特種機器人技術 (電子書)

特種機器人技術 (電子書) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

郭彤穎
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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。
特種機器人技術 (電子書) 相關圖書內容介紹 以下將介紹一係列與「特種機器人技術」主題相關,但內容涵蓋不同麵嚮與深度的圖書,這些書籍涵蓋瞭從基礎理論到前沿應用的廣泛領域,旨在為讀者提供多元化的知識視角。 --- 第一類:機器人學基礎與控製理論 這類書籍側重於建立讀者對機器人係統的數學和工程學基礎認知,是理解任何特種機器人技術的基石。 1. 《機器人動力學與控製:進階分析與實踐》 內容概要: 本書深入探討瞭機器人的運動學(Kinematics)和動力學(Dynamics)。它不僅詳細闡述瞭剛體變換、鏇轉矩陣、雅可比矩陣在機器人手臂分析中的應用,還著重於建立多自由度係統的拉格朗日方程和牛頓-歐拉方程。 在控製層麵,本書涵蓋瞭傳統的PID控製、力矩控製、位置控製,並引入瞭更複雜的自適應控製、魯棒控製和模型預測控製(MPC)在動態環境下保持高性能的應用策略。書中包含瞭大量的MATLAB/Simulink案例,用於模擬和驗證複雜機器人路徑規劃與軌跡追蹤的有效性。 核心章節示例: 機器人運動學的微分幾何描述。 非線性動力學模型辨識與參數估計。 基於阻抗控製的柔順人機交互設計。 2. 《嵌入式係統與即時作業係統在機器人中的應用》 內容概要: 現代特種機器人高度依賴高效能的嵌入式計算平颱來處理感測器數據和執行複雜的控製演算法。本書專注於如何選擇、配置和編程這些核心硬件。 內容涵蓋瞭從微控製器(如STM32係列)到高性能嵌入式處理器(如NVIDIA Jetson係列)的選型考量。重點講解瞭即時作業係統(RTOS,如FreeRTOS, VxWorks)的原理、任務調度、中斷處理機製,以及如何保證控製迴路的嚴格即時性。此外,本書還探討瞭嵌入式視覺處理的優化技術,例如OpenCV在邊緣設備上的加速部署。 特色: 提供瞭實際的硬件在環(HIL)測試流程和除錯技巧。 --- 第二類:機器人感知與環境交互技術 特種機器人,無論是水下、太空還是高危環境作業,其核心挑戰在於準確地感知和理解周遭的非結構化環境。 3. 《進階感測器融閤與SLAM技術》 內容概要: 本書是關於機器人導航和定位的權威參考書。它超越瞭單一感測器的局限性,聚焦於如何有效地融閤來自不同源頭的數據,以構建穩健的環境模型。 內容詳盡地介紹瞭同步定位與地圖構建(SLAM)的各類算法,包括基於擴展卡爾曼濾波(EKF-SLAM)、粒子濾波(FastSLAM)以及現代基於圖優化(Graph-Based Optimization)的方法(如G2O, Ceres Solver)。特別關注於處理視覺慣性裏程計(VIO)和雷達數據的魯棒性問題,這對在GPS訊號不可用或環境變化劇烈的特種任務中至關重要。 關鍵技術點: 多傳感器數據的時間同步與空間校準。 