序言

青少年是祖國的未來，科學的希望。以我國廣大青少年為對象，開展規范性、系統性、引領性、全局性的科技創新教育與實踐活動，讓廣大青少年通過這些活動，將理論研究與實際應用結合，將動腦探索與動手實踐結合，將課堂教學與社會體驗結合，將知識傳承與科技創新結合，使廣大青少年能有效提升創新興趣，熟悉創新方法，掌握創新技能，增長創新能力，成為我國新時代的科技創新后備人才，意義重大，影響深遠。

在形形色色的青少年科技創新教育與實踐活動中，機器人科普教育、科研探索、科技競賽別具特色，作用顯著。這是因為機器人是多學科、多專業、多技術的綜合產物，融合了當今世界多種先進理念與高新技術。通過機器人科普教育、科研探索、科技競賽，可以使廣大青少年在機械技術、電子技術、計算機技術、傳感器技術、智能決策技術、伺服控制技術等方面得到寶貴的學習與鍛煉機會，能夠有效加深青少年對科技創新的理解能力，并提高其實踐水平，讓他們盡早愛科學、愛創新。

了解機器人的基本概念，學習機器人的基本知識，掌握機器人的設計技術與制作技巧，提升機器人的展演水平與競技能力，將使廣大青少年走近我國科技創新的最前沿，激發青少年對于科技創新尤其是機器人創新的興趣與愛好，挖掘青少年開展科技創新的潛力，夯實青少年成為創新型、復合型人才的理論與技術基礎。

“我的機器人創客教育系列”叢書重點講述了仿人、仿蛇、仿狗、仿魚、仿蛛、仿龜等六種機器人的設計與制作，之所以選擇了這六種仿生機器人作為本套叢書的主題，是出于以下考慮：在仿生學一詞頻繁在科研領域亮相時，仿生機器人也逐步進入了人們的視野。由于當代機器人的應用領域已經從結構化環境下的定點作業，朝著航空航天、軍事偵察、資源勘探、管線檢測、防災救險、疾病治療等非結構化環境下的自主作業方向發展，原有的傳統型機器人已不再能夠滿足人們在自身無法企及或難以掌控的未知環境中自主作業的要求，更加人性化和智能化的、具有一定自主能力、能夠在非結構化的未知環境中作業的新型機器人已經被提上開發日程。為了使這一研制過程更為迅速、更為高效，人們將目光轉向自然界的各種生物身上，力圖通過有目的的學習和優化，將自然界生物特有的運動機理和行為方式，運用到新型仿生機器人的研發工作中去。

仿生機器人是一個龐大的機器人族群，從在空中自由飛翔的“蜂鳥機器人”和“蜻蜓機器人”，到在陸地恣意奔跑的“大狗機器人”和“獵豹機器人”，再到在水下盡情嬉戲的“企鵝機器人”和“金槍魚機器人”；從肉眼幾乎無法看清的“昆蟲機器人”到可載人行走的“螳螂機器人”，現實世界中處處都可看見仿生機器人的身影，以往只有在科幻小說中出現的場景正在逐步與現實世界交匯。

仿生機器人的家族成員們擁有五花八門的外觀形貌和千奇百怪的身體結構，它們通過不同的機械結構、步態規劃、行動特點、反饋系統、控制方式和通信手段模擬著自然界中各種卓越的生物個體，同時又通過人類制造的計算機、傳感器、控制器以及其他外部構件，詮釋著自己來自實驗室的特殊身份。如今，這支源于自然世界和科學世界混合編組的突擊部隊正信心滿滿，準備在人類生活中大顯身手。

時至今日，仿生機器人已經成為家喻戶曉的“大明星”，每一款造型新穎、構思巧妙、功能獨特、性能卓異的仿生機器人自問世之時起都伴隨著全世界的驚嘆和掌聲，仿生機器人技術的迅速發展對全球范圍內的工業生產、太空探索、海洋研究，以及人類生活的方方面面產生越來越大的影響。在減輕人類勞動強度，提高工作效率，改變生產模式，把人從危險、惡劣、繁重、復雜的工作環境和作業任務中解放出來等方面，它們顯示出極大的優越性。人們不再滿足于在展示廳和實驗室中看到機器人慢悠悠地來回走動，而是希望這些超能健兒們能夠在更加復雜的環境中探索與工作。

北京理工大學特種機器人技術創新團隊成立于2005年，是在羅慶生教授和韓寶玲教授帶領下，長期不懈地走在特種機器人科技創新探索、科研任務攻關道路上，充滿創新能量、奮斗不息的一支標兵團隊。該創新團隊的主要研究領域為光機電一體化特種機器人、工業機器人技術、機電伺服控制技術、機電裝置測試技術、傳感探測技術和機電產品創新設計等。目前已研制出仿生六足爬行機器人、新型特種搜救機器人、多用途反恐防暴機器人、新型工業碼垛機器人、新型輪腿式機器人、新型節肢機器人、新型工業焊接機械臂、陸空兩棲作戰任務組、外骨骼智能健身與康復機、“神行太保”多用途機器人、履帶式壁面清潔機器人、小型仿人機器人、“仿豹”跑跳機器人、先進綜合驗證車、仿生烏賊飛行機器人、履帶式變結構機器人、制導反狙擊機器人、新型球籠飛行機器人等多種特種機器人。該團隊在承研某部“十二五”重點項目——新型仿生液壓四足機器人過程中，系統、全面、詳盡、科學地開展了四足機器人結構設計技術研究、四足機器人動力驅動技術研究、四足機器人液壓控制技術研究、四足機器人仿生步態技術研究、四足機器人傳感探測技術研究、四足機器人系統控制技術研究、四足機器人器件集成技術研究、四足機器人操控裝備技術研究，在有關液壓四足機器人的仿生研究、機構設計、結構優化、機械加工、驅動傳感、液壓伺服、系統控制、人工智能、決策規劃和模式識別等高精尖技術方面取得一系列創新與突破，從而為本套叢書的撰寫提供了豐富的資料和堅實的基礎。

本套叢書的主創人員在開發高性能、多用途仿生機器人方面具有豐富的研制經驗和深厚的技術積累，由羅慶生、韓寶玲、羅霄撰寫的專著《智能作戰機器人》曾獲“第五屆中華優秀出版物獎圖書獎”稱號，這是我國出版物領域中的三大獎項之一，表明其在科技領域，尤其是在機器人領域中的實力與地位。

本叢書由羅慶生、羅霄擔任主撰；蔣建鋒、喬立軍、王新達、陳禹含、鄭凱林、李銘浩等人參與了本套叢書的研究與撰寫工作，并擔任各分冊的主創人員。

在本套叢書的研究與寫作過程中，得到了北京市教委、北京市科委等部門相關領導的極大關懷，得到了北京理工大學出版社的熱情幫助，還得到了許多同仁的無私支持。值本書即將付印出版之際，謹向所有關心、幫助、支持過我們的領導、專家、同事、朋友表示衷心的感謝！

少年強則中國強，創新多則人才多。讓機器人技術助圓我國廣大青少年的“中國夢”!

作者

2019年7月于北京