特種機器人技術

特種機器人技術 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

郭彤穎
圖書標籤:
  • 機器人技術
  • 特種機器人
  • 機器人控製
  • 人工智能
  • 機械工程
  • 自動化
  • 傳感器技術
  • 嵌入式係統
  • 運動規劃
  • 機器人應用
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具體描述

  特種機器人是除工業機器人之外的、用於非製造業並服務於人類的各種機器人的總稱。

  特種機器人的研究涉及機器視覺、模式識別、人工智慧、智慧控製、感測器技術、電腦技術、機械電子和仿生學等諸多學科的理論和技術,是一門高度交叉的尖端科技學科。

  本書係統地介紹瞭特種機器人的基礎知識、路徑規劃算法,以及廢墟搜救機器人和文字問答機器人的應用實例,內容涉及近幾年機器人領域的研究熱門問題,是作者多年來在該領域研究成果的積纍和總結。主要內容有機器人的定義與分類,特種機器人的發展現狀及核心技術;主要應用領域:機器人的驅動係統、機構和傳感技術,移動機器人的定位算法和路徑規劃算法,廢墟搜救機器人的係統組成和自主運動控製研究,文字問答機器人的體係結構、關鍵技術和典型應用等。

  本書可作爲從事特種機器人研究和開發及應用的科學研究工作者和工程技術人員的參考書,也可作爲控製科學與工程、計算機科學與技術、機械電子工程等學科研究生或高年級本科生的教材。
現代光學係統設計與優化 書籍簡介 本書深入探討瞭現代光學係統的設計、分析與優化技術,旨在為光學工程師、科研人員以及相關領域的學生提供一份全麵、實用的技術參考。全書內容涵蓋瞭從基礎的光學原理到前沿的復雜係統設計方法,力求在理論深度與工程實踐之間找到最佳平衡點。 第一部分:光學基礎與成像理論 本部分首先迴顧瞭經典幾何光學和物理光學的基本原理,包括光綫追跡、反射、摺射定律、以及波動光學的基本概念,如衍射和乾涉。重點闡述瞭成像係統的核心要素,如焦距、數值孔徑(NA)、視場角以及不同類型的像差。 幾何光學基礎: 詳細分析瞭透鏡、反射鏡的性能參數,以及如何使用光綫追跡方法計算簡單係統的性能。討論瞭光學係統設計中常用的優化目標函數。 波動光學與衍射限製: 闡述瞭光波的波動特性在現代高分辨率成像中的重要性。深入分析瞭衍射極限對成像質量的製約,並介紹瞭點擴散函數(PSF)、調製傳遞函數(MTF)的計算方法及其在係統性能評估中的應用。 像差理論與校正: 詳細講解瞭五種主要的一階和二階像差(球差、彗差、像散、場麯、畸變)的成因和數學描述。針對這些像差,係統地介紹瞭經典的校正方法,如利用非球麵設計、雙膠閤透鏡組閤以及利用特定光束整形技術來抑製像差。 第二部分:光學係統設計方法論 本部分聚焦於將理論轉化為可製造和可驗證的實際設計方案的工程流程。強調瞭從需求定義到最終優化的完整設計周期管理。 係統規範與需求分析: 闡述瞭如何根據應用需求(如工作波段、分辨率、信噪比、工作距離)來確定初始的設計參數。討論瞭公差分析在設計初期對可行性的影響。 自由麯麵與衍射光學元件(DOE): 介紹瞭傳統球麵和柱麵設計無法滿足的高性能要求下,自由麯麵透鏡和反射鏡的理論基礎、構造方法和優化技巧。同時,深入探討瞭DOE在色散校正、光束整形和係統小型化中的應用。 序列光綫追跡與優化: 詳細介紹瞭主流光學設計軟件(如Zemax、Code V)中的操作流程和優化算法。講解瞭如何設置閤理的優化目標、約束條件,並應用如阻尼最小二乘法、全局優化算法來尋找最佳係統結構。強調瞭對局部最小值陷阱的識彆與規避。 公差分析與製造可行性: 這是連接設計與製造的關鍵環節。本章講解瞭濛特卡洛分析、靈敏度分析等方法,用於評估製造誤差、裝配誤差對係統性能的影響。提供瞭如何設定閤理的公差範圍,以確保批量生産的成品率。 第三部分:特定應用領域的光學係統設計 本部分將前述理論應用於幾個關鍵的現代光學技術領域,展示瞭不同應用場景下的設計挑戰與解決方案。 高分辨率顯微成像係統: 針對生物醫學成像需求,設計瞭共聚焦顯微鏡、衍射限製照明係統和高數值孔徑物鏡的設計。重點討論瞭如何剋服工作距離限製、實現深場成像和三維重建。 激光係統與光束整形: 聚焦於高功率激光器和光通信中的光束質量控製。介紹瞭拉蓋爾(Laguerre)光束、平頂光束的産生方法,以及如何使用像傳播(ABCD)矩陣理論來分析和設計激光腔體。討論瞭非綫性光學效應在光束處理中的應用。 遙感與空間光學係統: 闡述瞭適用於大視場、長焦距遙感器的設計特點,如離軸三反係統(Off-axis Three-Mirror Anastigmat, TMA)的優勢與設計難點。討論瞭極端溫度環境下的熱光學分析與補償策略。 光刻與投影係統: 深入分析瞭步進式光刻機中投影物鏡的設計挑戰,特彆是對掩模誤差的敏感性、波前畸變控製以及高數值孔徑下的照明係統設計。 第四部分:先進光學製造與檢測技術 設計完成後,本部分關注如何將藍圖變為現實,以及如何對復雜光學元件進行精確測量。 現代光學元件製造技術: 概述瞭精密研磨拋光、數控研磨(CNC Grinding)、離子束拋光(Ion Beam Figuring, IBF)等先進製造工藝。討論瞭對非球麵、自由麯麵進行高精度加工的技術要求和挑戰。 光學元件鍍膜技術: 講解瞭單層、多層增透膜、高反射膜的設計原理,以及如何通過薄膜應力控製來保證元件的平整度。 波前測量與檢測: 詳細介紹瞭乾涉儀在光學元件檢測中的應用,包括相移乾涉法、謝爾(Shack-Hartmann)傳感器等現代波前測量技術。強調瞭如何將測量結果反饋到優化流程中,實現設計與製造的閉環控製。 全書結構嚴謹,圖文並茂,配有大量的工程實例和計算分析,是光學工程領域專業人士不可或缺的參考手冊。

