服務機器人係統設計

服務機器人係統設計 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

陳萬米
圖書標籤:
  • 服務機器人
  • 機器人係統
  • 係統設計
  • 機器人技術
  • 人工智能
  • 嵌入式係統
  • 控製係統
  • 傳感器
  • 電機驅動
  • ROS
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具體描述

  本書基於服務機器人的發展現狀和技術要點,係統講述瞭服務機器人係統設計的關鍵技術。主要內容包括:機器人的産生與發展、服務機器人的移動機構、服務機器人的機械臂、服務機器人的驅動與控製、服務機器人的運動分析、服務機器人的路徑規劃、服務機器人的感知、服務機器人的操作係統、服務機器人未來展望。

  本書注重理論與實踐的結閤,在講解服務機器人係統設計關鍵技術的基礎上,通過實例解析對理論知識進行應用性講解,增強瞭本書的可讀性與實用性。

  本書可為從事機器人研究和應用工作的技術人員提供幫助,也適閤大專院校相關科係師生學習參考。
現代城市規劃與可持續發展:理論、實踐與未來展望 圖書簡介 本書深入探討瞭當代城市規劃的核心議題,聚焦於如何在快速城市化進程中實現環境、社會與經濟效益的和諧統一,構建更具韌性、包容性和可持續性的城市空間。不同於側重技術實現的著作,本書著眼於宏觀理論框架的構建、跨學科思維的整閤,以及全球視野下的最佳實踐分析。 第一部分:城市發展的理論基石與範式演進 本部分追溯瞭城市規劃思想的演變曆程,從早期的田園城市運動、現代主義的理性規劃,到後現代對地方性與社會公平的重新審視。 第一章:經典理論的重構與當代語境 探討霍華德、柯布西耶等奠基人思想在21世紀的適用性與局限性。重點分析瞭生態城市主義(Eco-Urbanism)和緊湊城市(Compact City)理論如何應對資源稀缺和氣候變化挑戰。我們詳細剖析瞭“生成性城市”(Generative City)的概念,強調城市作為復雜適應係統的自組織能力,以及規劃師在其中應扮演的“催化劑”而非“獨裁者”的角色。引入瞭城市地理學中關於空間正義(Spatial Justice)的討論,審視規劃決策如何加劇或緩解社會隔離。 第二章:韌性城市與風險管理 聚焦於如何設計能夠抵禦和快速恢復自然災害、經濟衝擊乃至流行病的城市係統。本書不再將韌性視為簡單的抗災能力,而是將其提升為一種係統性的、動態的適應能力。具體內容涵蓋: 基礎設施的冗餘設計: 分析多路徑、多層級供水、能源和交通係統的耦閤與解耦策略。 社會資本在危機中的作用: 通過案例研究,闡釋社區網絡的密度和信任度如何影響災後恢復速度。 基於自然的解決方案(NbS): 詳細介紹濕地恢復、綠色屋頂和透水鋪裝在城市防洪和降溫中的生態工程應用及其規劃整閤難度。 第二部分:可持續性維度下的實踐挑戰 本部分將理論轉化為可操作的規劃工具和政策框架,重點關注資源效率、交通轉型和社區參與的深度整閤。 第三章:零碳目標與城市能源轉型 本書跳齣瞭傳統的建築節能範疇,著重於城市尺度的能源係統重構。深入研究瞭: 區域能源規劃(District Energy Planning): 如何利用熱電聯産(CHP)和地熱能係統實現城市級的能源優化。 分布式可再生能源的並網挑戰: 探討微電網技術在城市空間中的部署限製、監管障礙及社會接受度問題。 交通電氣化與城市形態的相互作用: 分析電動汽車普及背景下,對停車需求、路權分配和公共空間設計的深遠影響。 第四章:城市流動性:從交通導嚮到人本導嚮 本章對傳統的以汽車為中心的交通規劃進行瞭批判性反思,倡導多模式、公平可及的城市流動性網絡。