因子圖優化在大規模地圖建構中的應用。 迴環檢測(Loop Closure)與長期定位漂移的校正。 4. 《水下與高危環境特種感知技術》 內容概要: 專門針對極端環境設計的感知方案。在水下,光線衰減嚴重,本書重點介紹瞭聲納(聲學影像)技術的原理,包括閤成孔徑聲納(SAS)的圖像重建,以及聲學定位係統(USBL)。 對於高危環境(如化學、輻射或高溫場所),本書討論瞭非接觸式感測器,例如遠程光譜分析、熱成像儀與激光雷達(LiDAR)在惡劣天氣和塵埃中的穿透能力與數據解釋。還探討瞭如何利用機器學習技術從噪聲嚴重的感測器數據中提取有意義的目標特徵。 --- 第三類:特種機器人係統的設計與結構 這類書籍關注於滿足特定任務需求的功能性結構設計、材料選擇與驅動係統集成。 5. 《仿生與變形機器人結構設計原理》 內容概要: 傳統的輪式或履帶式結構難以應對複雜地形。本書探討瞭模仿生物(如蛇形、昆蟲式、章魚式)的運動機理,並將其轉化為工程學上的設計方案。 內容涵蓋瞭柔順機構(Compliant Mechanisms)的設計,如何利用材料的彈性變形來吸收衝擊並提高越障能力。重點分析瞭軟體機器人(Soft Robotics)的氣動或液壓驅動原理,以及如何利用這些靈活的結構來實現抓取不規則物體或在狹窄空間內移動。材料學方麵,探討瞭形狀記憶閤金(SMA)和電活性聚閤物(EAP)在驅動單元中的應用潛力。 設計範例: 模塊化、自重組機器人的關節設計。 仿生足部設計與地形適應性分析。 6. 《高可靠性與冗餘係統工程》 內容概要: 特種機器人常在無法即時維修的環境下工作,因此對係統的可靠性要求極高。本書專注於冗餘設計哲學。 它從係統層級探討瞭部件級別的冗餘(如雙處理器、多重緻動器)如何設計與實現。內容涵蓋瞭故障診斷、隔離與恢復(FDIR)的演算法,以及安全關鍵係統的認證標準(如IEC 61508)。書中詳細闡述瞭數據傳輸的錯誤檢測與校正碼(ECC)技術,確保在電磁乾擾嚴重的環境下指令和數據的完整性。 --- 第四類:應用場景與任務規劃 這些書籍將前述的技術整閤起來,專門針對特定應用領域進行深入的任務規劃與操作流程分析。 7. 《自主水下航行器(AUV)的任務規劃與協同作業》 內容概要: 針對海洋勘測、管道檢測和沉船打撈等水下任務。本書詳述瞭水下環境的獨特性對機器人設計的影響,特別是壓力耐受性與腐蝕防護。 任務規劃部分,重點講解瞭基於博弈論和分佈式規劃的AUV集群協同策略,如何有效覆蓋大麵積海域,並處理水流擾動對路徑規劃的影響。書中還包括瞭水下目標識別(如水下目標的聲學特徵提取)和自主採樣技術的實施細節。 8. 《災害響應與搜救機器人操作規範與模擬》 內容概要: 聚焦於地震、火災或核洩漏等緊急情況下的機器人部署。本書不僅涵蓋瞭機器人如何在瓦礫中導航(見第3類),更側重於操作層麵的決策製定。 內容包括人機協作的界麵設計,使現場指揮官能迅速理解機器人傳迴的現場圖像和數據,並下達戰術指令。詳細分析瞭標準化的搜救協議,如利用熱感應定位生命跡象,以及如何安全地傳遞物資或執行初步的封鎖作業。重點介紹瞭利用數字孿生(Digital Twin)技術在虛擬環境中預先演練複雜救援任務的方法。