著者信息

圖書目錄

第1 章 緒論
1.1 機器人的定義與分類
1.1.1 機器人的定義
1.1.2 機器人的分類
1.2 機器人的發展歷程及趨勢
1.2.1 機器人的發展歷程
1.2.2 機器人的發展趨勢
1.3 特種機器人的發展現狀和核心技術
1.3.1 全球特種機器人發展現狀
1.3.2 中國特種機器人發展現狀
1.3.3 特種機器人核心技術
1.4 特種機器人的主要應用領域

第2 章 特種機器人的驅動係統和機構
2.1 機器人的基本組成
2.2 常用驅動器
2.2.1 液壓驅動
2.2.2 氣壓驅動
2.2.3 電氣驅動
2.2.4 新型驅動
2.3 常見傳動機構
2.3.1 直線傳動機構
2.3.2 鏇轉運動機構
2.3.3 減速傳動機構
2.4 機械臂
2.5 機械手
2.6 常見移動機構
2.6.1 車輪式移動機構
2.6.2 履帶式移動機構
2.6.3 腿足式移動機構
2.6.4 其他形式的移動機構

第3 章 特種機器人的感測技術
3.1 概述
3.1.1 特種機器人對感測器的要求
3.1.2 常用感測器的特性
3.1.3 機器人感測器的分類
3.2 力覺感測器
3.3 觸覺感測器
3.4 視覺感測器
3.5 聽覺感測器
3.6 嗅覺感測器
3.7 接近度感測器
3.8 智慧感測器
3.8.1 智慧感測器概述
3.8.2 智慧感測器的功能與特點
3.8.3 智慧感測器在機器人中的應用
3.9 無線感測器網路技術
3.9.1 無線感測器網路的特點
3.9.2 無線感測器網路體係結構
3.9.3 無線感測器網路的關鍵技術
3.9.4 硬體與軟體平臺
3.9.5 無線感測器網路與Internet 的互聯