核心議題包括: “15分鍾城市”的量化評估模型: 建立超越簡單距離測量的指標體係,評估步行、騎行和公共交通的可達性、安全性和舒適性。 共享經濟與城市空間: 分析網約車、共享單車等新業態對城市街道的侵占與重塑,並提齣相應的管理規範。 慢行係統的設計心理學: 探討街道尺度、植被覆蓋、照明設計如何影響行人的感知安全和齣行意願,強調設計中的行為引導作用。 第五章:土地利用的再思考:密度、混閤與棕地再生 探討在全球高地價壓力下,如何平衡“宜居密度”與“宜居性”。本章對混閤土地使用進行瞭細緻的解構: 功能混閤的垂直與水平策略: 分析不同功能在同一建築體或街區中疊加的最佳比例和時間錯位管理。 棕地(Brownfield)的生態修復與價值重估: 深入研究汙染場地在環境修復過程中如何融入公共空間和混閤居住功能的設計流程,以及相關的風險評估和治理技術。 增量開發與存量更新的平衡: 側重於對既有建成環境的適應性再利用(Adaptive Reuse),減少對新增土地的侵占,提升現有城市資産的價值。 第三部分:治理、參與和未來趨勢 本部分關注規劃實施過程中的製度保障、民主參與機製以及新興技術對城市治理的賦能。 第六章:協同治理與跨界協作 現代城市規劃的復雜性要求超越傳統的部門壁壘。本章深入分析瞭不同治理模式的有效性: 公私夥伴關係(PPP)的深度整閤: 探討在基礎設施、公共空間維護等領域中,如何設計齣更公平、更透明的閤作框架,避免私有化傾嚮對公共利益的損害。 流域尺度的管理實踐: 以水資源管理為例,說明跨行政區劃的協同治理在生態係統服務維護中的關鍵作用。 規劃的全球對標與本土化: 分析不同文化背景下的規劃法律和審批流程差異,強調“引進吸收”而非“生搬硬套”。 第七章:數字賦能與智慧規劃的倫理考量 本書對“智慧城市”概念進行瞭審慎的考察,關注數據驅動決策的潛力和風險。 城市信息模型(CIM)的應用: 探討三維建模、BIM與GIS的集成如何提升規劃方案的預判能力和可視化水平。 公民科學與眾包數據在規劃中的角色: 分析普通市民通過移動設備收集的環境質量、齣行習慣等數據如何成為補充官方數據的有力工具。 數據隱私與算法偏見: 重點討論在利用傳感器網絡和大數據進行城市管理時,如何設計保障公民隱私的機製,並識彆和消除可能導緻規劃決策歧視性的算法偏差。 第八章:麵嚮未來的城市願景 總結並展望規劃領域的前沿方嚮,包括循環經濟在城市設計中的落地、太空城市概念對地球規劃的反思,以及如何培養具備全球視野和跨學科素養的新一代城市規劃師。本書強調,可持續的未來城市需要規劃師從“工程師”轉變為“生態係統設計師”和“社會創新推動者”。 本書旨在為城市規劃師、公共政策製定者、環境工程師以及關注城市未來的研究者和學生,提供一套全麵、深刻且具有前瞻性的理論框架和實踐指南。它鼓勵讀者超越具體的工具和技術,去思考城市作為復雜生命體的本質,以及我們共同塑造其命運的責任。

著者信息

圖書目錄

第1 章 緒論
1.1 機器人的定義、應用與發展
1.1.1 機器人的應用
1.1.2 機器人的發展
1.2 服務機器人
1.3 服務機器人的結構與分類
1.3.1 服務機器人的結構
1.3.2 服務機器人的分類
1.4 服務機器人控製的主要內容
參考文獻

第2 章 服務機器人的移動機構
2.1 移動機構
2.1.1 單輪移動機構
2.1.2 兩輪差動配閤小萬嚮輪機構
2.1.3 全嚮輪式移動機構
2.1.4 履帶式移動機構
2.1.5 足式機構
2.2 設計舉例
2.2.1 輪式移動服務機器人底盤
2.2.2 雙足步行機器人
2.2.3 履帶式機器人底盤
參考文獻

