前言　　机器人的诞生和机器人学的建立及发展，是人类史上最为辉煌的成就之一。从早期的机械自动装置到如今具备感知、学习、决策能力的智能机器人，机器人技术已经成为推动全球科技创新和经济发展的重要引擎，正在塑造未来社会的智能化进程。面对这一快速发展的科技潮流，深入理解机器人技术及其在自动化领域的应用，对于研究者和工程技术人员至关重要。　　随着人工智能与机器人技术的不断进步，移动复合机器人在各个领域的应用迅速扩大。这类机器人不仅配备了多种移动平台，如轮式、履带式、足式等，还安装了多功能的机械臂。;移动和;复合的特点使其能在物流、电力、医院场景中完成搬运、巡检、消毒等复杂任务。移动复合机器人作为当今自动化和智能化发展的前沿领域之一，正迅速改变着人们的生活和工作方式。移动复合机器人技术涵盖了数学、物理、电子信息等多个方面，从底层的电动机与控制器到信号处理与通信，再到上层的感知、规划与决策，涉及范围极其广泛。因此，通过本书，读者能够全面了解移动复合机器人技术的发展现状和未来趋势，并掌握实际应用中的关键技术和方法。　　本书基于作者团队在移动复合机器人设计及导航控制方面的研究成果，结合当前国际移动复合机器人领域的最新进展，系统阐述了移动复合机器人的基本原理与关键技术，并提供了移动复合机器人系统的应用实例。全书内容包括移动复合机器人的基本概念与发展趋势、移动复合机器人的数学基础、移动复合机器人的机构设计、移动复合机器人的建模分析、移动复合机器人的环境感知、移动复合机器人的定位与导航、移动复合机器人的运动规划、移动复合机器人的运动控制、移动复合机器人的开发案例。本书既注重收集移动复合机器人领域研究的前沿成果，又注重理论与应用的结合，可为准备了解和开展移动复合机器人研究的学生和工程师提供基础知识和方法指导。　　本书由张辉、莫洋、陈彦杰和钟杭共同编写，具体分工如下：第1、5、6章由张辉编写，第2、7章由陈彦杰编写，第3、4章由莫洋编写，第8、9章由钟杭编写。研究生徐辉、黄长庆、郭朝建、黄雅淋、胡善元、简雷、孟晋阳等参与了相关章节的资料收集和整理工作，在此一并表示感谢。　　在本书编写过程中，作者参考并引用了许多关于移动复合机器人的资料和文章，由于篇幅所限，无法在书中一一列举，在此对相关作者致以衷心的感谢。由于作者水平有限，书中难免存在疏漏和不足之处，恳请广大读者批评指正。　　张辉

本书遵循*教指委相关指导文件和高等院校学生学习规律编写而成。践行四新理念，融入思政元素，注重理论与实践相结合。

本书主要介绍移动复合机器人的结构设计、导航与定位、运动控制等相关内容，全书共9章：第1章主要介绍移动复合机器人的基本概念、发展历程、应用领域与发展趋势；第2章主要讲解移动复合机器人的数学基础，包括矩阵计算、刚体变换、姿态表述的其他方法；第3章主要介绍移动复合机器人的机构设计，详细说明机械臂和移动平台的设计过程，并给出典型的案例分析；第4章主要介绍移动复合机器人的机械臂建模分析、移动平台建模分析以及典型移动复合机器人建模分析；第5章主要阐述移动复合机器人常用的传感器类型、传感器的标定方法以及基于机器人的目标检测技术；第6章主要介绍移动复合机器人的地图构建方法、定位技术以及导航算法；第7章主要阐述移动复合机器人的运动规划，包括工作空间与位形空间的区别、双空间映射方法、分层任务规划方法；第8章主要从运动学模型、动力学模型和视觉伺服三个角度介绍移动复合机器人的运动控制方法；第9章主要阐述移动复合机器人的开发案例，包括移动复合机器人案例介绍、移动机器人（底盘）和协作机械臂的操作与应用、移动复合机器人的综合应用。从原理剖析到案例解析再到应用实践，读者可以充分了解移动复合机器人的关键技术。　　本书可作为普通高校机器人工程、人工智能、自动化、计算机等相关专业的本科生和研究生的专业基础教材，也可作为从事移动复合机器人相关研发工作的工程技术人员的参考资料。　　本书配有电子课件、教学大纲和习题解答等教学资源，选用本书作教材的教师可登录www.cmpedu.com注册后下载，或发邮件至jinacmp@163.com索取。