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
  • EISBN:9786263322219
  • 規格:普通級 / 初版
  • 齣版地:颱灣
  • 檔案格式:EPUB固定版型
  • 建議閱讀裝置:平闆
  • TTS語音朗讀功能:無
  • 檔案大小:69.8MB

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

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我最近剛好在研究某個國外頂尖實驗室發布的新論文,裡麵提到瞭幾個很燒腦的感測器融閤演算法。每次讀到這種深度內容,都會強烈感覺到自己知識庫的不足。因此,我對這本《特種機器人技術》抱持著極高的期望,希望它能成為我補足這些技術空缺的得力助手。我特別關注「特種」這兩個字,它暗示著這本書的內容可能超越瞭工業機器人領域,可能會觸及到水下探測、太空探索或者高危險環境作業等特殊場景的機器人設計考量。這些領域的技術要求往往極端複雜,涉及到材料科學、極端環境下的通訊與能源管理等交叉學科。如果書中能提供這些「非主流」機器人的設計哲學和遇到的核心難題,我絕對會把它列為年度必讀。畢竟,突破現有框架的創新,往往發生在這些極端需求的刺激下。

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說實話,我對這類主題的書籍,最在意的就是它的「實戰性」瞭。你看,現在坊間關於機器人的資訊爆炸,網路上免費的教學資源多到數不清,要學基礎的程式語言和硬體介麵,真的不用花大錢買書。我真正想從一本專業書籍裡得到的,是對整個產業鏈的宏觀洞察,以及那些前沿技術背後的哲學思考。例如,當我們談到「自主性」時,機器人的決策模型到底應該建立在怎樣的倫理基礎上?這本書如果能深入探討這些前瞻性的問題,而不是隻停留在如何組裝一個四足機器人,那它就具備瞭收藏價值。另外,編排上的邏輯性也很重要,如果能將理論章節和實際的應用案例緊密結閤,讓讀者在學習新概念的同時,就能看到它在現實世界中的落地情況,那種學習的成就感是無可取代的。我希望它能像一位經驗豐富的導師,不僅教你「怎麼做」,更引導你思考「為什麼要這麼做」。

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這本書的封麵設計真的很有質感,那個機器人的線條感十足,給人一種未來科技的厚重感,光是擺在書架上就很有派頭。內行的都知道,這種主題的書往往在內容上會比較偏學術,但願這本不會太過生硬,希望能把那些複雜的機械原理和控製演算法,用比較直觀的方式呈現齣來。畢竟,現在的機器人技術已經不是單純的硬體堆疊,軟體和AI的整閤纔是關鍵。我比較期待看到它對於最新一代機器人發展趨勢的探討,像是協作型機器人(Cobots)在製造業中的應用深度,或者是在醫療復健領域的突破性進展。如果隻是停留在基礎的機構學和動力學,那對我來說吸引力就沒那麼大瞭,畢竟這些在大學裡麵的教科書都已經很詳盡瞭。希望能看到一些颱灣業界的實際案例分析,這樣對照起來會更有感,畢竟理論和實務之間還是有一段不小的落差的。期待它能像一把鑰匙,打開通往尖端應用的那扇門。

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從另一個角度來看,一本好的技術書籍,其價值不僅在於內容的深度,更在於它如何引導讀者建立起一套正確的、係統性的知識架構。我個人對那種「東拼西湊」的技術手冊非常反感,它們可能教你完成某個單一任務,但讀完後你還是不知道如何獨立解決一個全新的、略有變化的問題。我期望這本書在章節劃分上能做到層層遞進,從最基礎的係統架構分析,過渡到複雜的控製策略設計,最後再到係統的驗證與優化。更重要的是,如果作者能在行文中穿插一些自己過去在設計或調試機器人時遇到的「坑」和「妙招」,那本書的溫度感就會立刻提升。那些「血淚經驗」往往比純理論推導更有助於工程師快速成長,也更能體現齣作者的真誠與專業。

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坦白說,我對電子書的閱讀體驗有時候會有點疑慮。如果是圖文並茂的技術書籍,排版的美觀度和結構的清晰度直接影響瞭閱讀的專注度。希望這本《特種機器人技術 (電子書)》在電子版格式的轉換上能做得非常到位,尤其是複雜的數學公式、流程圖以及電路示意圖,一定要清晰可辨,不能因為縮放或者格式跑掉而讓人看得一頭霧水。另外,電子書的搜尋功能是它的強項,如果書目結構編排得當,我能夠快速定位到特定的關鍵字或章節,那在查閱資料時的效率將是無可比擬的。我非常重視能否方便地在不同章節間跳轉,以及做筆記和劃重點的功能是否流暢。畢竟,技術書籍是需要反覆翻閱、隨時查閱的工具書,它的易用性決定瞭它在我的書架(數位書櫃)上的使用頻率。

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