第3 章 服務機器人的執行單元
3.1 服務機器人的機械臂
3.1.1 四自由度機械臂
3.1.2 六自由度機械臂
3.2 機械手
3.2.1 二指機械手
3.2.2 三指機械手
3.2.3 五指機械手
3.3 其他執行單元
3.3.1 腕部
3.3.2 其他機械手
3.3.3 其他機械臂
參考文獻

第4 章 服務機器人的驅動與控製
4.1 電機的選擇與分類
4.2 電機的控製
4.2.1 直流電機的基本特性
4.2.2 轉速控製
4.2.3 轉嚮控製
4.2.4 電機控製實例
4.3 服務機器人的控製
4.3.1 經典PID 控製
4.3.2 智能PID 整定概述
參考文獻

第5 章 服務機器人的運動分析
5.1 服務機器人的位置運動學
5.1.1 位置方位描述
5.1.2 位置信息與傳感器
5.1.3 座標變換
5.1.4 齊次變換及運算
5.2 服務機器人的微分運動與動力學分析
5.2.1 底盤運動學分析——雙輪
5.2.2 底盤運動學分析——全嚮輪
5.3 服務機器人的正逆運動學問題
5.3.1 剛體的描述
5.3.2 正逆運動學問題
5.3.3 機械臂的正逆運動學
參考文獻

第6 章 服務機器人的路徑規劃
6.1 服務機器人的路徑規劃分類
6.1.1 離線路徑規劃
6.1.2 在線路徑規劃
6.1.3 其他路徑規劃算法
6.2 經典路徑規劃方法
6.2.1 人工勢場法
6.2.2 A* 算法
6.2.3 遺傳算法
6.3 服務機器人路徑規劃優化
6.3.1 人工勢場法的改進
6.3.2 A* 算法的改進
6.3.3 遺傳算法的改進
6.3.4 服務機器人路徑規劃技術發展
參考文獻

第7 章 服務機器人的感知
7.1 服務機器人的感知
7.1.1 內部感知單元
7.1.2 外部感知單元
7.1.3 特殊感知單元
7.2 機器視覺
7.2.1 機器視覺的組成
7.2.2 機器視覺的工作原理
7.2.3 機器視覺在服務機器人上的應用
參考文獻

第8 章 服務機器人的操作係統
8.1 服務機器人的操作係統概述
8.1.1 服務機器人操作係統的概述
8.1.2 服務機器人操作係統的關鍵技術
8.2 ROS 及其應用
8.2.1 ROS 的基本概念
8.2.2 ROS 的應用
參考文獻

第9 章 發展與展望
9.1 發展
9.2 比賽促進技術提升
9.3 未來展望
參考文獻

 

圖書序言

  • ISBN:9786263321076
  • 規格:平裝 / 218頁 / 17 x 23 x 1.09 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 齣版地:颱灣

圖書試讀



  不知不覺間,齣現瞭很多既熟悉又陌生的新型裝備,如進入到傢庭環境的自動掃地機,陪伴老年人與小孩的陪護機器,為病人送藥送飯的護士助手,為病人實施多種複雜手術的輔助機器,提供實時自適應導航的智慧輪椅,給高樓提供清潔輔助的清潔機器,能幫助人類探索外太空、探索海底的機器,以及帶有智慧的滅火消防砲等。以上各類帶有智慧的機器都可以稱為服務機器人,也就是說,除瞭工業機器人之外的通過半自主或完全自主運作,為人類的健康或設備的良好狀態提供服務的機器人。

  從人類社會的發展過程可揭示齣機器人發展的規律,即工業機器人發展到一定的階段,爆發式地齣現服務機器人。由於服務機器人的應用場閤多(除工業以外的應用場閤),其種類或樣式多種多樣,形成百花齊放的格局,除上麵提到的清潔機器人、陪護機器人、助老機器人、手術機器人、助殘機器人之外,還包括各種娛樂機器人、舞蹈機器人、導遊機器人、導購機器人、安保機器人、排險機器人、消防機器人、體育機器人、祕書機器人、建築機器人、玩具機器人、分揀機器人以及加油機器人、農業機器人等。

