左国玉，北京工业大学教授，博士生导师，全国高校机器人教育联盟副理事长、北京智能机器人产业技术创新联盟副理事长。长期从事机器人技术研究，主持研制的机器人系统多次参展世界机器人大会、国际工业博览会以及中国台湾机器人与智慧自动化展，授权中国和美国发明专利30余项。指导学生获“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛特等奖，在机器人国际赛和全国赛中获金奖及一等奖40余项。主编北京市精品教材等3部，获北京市教育教学成果一等奖。 张伟，山东大学教授、博士生导师。主要从事人工智能、机器人等领域的教学科研工作。近年来主持和参与国家/省部级教改项目10余项，主讲课程入选省级精品课程、优质课程、优质案例库等，主编的教材入选机械工业出版社精品教材、山东大学高质量教材，获国家级教学成果二等奖、全国高校人工智能教育教学成果二等奖、山东省教学成果一等奖、山东省自动化学会优秀教材一等奖等教学奖励10余项。 王兴兴 宇树科技（Unitree）创始人，科技至上主义者。全球首创基于外转子无刷电机驱动的高性能四足机器人XDog，开创了低成本高性能足式机器人的技术先河。2017年率先公开零售高性能四足机器人，并连续多年保持全球销量领先，2023年和2024年分别成功推出了Unitree H1和Unitree G1通用人形机器人，极大地推动了全球四足机器人的商业化进程和人形机器人技术的发展。截至目前，累计申请国内外专利150余项。2023年，入选《财富》中国“40位40岁以下商界精英”。

前言
第1章　绪论 1
1.1　概述 1
1.2　人形机器人的发展现状 3
1.2.1　国外发展现状 3
1.2.2　国内发展现状 7
1.3　系统组成与关键技术 9
1.3.1　系统组成 9
1.3.2　关键技术 14
1.4　应用领域与前景展望 15
1.4.1　应用领域 15
1.4.2　前景展望 16
思考题与习题 18
第2章　人形机器人运动学与动力学 19
2.1　基础知识 19
2.1.1　刚体旋转 20
2.1.2　旋转表示 23
2.1.3　刚性运动和齐次变换 34
2.2　人形机器人运动学 37
2.2.1　运动学概述 38
2.2.2　正运动学 43
2.2.3　逆运动学 44
2.2.4　微分运动学 46
2.3　人形机器人动力学 52
2.3.1　动力学概述 52
2.3.2　牛顿-欧拉法 53
2.3.3　拉格朗日法 56
思考题与习题 58
第3章　人形机器人行走控制基础 60
3.1　概述 60
3.2　稳定性分析 61
3.2.1　ZMP稳定性判据 61
3.2.2　其他稳定性判据 66
3.3　步态规划 68
3.3.1　倒立摆模型 68
3.3.2　ZMP步态规划 68
3.3.3　其他步态规划 72
3.4　行走控制 81
3.4.1　模型预测控制 81
3.4.2　全身控制 85
思考题与习题 92
第4章　人形机器人学习控制 93
4.1　强化学习基础 93
4.1.1　强化学习的基本概念 93
4.1.2　深度强化学习算法 96
4.1.3　机器人的强化学习控制框架 102
4.2　人形机器人运动控制算法设计 102
4.2.1　基础强化学习任务示例 103
4.2.2　人形机器人观察值空间设计 104
4.2.3　人形机器人动作值空间设计 109
4.2.4　人形机器人奖励值设计 112
4.2.5　人形机器人重置方法 114
4.3　动力学仿真配置与优化 116
4.3.1　机器人参数设置 116
4.3.2　环境参数随机化 119
4.4　人形机器人运动控制实例 121
思考题与习题 123
第5章　人形机器人导航 124
5.1　概述 124
5.1.1　同时定位与建图理论 125
5.1.2　定位技术 126
5.1.3　路径规划技术 127
5.2　SLAM 128
5.2.1　SLAM的基础知识 128
5.2.2　SLAM算法 130
5.2.3　SLAM实例 134
5.3　机器人路径规划 136
5.3.1　全局路径规划 137
5.3.2　局部路径规划 142
5.4　机器人导航应用实例 146
5.4.1　全局导航 147
5.4.2　局部导航 149
5.4.3　探索与建图 150
思考题与习题 151
第6章　人形机器人感知系统 152
6.1　概述 152
6.1.1　人形机器人感知系统的组成与分类 152
6.1.2　人形机器人感知系统的发展趋势 153
6.2　人形机器人内部传感器 154
6.2.1　编码器 154
6.2.2　MEMS惯性传感器 155
6.3　人形机器人外部传感器 158
6.3.1　视觉传感器 158
6.3.2　力传感器与触觉传感器 162
6.3.3　听觉传感器 165
6.4　机器人多传感器信息融合 168
6.4.1　多传感器信息融合的概念 168
6.4.2　多传感器信息融合的分类与方法 168
6.4.3　多传感器信息融合的典型应用 170
思考题与习题 172
第7章　人形机器人视觉感知技术 173
7.1　概述 173
7.2　二维视觉感知技术 174
7.2.1　二维图像 174
7.2.2　二维图像处理技术基础 175
7.2.3　目标检测与识别 177
7.2.4　YOLO系列算法 180
7.2.5　目标追踪与状态估计 183
7.3　三维视觉感知技术 186
7.3.1　三维点云 186
7.3.2　三维点云处理技术基础 187
7.3.3　物体姿态估计 189
7.4　视觉感知技术应用 193
7.4.1　人脸检测与识别 193
7.4.2　人脸表情识别 195
7.4.3　行为识别与预测 197
7.4.4　环境感知和场景理解 199
思考题与习题 201
第8章　人形机器人机构设计 202
8.1　概述 202
8.2　总体方案分析 204
8.2.1　设计需求 204
8.2.2　人形机器人系统设计方案 204
8.3　驱动机构设计 207
8.3.1　驱动的基本概念 207
8.3.2　驱动的分类与特点 208
8.3.3　关节的驱动方式 209
8.3.4　材料的选择 210
8.4　传动机构设计 211
8.4.1　机器人传动机构简介 211
8.4.2　传动机构的基础知识 212
8.4.3　传动方式的设计 213
8.4.4　传动轴的设计 217
8.5　系统集成机构设计 219
8.5.1　机器人系统构成 219
8.5.2　传感系统设计 220
8.5.3　零部件加工与组装 220
8.5.4　系统调试与实验 224
思考题与习题 225
第9章　人形机器人运动控制实践 226
9.1　概述 226
9.2　仿真系统集成 228
9.2.1　仿真环境构建 228
9.2.2　仿真模型搭建 234
9.2.3　机器人系统集成 238
9.3　运动控制应用实例 245
9.3.1　机器人平衡站立 245
9.3.2　机器人行走 249
9.3.3　机器人复杂地形行走 253
9.3.4　机器人跳跃 257
思考题与习题 262
附录 264
附录A　常用符号表 264
附录B　特殊三角函数 265
附录C　自主导航系统的安装与使用 266
参考文献 268