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[美] Maja，J.，Mataric，马娅·马塔里奇 著，李华峰 译

图书标签:

• 机器人学
• 机器人技术
• 控制理论
• 人工智能
• 机械工程
• 自动化
• 路径规划
• 运动学
• 动力学
• 传感器

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115449832

版次：01

商品编码：12173836

品牌：异步图书

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-03-01

页数：206

正文语种：中文

编辑推荐

本书由机器人学专家Maja J. Mataric教授倾力编写，内容轻松易懂，介绍全面细致，非常适合对机器人感兴趣的读者阅读。通过阅读本书，读者既能够广泛地了解机器人相关的技术和话题，更能够拓展视野，为深入机器人行业做足准备。

内容简介

随着科技事业的不断发展，软硬件之间的整合越来越密切，未来社会是属于智能化的社会，而机器人也在这样的大环境下获得了前所未有的发展。本书就是一本非常通俗的机器人学入门级指南，能够帮助更多的人了解机器人学。
本书通过 22 章的内容，全面细致地向读者介绍了有关机器人学的相关知识。本书从机器人学的定义讲起，陆续介绍了机器人简史、机器人的组成部分、效应器和执行器、运动、操作、传感器、简单的传感器、复杂的传感器、反馈控制、控制架构、表示、审慎控制、反应控制、混合控制、基于行为的控制、行为协调、突现行为导航、群机器人、优化机器人以及机器人的未来。
本书内容全面、讲解细致，非常适合机器人爱好者以及参加机器人比赛的老师和学生阅读，也适合智能新技术领域的从业人员参考学习。

作者简介

Maja J. Mataric是一位伟大的机器人科学家，目前正担任南加州大学计算机科学与神经科学的教授，同时也是该校机器人与嵌入式系统中心的负责人。她还是维特比工程学院的高级副院长和机器人研究实验室的负责人。曾在2009年获得美国青年科学家与工程师总统奖，并被评为机器人领域有影响力的25位女性之一。

目录

目录
第1章　机器人学的定义　1

第2章　机器人简史　5
2．1　控制理论　5
2．2　控制论　5
2．2．1　“机械龟”　6
2．2．2　Braitenberg的“车型机器人”　8
2．3　人工智能　9

第3章　机器人的组成部分　15
3．1　具身化　16
3．2　感知　16
3．3　行动　18
3．4　脑力和体力　19
3．5　自主　20

第4章　效应器和执行器　23
4．1　主动驱动与被动驱动　23
4．2　执行器的类型　24
4．3　电机　25
4．3．1　直流电机　25
4．3．2　齿轮装置　26
4．3．3　伺服电机　28
4．4　自由度　29

第5章　运动　35
5．1　稳定性　35
5．1．1　静态稳定性　37
5．1．2　动态稳定性　37
5．2　运动步态　38
5．2．1　步态　38
5．2．2　三角步态和交替三角步态　39
5．2．2　叠波步态　39
5．3　轮子和转向装置　40
5．3．1　完整性　41
5．3．2　差动驱动　41
5．4　停留在途中vs到达目的地　41

第6章　操作　45
6．1　末端效应器　45
6．2　遥操作　46
6．3　为什么操作是很困难的　47

第7章　传感器　53
7．1　处理层次　56

第8章　简单的传感器　63
8．1　主动型传感器与被动型传感器　63
8．2　开关　63
8．3　光学传感器　65
8．3．1　偏振光　66
8．3．2　反射式光传感器　67
8．3．3　反射光传感器　68
8．3．4　红外线　69
8．3．5　光的调制解调技术　70
8．3．6　光束中断传感器　70
8．3．7　转轴编码器　70
8．4　电阻位置传感器　73

第9章　复杂的传感器　75
9．1　超声波或声纳探测　75
9．1．1　声纳以前都做了什么？声纳还能用在什么地方　77
9．1．2　镜面反射　78
9．2　激光传感　80
9．3　视觉感知　82
9．3．1　摄像机　83
9．3．2　边缘检测　84
9．3．3　基于模型的视觉　86
9．3．4　运动视觉　87
9．3．5　立体视觉　87
9．3．6　纹理、阴影、轮廓　88
9．3．7　生物视觉　89
9．3．8　机器人视觉　89

第10章　反馈控制　93
10．1　反馈控制或闭环控制　93
10．2　误差的诸多层面　94
10．3　一个反馈控制机器人的例子　95
10．4　反馈控制的类型　97
10．4．1　比例控制　97
10．4．2　微分控制　98
10．4．3　积分控制　98
10．4．4　PD和PID控制　99
10．5　前馈或开环控制　100