  服務機器人的主要技術包括,為滿足不同應用場閤的機械、材料、本體結構、執行單元、驅動電路與運動控製係統;帶有智慧的環境感知傳感器和信號處理方法;包括模糊控製、神經網路、進化計算等的智慧控製方法;具有機器人自定位與導航功能的SLAM技術;在工作空間中能找到一條從起始狀態到目標狀態、可以避開障礙物的路徑規劃方法以及智慧機器人的操作係統等。

  本書較為係統地講述瞭服務機器人技術的相關理論與製作實例,對機器人的機械係統、執行單元、傳感器、驅動與控製機構等分章節敘述,同時對機器人的座標變換、運動分析、路徑規劃以及機器人的操作係統也做瞭講解。

  本書理論介紹與製作實例相輔相成,體現瞭理論與實踐相結閤的特色。根據機器人操作係統的特殊情況,介紹瞭ROS係統,使服務機器人技術的內容更加全麵,爭取給中國更多的服務機器人從業人員與服務機器人愛好者提供幫助。

  本書共分9章。第1章闡述瞭機器人的産生與發展,服務機器人的定義、結構與分類、服務機器人技術的主要內容等;第2章敘述瞭服務機器人的移動機構,包括單輪、兩輪差動、全嚮輪式、履帶式、足式等移動機構以及部分移動機構的設計舉例;第3章敘述瞭服務機器人的機械臂(四自由度與六自由度的機械臂),二指、三指、五指機械手,其他執行單元(如腕部等);第4章敘述瞭服務機器人的驅動與控製,包括服務機器人中廣泛使用的直流電機的PWM驅動原理與電路實現、服務機器人的PID參數的整定與智慧控製等;第5章敘述瞭服務機器人的運動分析,包括服務機器人的位置運動學、微分運動與動力學分析、服務機器人的正逆運動學問題及軌跡規劃實例等;第6章敘述瞭服務機器人的路徑規劃(包括離線規劃與在線規劃),智慧規劃(包括人工勢場法、A*算法、遺傳算法以及優化算法等);第7章敘述瞭服務機器人的感知,包括機器人的內部感知單元、外部感知單元和特殊感知單元,服務機器人的資訊處理方法,重點敘述瞭機器視覺的組成、工作原理與應用;第8章介紹瞭服務機器人的操作係統ROS,包括ROS的基本概念、係統架構、係統工具,以及ROS在移動底座、導航與路徑規劃、語音識別、機器視覺等方麵的應用實例;第9章對服務機器人以及相關技術的發展進行瞭展望。

  服務機器人技術內容十分廣泛,涉及諸多學科領域。由於作者的水平所限、經驗不足,書中不足之處在所難免,敬請讀者批評指正。

用戶評價

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當我們談論「係統設計」時,資安絕對是個不能迴避的話題,特別是服務型機器人越來越多地被部署在需要處理敏感數據(如醫院病歷、客戶訂單)的環境中。我非常好奇,這本《服務機器人係統設計》在談論「係統」時,是否涵蓋瞭網路安全與韌體保護的章節。一個設計不良的通訊協定,可能讓機器人輕易被惡意指令劫持,這在服務業中是無法想像的災難。我希望看到,作者能提供一些業界公認的加密標準應用範例,以及如何設計一個具有「自癒能力」的容錯架構,使其在偵測到外部攻擊或內部硬體故障時,能自動切換到安全模式,並嚮管理者發齣警報。這種麵嚮實戰、關注長遠營運風險的設計考量,纔是真正成熟的係統工程師會重視的範疇。如果這本書能將資安與可靠性視為係統設計的「基石」而非「附加功能」,那我會毫不猶豫地推薦給所有從事物聯網(IoT)或機器人開發的朋友。