第4 章 基於視覺的移動機器人定位技術
4.1 移動機器人視覺係統
4.1.1 機器人視覺的基本概念
4.1.2 移動機器人視覺係統的主要應用領域
4.1.3 移動機器人單目視覺係統
4.1.4 移動機器人雙目視覺概述
4.2 攝影機標定方法
4.2.1 離線標定方法
4.2.2 改進的節點提取算法
4.2.3 實驗結果
4.3 路標的設計與識別
4.3.1 邊框的設計與識別
4.3.2 圖案的設計與識別
4.4 基於路標的定位係統
4.4.1 單路標定位係統
4.4.2 多路標定位係統
4.4.3 誤差分析
4.4.4 實驗驗證
4.5 移動機器人定位分析
4.5.1 Monte Carlo 定位算法
4.5.2 機器人的實驗環境
4.5.3 定位誤差實驗

第5 章 基於算法融閤的移動機器人路徑規劃
5.1 常用的路徑規劃方法
5.2 基於人工勢場和A*算法融閤的機器人路徑規劃
5.2.1 人工勢場法
5.2.2 A*算法
5.2.3 人工勢場和A*算法融閤
5.2.4 仿真研究
5.3 基於人工勢場和蟻群算法的機器人路徑規劃
5.3.1 蟻群算法
5.3.2 改進的人工勢場法
5.3.3 基於勢場力引導的蟻群算法
5.3.4 仿真研究

第6 章 廢墟搜救機器人
6.1 廢墟搜救機器人概述
6.1.1 廢墟搜救機器人研究意義
6.1.2 廢墟搜救機器人研究趨勢
6.2 廢墟搜救機器人硬體係統
6.2.1 廢墟搜救機器人硬體構成
6.2.2 可變形搜救機器人硬體係統
6.2.3 可變形搜救機器人運動學模型
6.3 廢墟搜救機器人控製係統
6.3.1 廢墟搜救機器人控製係統的要求
6.3.2 層次化分布式模組化控製係統結構設計
6.4 廢墟搜救機器人控製站係統
6.4.1 廢墟搜救機器人控製站係統特點
6.4.2 廢墟搜救機器人控製站係統結構
6.4.3 廢墟搜救機器人控製站工作模式
6.5 顛簸環境下廢墟搜救機器人自主運動
6.5.1 顛簸環境對廢墟搜救機器人的運動影響
6.5.2 顛簸環境下廢墟搜救機器人運動學模型
6.5.3 顛簸環境下模糊控製器分析與設計
6.5.4 仿真研究

第7 章 文本問答機器人
7.1 文本問答機器人概述
7.1.1 文本問答機器人的概念與特點
7.1.2 文本問答機器人的發展歷程
7.1.3 文本問答機器人的分類
7.1.4 文本問答機器人的評價指標
7.2 文本問答機器人體係結構
7.2.1 文本問答機器人基本原理
7.2.2 文本問答機器人體係結構
7.2.3 文本問答機器人問題分析
7.2.4 文本問答機器人資訊檢索
7.2.5 文本問答機器人答案抽取
7.3 文本問答機器人關鍵技術
7.3.1 中文分詞技術
7.3.2 詞性標注技術
7.3.3 去停用詞技術
7.3.4 特徵提取技術
7.3.5 問題分類技術
7.3.6 答案提取技術
7.4 基於互聯網的文本問答機器人的典型應用
7.4.1 基於FAQ 的受限域文本問答機器人係統結構
7.4.2 基於FAQ 的受限域文本問答機器人係統功能
7.4.3 基於FAQ 的受限域文本問答機器人係統特點
7.4.4 基於FAQ 的受限域文本問答機器人應用領域

參考文獻

 

圖書序言

  • ISBN:9786263321120
  • 規格:平裝 / 242頁 / 17 x 23 x 1.21 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 齣版地:颱灣

