结构、控制以及可能的应用。我希望它不仅仅是一本技术手册，更能激发我对这个领域的探索热情，让我感受到仿人机器人的魅力，甚至萌生出自己动手去实践的冲动。毕竟，对于我这样一个爱好者来说，理论知识固然重要，但能将知识转化为实际操作，那是更令人兴奋的事情。我非常希望这本书能帮助我理解那些复杂的技术概念，比如运动学、动力学、感知系统等等，用通俗易懂的方式解释清楚，让我能够真正理解仿人机器人在行走、抓取、甚至与环境互动时背后的逻辑。