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我個人對於「設計」這個詞彙,有著非常高的期許。設計不隻是功能性的實現,更是一種美學與效率的平衡。在服務機器人的領域,尤其在麵對一般大眾消費者時,「設計」的成敗直接決定瞭產品的市場接受度。我指的是,它如何將複雜的底層演算法,轉化為對使用者友善的介麵與行為模式。例如,機器人語音迴覆的語氣、移動時的加速度麯線,甚至是待機時的燈光設計,都會影響人們對其「智能」程度的感知。如果這本書能深入探討「行為設計(Behavioral Design)」與「人機互動(HRI)」的整閤層麵,而不僅僅是聚焦在底層的機器人作業係統(ROS)架構,那它就超越瞭一般的技術手冊。我希望能看到,作者如何指導我們在設計一個複雜係統時,保持整體性與連貫性,讓使用者覺得這個機器人是「聰明」且「可靠」的,而不是一個執行特定指令的自動化設備。

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說真的,市麵上的技術書,很多都寫得像教科書一樣枯燥,堆砌著艱澀的數學公式和標準的理論模型,讀起來讓人昏昏欲睡。我比較欣賞那種「實戰導嚮」的寫法,也就是說,當讀者在實際專案中遇到「A問題」時,能夠立刻翻到對應的章節,找到「B解決方案」,並且理解這個方案背後的設計權衡(Trade-offs)。這個「服務機器人係統設計」,我期待它能有一種「案例拆解」的風格。比如,拿一個常見的餐廳服務機器人作為範例,從需求分析階段開始,一步步剖析:為什麼選擇這種動力學模型?在選擇導航演算法時,為什麼放棄SLAM而採用預建地圖配對?更重要的是,它如何涵蓋軟體版本控製和持續整閤/持續部署(CI/CD)在機器人係統更新中的應用。畢竟,機器人是個活的係統,它的軟體生命週期管理,與硬體設計同等重要,甚至更耗費心力。若能看到作者將這些「幕後」的係統工程實務呈現在讀者麵前,那真是太棒瞭。

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這本書,坦白說,我還沒翻開,但光看這個書名「服務機器人係統設計」,就足以讓我這個在科技業打滾多年的老工程師,心頭湧起一陣既期待又有點擔憂的情緒。我們都知道,服務型機器人這塊市場,從餐廳送餐、醫院導引,到傢庭照護,簡直是百傢爭鳴,每傢廠商都有自己的「獨門祕笈」。但說實在話,真正能把「係統」這個概念做好、做穩的,鳳毛麟角。我現在手邊正在負責一個智慧倉儲的導入專案,最頭痛的就是如何讓各種不同品牌、不同協定的小型AGV(自動導引車)能夠完美地「對話」。這本書如果能深入探討跨平臺的通訊架構、邊緣運算與雲端協同的設計哲學,而不是隻停留在機器人手臂的運動控製那種基本功,那我絕對會給它一個大大的讚賞。畢竟,設計一個能穩定運作、易於維護、且能應對突發狀況的「係統」,遠比設計一個炫砲的單一功能模組來得睏難百倍。我更關注的是,它有沒有提到如何量化係統的可靠度,以及在麵對軟體更新帶來的相容性風險時,設計師該如何預先埋下伏筆。這種宏觀的係統思維,纔是區分「玩具」和「生產力工具」的關鍵。

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最近我身邊不少年輕一輩的朋友,都對進入機器人領域充滿熱情,但往往他們對於軟體架構的理解,還停留在單純的函式庫調用層麵。讀到「服務機器人係統設計」這個書名,我就在想,這本書會不會是他們從「寫程式」跨越到「做工程師」的敲門磚?現在的機器人應用,早就不是單打獨鬥的時代瞭,感測器融閤、即時決策、安全規範、使用者介麵(HMI)的親和力,每一個環節都是一門大學問。如果這本書能提供一些業界前輩走過的「坑」,例如在處理機器人與人類的物理互動時,如何設計一套健壯的異常處理機製,讓我少走一些冤枉路,那這本書的價值就不隻是知識的傳遞,更是經驗的傳承瞭。我特別希望它能花點篇幅講講,在颱灣這樣高密度人居的環境下,服務機器人如何有效避開雜亂的障礙物,並且在緊急情況下能立即「凍結」而非盲目執行指令。光是這些細節,就足以讓一本技術書籍脫穎而齣,變得真正實用。

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