服務機器人係統設計 (電子書)

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

陳萬米
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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。
好的,這是一本關於“服務機器人係統設計(電子書)”的圖書的簡介,但內容將完全不涉及該主題。 --- 《智能城市:下一代基礎設施與可持續發展藍圖》 簡介 本書深入探討瞭構建高效、可持續、以人為本的智能城市所需的關鍵技術、戰略規劃與治理框架。麵對全球城市化進程的加速,城市管理者、規劃師、工程師及政策製定者正麵臨前所未有的復雜挑戰,包括交通擁堵、資源分配不均、能源消耗過高等問題。本書提供瞭一套全麵的視角,解析如何通過整閤尖端信息技術、物聯網(IoT)、大數據分析以及先進的傳感技術,實現城市基礎設施的智能化升級與運營優化。 本書的結構旨在提供理論深度與實踐指導的完美結閤。首先,它從宏觀層麵梳理瞭智能城市的演進曆史與核心理念,明確瞭從“數字化”到“智能化”的轉型路徑。我們著重分析瞭在這一轉型中,城市數據如何成為核心資産,以及如何建立安全、可靠的數據治理體係,確保數據驅動決策的有效性與公正性。 在技術層麵,本書詳細闡述瞭支撐智能城市運行的支柱技術。其中,“城市數字孿生(Digital Twin)”的構建與應用是重點章節之一。我們不僅介紹瞭如何采集和建模城市物理實體,更深入探討瞭如何利用實時數據流驅動數字孿生模型進行動態仿真、壓力測試和預測性維護。這使得城市運營者能夠在虛擬環境中預演政策實施效果,從而規避真實世界中的高昂試錯成本。 交通是城市生命綫,本書用大量篇幅聚焦於“智慧交通係統(ITS)”的革新。我們分析瞭從V2X(車對萬物)通信技術到自適應信號控製係統的具體實施路徑。內容涵蓋瞭無人駕駛車輛的城市集成挑戰、共享齣行模式的優化算法,以及如何利用傳感器網絡實時監測交通流量,動態調整公共交通資源分配,從而顯著減少通勤時間和碳排放。 能源管理是可持續發展的基石。書中對“智能電網與分布式能源係統”進行瞭詳盡的闡述。這包括如何整閤太陽能、風能等間歇性可再生能源,實現能源的有效存儲與智能調度。此外,本書還探討瞭建築能源管理係統(BEMS)的應用,通過機器學習算法優化樓宇能耗,實現節能減排的目標。 公共安全與應急響應能力的提升是衡量城市智慧水平的關鍵指標。我們探討瞭“預測性警務”模型如何利用曆史犯罪數據、社交媒體信息和環境因素,提前識彆潛在高風險區域。同時,在災害管理方麵,本書分析瞭基於無人機和衛星遙感的快速評估技術,以及如何利用應急通信網絡確保信息在極端情況下的暢通無阻。 然而,智能城市的建設並非單純的技術堆砌。本書的第三部分將注意力轉嚮瞭“社會包容性與城市治理”。我們強調,一個成功的智能城市必須是普惠的。因此,我們詳細討論瞭“數字鴻溝”的消除策略,確保老年人、低收入群體等弱勢群體也能享受到技術帶來的便利。在治理層麵,本書探討瞭如何設計透明、響應迅速的“公民參與平颱”,利用區塊鏈等技術增強公共服務的可信度與問責製。 在環境可持續性方麵,本書深入剖析瞭“智慧水務管理”和“城市空氣質量監測網絡”的構建。內容包括利用低功耗廣域網(LPWAN)技術對供水管網的漏損進行實時監測,以及部署高精度空氣質量傳感器網絡,為市民提供區域性的實時環境指數,並指導城市綠化和産業布局的優化。 最後,本書以展望的姿態,探討瞭未來十年智能城市發展的關鍵趨勢,包括量子計算在城市規劃中的潛在應用、去中心化身份認證在城市服務中的普及,以及“元宇宙”概念如何被應用於城市規劃和市民體驗的交互設計中。 《智能城市:下一代基礎設施與可持續發展藍圖》不僅是一本技術參考手冊,更是一份麵嚮未來的行動指南。它旨在為所有參與城市未來塑造的人員,提供清晰的路綫圖和深入的洞察力,共同構建一個更智能、更具韌性、更宜居的城市生態係統。 目標讀者: 城市規劃師、市政工程師、信息技術部門負責人、政策製定者、可持續發展專傢、大學相關專業師生及所有關注城市未來發展的專業人士。 ---

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
  • EISBN:9786263322165
  • 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:58.8MB

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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身為一個關注科技產業趨勢的讀者,我更關心的是這類係統在商業化落地時會遇到的法規與成本控製挑戰。設計一個在實驗室中完美運行的原型機,與設計一個能在颱灣的公寓大樓、商業辦公室,甚至戶外空間中大規模部署並獲利的產品,中間的鴻溝是巨大的。從成本結構來看,電子元件(特別是高精度感測器與驅動器)的採購成本往往是決定產品是否能進入大眾市場的關鍵。我希望書中能提供一些關於「成本優化設計」的實例,例如如何透過軟體演算法的優化,來取代昂貴的硬體升級,達到類似的性能提升。此外,在颱灣,服務型機器人的部署往往牽涉到複雜的物業管理規定與安全規範。作者是否討論瞭如何設計一個「符閤規範」的係統?例如,機器人在公共區域移動時,如何確保不會對既有的人流動線造成乾擾或潛在危險?這不僅是技術問題,更是跨領域溝通的挑戰。如果這本書能提供一份從技術規格書到產品上市前審查清單的實用指南,那對準備創業的團隊來說,無疑是提供瞭最寶貴的風險規避策略,這比純粹的技術細節更有戰略價值。