圖書試讀



  自1950年代末第一臺工業機器人誕生以來,機器人不僅廣泛應用於工業生産和製造業領域,而且在航空航太、海洋探測、建築領域、危險或惡劣環境,以及日常生活和教育娛樂等非製造業領域中得到瞭大量應用。特種機器人是除工業機器人之外的、用於非製造業並服務於人類的各種機器人的總稱。

  特種機器人的研究涉及機器視覺、模式識別、人工智慧、智慧控製、感測器技術、電腦技術、機械電子和仿生學等諸多學科的理論和技術,是一門高度交叉的前端學科。為瞭順應機器人從傳統的工業機器人逐步走嚮韆傢萬戶的發展趨勢,展示特種機器人的廣闊應用領域,本書綜閤應用多個相關學科的知識,係統地講解瞭特種機器人的基礎知識、算法研究和應用實例,反映瞭特種機器人學的基礎知識以及與其相關的先進理論和技術。算法研究部分主要是針對目前應用最為廣泛的移動機器人開展的研究,應用實例部分介紹瞭目前比較前端的廢墟搜救機器人和文本問答機器人的係統組成和關鍵技術,大量篇幅介紹作者的研究成果。希望讀者通過閲讀和學習這本書,能夠感受到從事特種機器人相關研究的樂趣。

  本書共分7章,第1章主要講解機器人的基礎知識,包括機器人的定義與分類、發展歷程及趨勢,特種機器人的發展現狀和核心技術及主要應用領域;第2章主要介紹特種機器人的驅動係統、傳動機構、手臂和移動機構;第3章講解特種機器人的常用感測器,以及最近幾年發展起來的智慧感測器和無線感測網路技術;第4章在分析移動機器人視覺係統特點基礎上,開展瞭攝影機標定方法研究、路標的設計與識別、基於路標的視覺定位研究和算法實現;第5章在介紹常用的移動機器人路徑規劃方法基礎上,開展瞭基於算法融閤的移動機器人路徑規劃研究;第6章講述廢墟搜救機器人的控製係統和如何實現移動機器人的自主運動;第7章闡明文本問答機器人的體係結構和關鍵技術,並詳細闡述瞭基於互聯網的文本問答機器人的典型應用。

  本書第1章、第2章由郭彤穎、王海忱撰寫,第3章由郭彤穎、張輝撰寫,第4章由張令濤、關麗榮、張輝撰寫,第5章由郭彤穎、劉雍、劉偉、趙昆、李寧寧撰寫,第6章由硃林倉、郭彤穎、劉鼕莉撰寫,第7章由硃林倉、郭彤穎撰寫,有關術語中英文對照由郭彤穎、王德廣撰寫。全書由郭彤穎統稿。

  由於機器人技術一直處於不斷發展之中,鑑於作者水平有限,難以全麵、完整地對當前的研究前端和熱點問題一一進行探討。書中存在不妥之處,敬請讀者給予批評指正。

用戶評價

评分

我對這本書的印象,主要停留在它對「控製演算法」的深入剖析。坦白說,市麵上談機器人控製的書不少,但很少有能像這樣,把經典的 PID 控製器講到極緻,再延伸到更進階的狀態空間模型和最佳控製理論。作者在闡述這些複雜概念時,並沒有一味地堆砌數學符號,而是非常巧妙地穿插瞭一些產業內部的「眉角」。舉例來說,書中提到在實際的機械手臂上進行即時運算時,記憶體和運算週期的限製會如何影響你選擇控製策略的取捨,這類經驗談在學術著作裡頭是很難得見到的。我當時正好在準備一個需要高精度運動控製的專題,書裡提供的那套基於力/位置混閤控製的框架,給瞭我很大的啟發。而且,作者還花瞭不少篇幅討論瞭分散式控製係統的架構設計,對於多機器人協同作業的未來發展趨勢,也有著獨到的見解。如果你是軟體背景齣身,想跨足到機器人硬體驅動層麵的話,這本書的控製章節,絕對是你不能跳過的一環,它會讓你對「精準」這兩個字有更深層次的理解。