机器人视觉感知与控制技术国家工程研究中心副主任。湖南省杰出青年基金获得者，湖南省科技领军人才、湖南省“湖湘青年英才”。担任科技部“十四五“智能机器人重点专项专家组成员、中国图象图形学学会理事、副秘书长。主要从事机器人视觉检测、深度学习图像识别、机器人智能控制、嵌入式系统应用等领域研究工作。近年来，主持科技创新2030—“新一代人工智能”重大项目课题、国家自然科学基金共融机器人重大研究计划重点项目，国家重点研发计划子课题、国家科技支撑计划项目子课题等20余项。

目录序前言第1章绪论1.1移动复合机器人的基本概念1.1.1移动复合机器人的定义1.1.2移动复合机器人的分类1.1.3移动复合机器人的特点1.2移动复合机器人的发展历程1.3移动复合机器人的应用领域与发展趋势1.3.1移动复合机器人的应用领域1.3.2移动复合机器人的发展趋势习题参考文献第2章移动复合机器人的数学基础2.1矩阵计算基础2.1.1矩阵和运算2.1.2可逆矩阵和矩阵的范数2.2刚体变换基础2.2.1位置和姿态的表示2.2.2坐标变换2.2.3齐次坐标2.2.4刚体变换2.3机器人姿态表述的其他方法2.3.1RPY角2.3.2欧拉角2.3.3四元数习题参考文献第3章移动复合机器人的机构设计3.1移动复合机器人系统总体设计3.1.1移动复合机器人的功能分析3.1.2移动复合机器人的结构组成3.1.3移动复合机器人的设计原则3.2移动复合机器人机械臂设计3.2.1机械臂的运动学构型3.2.2基于任务需求的设计与选型3.2.3工作空间的定量分析3.3移动复合机器人移动平台设计3.3.1移动平台的类型与选择3.3.2轮式移动平台的典型构型对比分析3.3.3移动平台典型车轮对比分析3.4典型移动复合机器人案例分析3.4.1室内移动复合机器人3.4.2室外移动复合机器人习题参考文献第4章移动复合机器人的建模分析4.1机械臂建模分析4.1.1机械臂运动学建模4.1.2机械臂静力与雅可比矩阵4.2移动平台建模分析4.2.1两轮差速驱动移动平台建模4.2.2三轮全向移动平台建模4.2.3四轮Car_like移动平台建模4.2.4移动平台运动模型参数校准4.3典型移动复合机器人建模分析4.3.1机械臂建模分析4.3.2移动平台建模分析习题参考文献第5章移动复合机器人的环境感知5.1机器人传感器分类5.1.1内部传感器5.1.2外部传感器5.2机器人传感器标定方法5.2.1视觉传感器标定5.2.2激光雷达标定5.3机器人目标检测技术5.3.1基于视觉的目标检测算法5.3.2基于激光的目标检测算法习题参考文献第6章移动复合机器人的定位与导航6.1机器人地图构建6.1.1环境地图模型6.1.2激光SLAM算法6.1.3视觉SLAM算法6.1.4基于改进激光SLAM的地图构建算法6.2机器人定位技术6.2.1基于里程计的相对定位6.2.2基于地图的绝对定位6.2.3基于视觉标记辅助的SLAM定位方法6.3机器人导航算法6.3.1传统全局路径规划6.3.2局部动态路径规划6.3.3基于分层栅格地图的JA*路径规划算法习题参考文献第7章移动复合机器人的运动规划7.1工作空间与位形空间7.1.1工作空间简介7.1.2位形空间7.2双空间映射方法7.2.1正向映射7.2.2逆向映射7.3分层任务规划方法7.3.1位形空间层运动规划7.3.2工作空间层运动规划7.3.3双空间结合规划方法习题参考文献第8章移动复合机器人的运动控制8.1移动复合机器人运动控制基础8.1.1移动复合机器人运动学模型8.1.2移动复合机器人动力学模型8.2多层二次规划控制方法8.3预定性能控制方法8.4仿真分析与实验验证8.4.1仿真分析8.4.2实验验证习题参考文献第9章移动复合机器人开发案例9.1移动复合机器人案例介绍9.1.1移动复合机器人的硬件、软件组成9.1.2移动复合机器人的功能特点及应用场景9.1.3移动复合机器人系统软部署与基本操作9.2移动机器人（底盘）和协作机械臂的操作与应用9.2.1移动机器人（底盘）的操作与应用9.2.2协作机械臂的操作与应用9.3移动复合机器人综合应用9.3.1移动复合机器人充当;接待员9.3.2移动复合机器人自主导航并进行物品整理习题参考文献