第11章　控制架构　103
11．1　谁需要控制架构　103
11．2　机器人的编程语言　105
11．3　架构是什么　106
11．3．1　时间　107
11．3．2　模块化　107
11．3．3　表示　108

第12章　表示　109
12．1　制作地图的多种方法　109
12．2　机器人能表示什么　111
12．3　表示的开销　111

第13章　审慎控制　113
13．1　规划的概念　113
13．2　规划成本　115

第14章　反应控制　119
14．1　行动选择　123
14．2　包容式体系结构　124
14．3　如何确定行为的顺序　126

第15章　混合控制　131
15．1　处理世界/地图/任务的变化　133
15．2　计划以及重新计划　133
15．3　避免重新计划　133
15．4　在线以及离线规划　134

第16章　基于行为的控制　137
16．1　分布式表征　140
16．2　一个例子：分布式地图构建　141
16．2．1　机器人托托（Toto）　141
16．2．2　托托的导航　141
16．2．3　托托的地标检测　142
16．2．4　托托的地图构建行为　143
16．2．5　托托行为地图中的路径规划　145
16．2．6　托托地图的后续工作　146

第17章　行为协调　151
17．1　行为仲裁：做出选择　151
17．2　行为融合：概括　152

第18章　突现行为　157
18．1　一个例子：突现的沿墙移动　157
18．2　整体大于各部分的总和　158
18．3　突现的组件　158
18．4　期待意想不到的事情　159
18．5　对惊喜的预测　159
18．6　好的与坏的突现行为　160
18．7　体系结构以及突现　161

第19章　导航　163
19．1　定位　164
19．2　搜索以及路径规划　166
19．3　定位与地图构建　167
19．4　覆盖　168

第20章　群机器人　171
20．1　团队合作的益处　172
20．2　团队合作的挑战　173
20．3　群体与团队类型　174
20．4　通信　176
20．5　让一个团队同场竞技　180
20．5．1　我是领导：集中控制　181
20．5．2　团队一起完成任务：分布控制　181
20．6　多机器人控制的架构　182

第21章　更上一层楼：学习　185
21．1　强化学习　186
21．1．1　探索　186
21．1．2　探索vs利用　186
21．1．3　控制策略　187
21．2　监督式学习　189
21．3　模仿学习/示范学习　190
21．3．1　人机交互　190
21．3．2　感受任务　192
21．4　学会与遗忘　193
21．4．1　遗忘　193
21．4．2　终身学习　194


第22章　机器人的未来　195
22．1　空间机器人　197
22．2　外科手术机器人　198
22．2．1　触觉学　198
22．2．2　纳米机器人　199
22．3　自重构机器人　199
22．4　人形机器人　200
22．5　社交机器人以及人机交互　200
22．6　服务机器人、行为辅助机器人以及康复训练机器人　201
22．6．1　服务机器人　201
22．6．2　行为辅助机器人　201
22．6．3　康复训练机器人　202
22．6．4　社会辅助机器人　202
22．7　教育机器人　203
22．7．1　STEM课题　204
22．7．2　教育机器人　205
22．8　伦理意蕴　205