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老實講,市麵上探討機器人硬體整閤的書籍不少,但真正能深入剖析「軟韌體介麵(Firmware/Software Interface)」的書籍卻鳳毛麟角。我對這本書的期待,是它能提供一套清晰的標準化介麵設計方法論。服務型機器人通常不是單一功能的獨立體,它必須能對接各種外部模組,例如視訊通訊模組、環境監測感測器,甚至是與傢庭智慧中控係統的連動。如果係統底層的API設計得不夠模組化和擴展性不足,那麼每當有新的服務需求齣現,工程師就得從頭開始重寫大量的底層代碼,這在快速迭代的科技環境中是不可接受的。我非常想知道作者是如何處理「異質性感測器資料融閤」的問題。傢裡的掃地機器人可能用光達,送貨機器人可能用攝影機,它們收集到的資料格式、更新頻率、甚至量測單位都可能不同,如何建立一個統一的數據處理管道(Data Pipeline)來有效地整閤這些資訊,並據此做齣準確決圖,這纔是係統設計的核心難度所在。我期盼看到能有專章深入探討如何利用訊息佇列(Message Queuing)或基於事件的架構(Event-Driven Architecture)來優化機器人決策流程的效率。

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看到這本電子書的書名,我腦海中立刻浮現齣許多工程師熬夜趕工、除錯到快脫窗的畫麵。這類係統的複雜度,絕不是單純的硬體組裝加上幾行程式碼就能搞定的,它牽涉到的是多重子係統的無縫協作。我個人對機器人本體如何處理「非結構化環境」的適應性,抱持著極大的好奇心。想想看,傢裡的客廳地闆材質可能從木地闆換到地毯,再到不平整的瑜珈墊,機器人的導航與避障算法必須具備多高的容錯率纔能應付?我希望書中能提供一些關於SLAM(同步定位與地圖建構)技術在動態、雜亂室內環境中的最新進展,特別是關於如何利用深度學習來強化環境特徵提取的效率。另一個讓我耿耿於懷的是「電源管理與續航力」這個現實的痛點。再好的功能,如果每隔一小時就要充電一次,那它就隻能乖乖地待在充電座上,根本無法提供持續性的服務。作者是否探討瞭能量收集(Energy Harvesting)技術在小型服務型機器人上的可行性?或者,有沒有提齣一套更智慧的任務排程策略,讓機器人在執行任務的間隙自動優化迴充路徑?若能針對這些工程師最頭痛的「後勤問題」提供獨到的見解,那這本書的價值就遠遠超過一般教科書的範疇瞭。

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對於像我這樣,從使用者體驗(UX)角度切入的人來說,服務型機器人最大的挑戰在於「信任感的建立」。這本書的內容如果隻停留在談論步進馬達的精確度或是控製迴路的穩定性,對我來說吸引力就會大打摺扣。我真正想瞭解的是,如何在機器人的行為模式中,植入一種讓人感到「可靠」而非「恐懼」的設計哲學。舉例來說,當機器人需要靠近使用者進行近距離服務(例如遞送物品或協助穿戴裝置)時,它的移動軌跡、聲音提示、甚至燈光閃爍的節奏,都必須經過精心設計,以避免觸發使用者的警覺心。作者是否有介紹一套將倫理設計(Ethical Design)融入係統架構的框架?例如,機器人在判斷需要介入人類活動的邊界時,應該遵循什麼樣的決策樹?此外,鑒於颱灣社會高齡化趨勢,這類機器人在輔助長者生活時,如何平衡自主性(讓長者保有尊嚴)與安全監護(避免意外發生)之間的微妙關係,是一個極具深度的議題。若書中能用豐富的案例說明如何透過軟體層次的互動設計,將冰冷的機械轉化為貼心的夥伴,我會毫不猶豫地推薦給所有從事智慧照護產業的朋友們。

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這本關於服務型機器人係統設計的電子書,光是書名就讓人聯想到未來感十足的場景,畢竟誰不希望傢裡有個能幫忙打掃、煮飯,甚至陪聊天的智慧夥伴呢? 我特別期待書中能深入探討人機互動(HRI)的複雜性。畢竟,一個再聰明的機器人,如果介麵設計得讓人一頭霧水,或是情感錶達僵硬得像塊木頭,那它離「服務」的宗旨就差得太遠瞭。我希望能看到關於自然語言處理(NLP)在實際應用中如何剋服颱灣特有的語境和俚語挑戰的案例分析,畢竟我們的日常對話充滿瞭「語氣詞」和上下文的隱晦指涉,這對機器人的理解能力是極大的考驗。此外,在係統架構層麵,我很想知道作者如何權衡即時反應速度與雲端運算資源的最佳化配置。特別是在強調隱私權保護的今日,本地端運算與遠端資料傳輸之間的界線該如何拿捏,纔能在提供流暢服務的同時,讓使用者感到安心?如果書中能提供一些從概念發想到實際部署的完整專案流程圖,那就更棒瞭,這樣對於正在進行專題研究的學生或是初入行的係統整閤工程師來說,絕對是本實戰寶典。我希望它不隻是一本理論堆砌的教科書,而是能充滿實務經驗的「武功秘笈」。

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