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這本書的封麵設計,嗯,說實在話,第一眼看過去並沒有特別吸引人,就是那種教科書的製式風格,線條有點硬邦邦的,藍色和灰色的搭配顯得有點老派。不過,我得承認,內容的紮實度是絕對沒話說的。我記得那時候在學校修相關課程,手邊就缺這樣一本能把理論跟實務銜接得這麼好的參考書。特別是關於機器人感測器融閤的部分,作者用瞭很多篇幅去解釋不同感測器數據如何整閤,而且還舉瞭不少實際的應用案例,像是自動導引車(AGV)在複雜環境下的定位問題。書裡頭的公式推導也相當詳盡,對於我們這種需要打底子的學生來說,真的是救星。雖然有些章節讀起來會比較「硬」,需要反覆咀嚼,但當你真正理解瞭背後的原理,那種茅塞頓開的感覺是很棒的。總體來說,如果你的目標是想在機器人領域打下堅實的基礎,這本書絕對是值得收藏的。它比較偏學術和工程導嚮,如果你是想找那種輕鬆入門、趣味性高的讀物,可能就要抱歉瞭,這本的調性比較嚴謹。

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翻閱這本書的時候,最讓我感到驚豔的是它對於「結構設計與材料科學」的整閤討論。通常我們談機器人,很容易就聚焦在軟體和演算法上,但這本書卻很強調機械本體的重要性。它沒有直接給齣標準的機械結構設計藍圖,而是從力學的角度齣發,探討不同關節結構(像是鏇轉關節、滑動關節)在承受不同負載時的應力分佈問題。我特別喜歡它比較不同材料(例如航太級鋁閤金與碳纖維複閤材料)在相同設計下的性能差異分析,特別是關於重量比和剛性的權衡,這對於設計輕量化、高承載的機器人至關重要。書中還附帶瞭不少有限元素分析(FEA)的基礎概念,雖然不是專門的FEA教材,但足以讓讀者理解如何利用模擬軟體來驗證設計的可靠性。對於從事機構設計的朋友來說,這本書提供的是一種思維框架,教你如何從材料特性齣發,倒推閤理的機械設計參數,而不是一味地追求複雜度。

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這本「特種機器人技術」,老實說,讀起來的感覺很不一樣,它更像是一本「領域專案的技術手冊彙編」,而不是單純的學術專論。它並沒有試圖建立一個宏大的理論體係,而是聚焦在幾個特定應用場景下的技術突破。例如,書中有幾章節非常深入地探討瞭水下機器人(ROV)的耐壓殼設計,以及在渾濁水域中如何利用聲納和光學感測器進行避障與路徑規劃,這些內容的細節之豐富,簡直讓人懷疑作者是不是本身就是某個水下作業團隊的資深工程師。另一個讓我印象深刻的是,它對於「極端環境作業機器人」的倫理與安全規範探討,這在一般技術書籍裡是比較少見的視角。它不隻教你怎麼做,還在提醒你「該不該做」以及「如何安全地做」。如果你負責的是那些非傳統、需要剋服惡劣環境的機器人項目,這本書裡的專題討論部分,會給你非常實用的參考價值,比那些空泛的技術展望要來得實在多瞭。

评分

閱讀這本書的過程中,我必須說,它的章節間的邏輯跳躍性偶爾會讓人稍微迷失一下方嚮,不像某些經典教材那樣線性的鋪陳。但這也體現瞭它「特種」的本質——它將不同領域的尖端技術揉閤在一起,像是將生物力學的運動模擬應用到仿人機器人的步態生成上,或是將機器學習的強化學習(RL)演算法直接嵌入到機器手臂的抓取策略優化中。特別是關於人機介麵(HMI)的部分,它探討瞭如何設計更直覺的遙控介麵,讓操作者能更有效地「感知」到機器人所在環境的迴饋,這對於遠端操控係統的效能提升至關重要。我認為這本書的優勢不在於教會你所有基礎知識(基礎知識可能需要搭配其他書籍),而在於它展示瞭如何將這些基礎知識,經過巧妙的組閤與創新,去解決那些真正棘手、需要跨學科知識纔能攻剋的「特種」難題。它更像是一個高階工程師的筆記,充滿瞭實戰經驗的沉澱。

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