《智能装备操作与维护指南》 内容简介： 本书旨在为广大从事自动化生产线、智能制造车间及相关设备操作与维护的从业人员提供一套全面、实用且易于理解的专业指南。随着工业4.0时代的到来，机器人、自动化设备以及各类智能装置已成为现代工业生产不可或缺的组成部分。然而，这些先进技术的引入，也对操作人员的专业技能和维护人员的故障排除能力提出了更高的要求。本书正是在这样的背景下应运而生，旨在弥合理论与实践之间的差距，帮助读者掌握操作、维护、诊断和修复各类智能装备的核心知识与技能，从而提高生产效率，降低运营成本，确保生产线的稳定运行。 本书的编写团队由一批在智能制造领域拥有丰富实践经验的工程师、技术专家和资深培训师组成。他们将多年一线工作中的宝贵经验、典型案例分析以及最新行业技术动态，提炼升华为一套结构清晰、内容详实的知识体系。本书的语言风格力求简洁明了，避免过多深奥的理论术语，注重实际操作的指导意义，确保不同技术背景的读者都能快速理解并掌握相关内容。 本书内容涵盖以下核心板块： 第一部分：智能装备基础认知与安全操作 1.1 工业自动化发展趋势回顾： 简要梳理工业自动化从早期机械化到数字化、网络化再到智能化（工业4.0）的发展历程。重点阐述物联网（IoT）、大数据、云计算、人工智能等前沿技术如何驱动智能装备的变革，以及它们在现代制造业中的应用场景。 1.2 智能装备构成要素解析： 详细介绍构成智能装备的关键子系统，包括但不限于： 传感器技术： 各种类型工业传感器的原理、性能参数（如精度、量程、响应时间）及应用，例如视觉传感器、力觉传感器、接近传感器、温度传感器、压力传感器等。讲解如何根据具体工况选择合适的传感器，以及传感器的日常检查和校准方法。 执行器技术： 电机（步进电机、伺服电机）、液压执行器、气动执行器等的工作原理、选型原则和常见故障现象。重点介绍伺服系统的组成、工作方式及调试要点。 控制器技术： PLC（可编程逻辑控制器）、IPC（工业PC）、DCS（分布式控制系统）等在自动化系统中的作用。介绍PLC的基本编程概念（如梯形图、指令表），以及如何理解和读取控制程序。 通信技术： 工业以太网（Profinet, EtherNet/IP）、现场总线（Profibus, DeviceNet）等通信协议在智能装备互联互通中的重要性。讲解不同通信方式的特点、接线规范以及常见通信故障的排查思路。 人机界面（HMI）： 触摸屏、操作面板等的功能和操作方法。讲解如何使用HMI进行参数设置、状态监控、故障报警查看和简单的程序调用。 1.3 智能装备通用安全操作规程： 电气安全： 接地、绝缘、漏电保护、急停按钮的使用与检查。强调在带电操作、设备检修前的断电确认程序。 机械安全： 安全防护罩、光栅、安全门锁等安全装置的正确使用与维护。讲解设备运行过程中的危险区域识别与规避。 防火防爆安全： 针对特定工况下的易燃易爆环境，介绍相关的安全操作和应急处理措施。 个人防护装备（PPE）： 讲解在操作和维护不同类型智能装备时应佩戴的防护用品，如安全眼镜、手套、安全鞋、安全帽等。 事故应急处理： 发生人员伤害、设备损坏、火灾等意外情况时的基本应急流程和报告机制。 第二部分：典型智能装备的操作技能与维护要点 2.1 工业机器人操作与基础维护： 机器人基本结构与运动学： 介绍机器人手臂（关节、连杆）、末端执行器、示教器等组成部分。简述机器人的自由度、工作空间概念。 机器人操作面板与编程界面： 熟悉示教器的操作，学习基本的位置示教、轨迹记录、程序编辑、运行与暂停等功能。 机器人安全区域与碰撞检测： 设置机器人安全边界，理解碰撞检测的原理和应用。 机器人日常检查与维护： 润滑（关节、丝杠）、清洁（机器人本体、电缆）、外观检查、电缆连接检查、传感器清洁等。 常见机器人故障识别与初步处理： 如定位不准、运动异常、通信中断、报警信息解读等。 2.2 自动化生产线控制与维护： 流水线整体布局与工作流程： 掌握生产线的物料流转、工序衔接、设备协同工作模式。 PLC控制下的设备联动： 理解PLC如何协调各工站设备的启停、动作顺序和参数联动。 输送系统操作与维护： 传送带、滚筒线、链式输送机等的操作方法，负载限制，常见故障（如跑偏、卡滞、电机异响）的判断与处理。 自动化装配/焊接/检测单元操作： 针对特定工艺单元，讲解其工作原理、操作步骤、参数设置及日常维护。 生产线联动与协同： 如何启动、停止、切换生产模式，如何处理多工位设备协同出现的问题。 2.3 智能视觉检测系统应用与维护： 视觉传感器与相机基本原理： 介绍CCD/CMOS传感器、镜头、光源的工作方式。 图像采集与处理流程： 理解如何进行图像的获取、预处理（去噪、增强）、特征提取、目标识别与测量。 视觉系统参数设置与调试： 光照强度、曝光时间、焦点、增益、识别算法参数等的调整。 常见缺陷识别与良品/不良品判定： 学习如何根据产品特点设置检测标准，识别尺寸偏差、表面瑕疵、位置错误等。 视觉系统日常维护： 镜头清洁、光源检查、相机标定、软件版本管理。 2.4 智能AGV/AMR（自主移动机器人）操作与管理： AGV/AMR基本导航与调度原理： 激光导航、视觉导航、二维码导航等方式介绍。调度系统如何分配任务、规划路径。 AGV/AMR操作界面与指令： 如何向AGV/AMR下达任务，监控其运行状态。 AGV/AMR安全区域与避障： 安全边界设置，传感器（激光雷达、超声波）工作原理，避障策略。 AGV/AMR日常维护： 电池充电与管理、轮胎检查、传感器清洁、激光雷达保护。 AGV/AMR常见故障： 路径规划失败、充电异常、通信中断、碰撞告警等。 第三部分：智能装备的故障诊断与维修实践 3.1 故障诊断的基本方法论： “三步法”故障排除： 观察现象、分析原因、采取措施。 “由表及里”的思维模式： 从外部可观察的现象入手，逐步深入到内部的元器件和系统。 “排除法”的应用： 逐一排除可能的原因，缩小故障范围。 “类比法”的借鉴： 参考相似设备或故障的解决经验。 3.2 常见故障类型与诊断技巧： 电气类故障： 断路、短路、接触不良、过载、欠压/过压等。讲解万用表、示波器等常用测量工具的使用方法，以及电气原理图的解读。 机械类故障： 磨损、松动、卡滞、对中不良、润滑失效等。讲解听、看、摸等直观诊断方法。 控制系统故障： PLC程序错误、通信协议异常、传感器信号失真、执行器响应迟缓或无响应等。讲解如何读取和分析PLC的报警信息、状态指示灯。 软件与参数类故障： 参数设置错误、程序逻辑漏洞、软件兼容性问题。 3.3 常见故障案例分析与处置流程： 案例一： 机器人某轴运动异常，通过检查编码器信号、电机驱动器和减速器，最终定位为减速器磨损。 案例二： 自动化生产线某工站停滞，通过HMI报警信息和PLC输入输出状态，发现是某个光电传感器失效导致信号丢失。 案例三： 视觉检测系统识别率下降，通过检查光源亮度、相机聚焦和算法参数，调整后恢复正常。 案例四： AGV在运行过程中频繁抱死，检查底盘传感器和驱动电机，发现是其中一个驱动轮的编码器故障。 （本书将包含更多来自不同类型智能装备的典型故障案例，并提供详细的分析过程和维修步骤。） 3.4 维修工具与备品备件管理： 常用维修工具清单： 活动扳手、螺丝刀、钳子、剥线钳、电烙铁、万用表、示波器、扎带、清洁剂等。 诊断工具介绍： 故障诊断仪、通信分析仪等（可选）。 备品备件的分类与管理： 易损件、关键部件的库存与更换原则。 安全、规范的维修操作： 维修过程中的断电、挂牌、工具整理、现场清理等。 第四部分：智能装备的日常点检与预防性维护 4.1 点检标准化与流程： 点检项目与周期： 制定详细的点检表，明确每日、每周、每月、每季度的检查内容。 点检工具与记录： 使用点检卡、点检表、APP等工具记录点检结果。 异常处理与上报机制： 点检中发现异常情况的及时处理和报告流程。 4.2 预防性维护的关键措施： 润滑管理： 确定润滑点、润滑剂种类、加油周期和加油量。 清洁管理： 定期清洁设备表面、电气柜、传感器、运动部件。 紧固管理： 检查螺栓、螺母、连接件的紧固情况。 参数设置与备份： 定期检查设备运行参数，并进行重要参数的备份。 软件更新与补丁： 关注设备制造商发布的软件更新通知，必要时进行升级。 4.3 建立设备维护档案： 设备台账： 记录设备的基本信息、生产厂家、型号、安装日期、重要维修记录等。 维修报告： 详细记录每一次设备故障的发生时间、现象、原因、维修过程、更换部件及维修人员。 点检记录： 存档所有点检记录，分析设备运行趋势。 设备生命周期管理： 结合维护档案，对设备进行周期性评估，为设备更新换代提供依据。 第五部分：智能化升级与未来展望 5.1 预测性维护与状态监测： 介绍基于大数据分析和机器学习的预测性维护技术，如何通过传感器数据预测设备故障，从而实现主动式维护。 5.2 远程监控与诊断： 讲解如何利用网络技术实现设备的远程状态监测、参数调整和故障诊断。 5.3 工业物联网（IIoT）与边缘计算： 探讨IIoT和边缘计算在智能装备管理中的应用，如何实现设备之间、设备与云端之间的高效数据交互。 5.4 智能制造的未来发展方向： 展望柔性制造、定制化生产、人机协作等未来发展趋势，以及操作维护人员需要不断学习和适应的新技术。 本书的编写旨在成为您在智能装备操作与维护领域最可靠的助手。通过系统学习本书内容，您将能够更加自信、高效地应对日常工作中的挑战，为企业的自动化、智能化生产贡献自己的力量。

评分☆☆☆☆☆

我必须说，《机器人学经典教程》这本书真的是一本“宝藏”。我之所以这么说，是因为它在我对机器人学的认知形成过程中起到了至关重要的作用。在翻阅这本书之前，我对机器人学的印象还停留在科幻电影里的那种高度智能化的机器人，感觉离现实生活很遥远。但这本书让我看到了机器人学的真实面貌——它是一个充满挑战但也极富魅力的工程学科，它涉及到的知识面非常广，需要跨学科的理解和应用。作者的叙述方式非常引人入胜，他能够将复杂的原理用通俗易懂的语言解释清楚，而且在讲解过程中，总是能穿插一些历史故事、行业发展趋势，让我感觉阅读过程是一种享受，而不是枯燥的学习。我特别喜欢书中关于机器人伦理和未来发展趋势的讨论，这让我意识到，机器人学不仅仅是关于技术本身，更关乎它对人类社会的影响。这本书的排版和图示也非常优秀，清晰的插图和表格让抽象的概念变得更加具体，也更容易记忆。总而言之，这是一本能够激发兴趣、打下坚实基础、并拓展视野的优秀教材。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我一开始抱着试试看的心态入手了这本《机器人学经典教程》，毕竟市面上关于机器人学的书籍琳琅满目，质量参差不齐。没想到，它带来的惊喜远超我的预期。这本书最打动我的一点是，它不像其他一些“经典”教材那样，充斥着晦涩难懂的数学推导和抽象的概念，而是以一种非常务实和直观的方式，将机器人学的核心知识娓娓道来。作者在讲解每一个概念时，都会辅以生动形象的比喻，或者引用实际的机器人项目作为例子，让我能够迅速地理解其背后的原理和应用场景。例如，在介绍传感器融合的部分，我过去一直觉得这是个高深莫测的技术，但这本书通过分析自动驾驶汽车如何整合摄像头、激光雷达和GPS数据来实现精准定位，让我瞬间茅塞顿开。更让我欣喜的是，书中还包含了一些非常实用的代码示例和伪代码，虽然我并非科班出身，但跟着书中的指导，我也能大致理解代码的逻辑，甚至尝试着去修改和运行。这让我感觉自己不再是旁观者，而是真正能够动手实践的参与者。这本书的结构设计也非常合理，从基础概念到高级主题，循序渐进，层层递进，让我在学习过程中不会感到 overwhelming。我特别喜欢书中的一些图示和流程图，它们极大地帮助我梳理了复杂的知识体系。

评分☆☆☆☆☆

我对《机器人学经典教程》的评价，可以说是一种“拨乱反正”的感受。在遇到这本书之前，我接触过的很多机器人学书籍，要么过于偏重理论，数学公式堆积如山，学完后感觉脑子里全是符号，却无法将其转化为实际的理解；要么过于偏重某个特定应用领域，忽略了机器人学本身的普适性原理。这本书则不同，它仿佛一股清流，真正做到了将理论与实践的完美融合。作者的写作风格非常清晰流畅，善于用简洁的语言解释复杂的概念。他并没有回避数学，但处理得非常巧妙，通常在给出数学公式后，会立刻提供直观的解释和物理意义，让我能够理解这些公式“是什么”以及“为什么”。而且，书中对机器人控制理论的讲解，也让我耳目一新。他不仅讲解了PID控制等基础算法，还深入探讨了更高级的模型预测控制等方法，并且都通过实际的仿真例子加以说明，让我能够理解不同控制策略的优缺点以及适用场景。这本书在讲解过程中，还特别注重培养读者的批判性思维。他会引导读者去思考不同方法的局限性，以及在实际应用中可能遇到的挑战，这让我感觉自己不再只是被动地学习知识，而是被鼓励着去思考、去探索。

评分☆☆☆☆☆

这本书绝对是我的“救命稻草”！在接触它之前，我一直觉得机器人学是个遥不可及的领域，各种算法、运动学、动力学，光是听名字就头大。我尝试过几本其他入门级的书籍，但它们要么过于理论化，要么跳跃性太强，导致我学完一章，前面学过的知识就忘得一干二净，感觉就像在原地打转，完全找不到前进的方向。正当我灰心丧气，几乎要放弃的时候，我偶然发现了这本《机器人学经典教程》。从翻开第一页开始，我就被它深深吸引住了。作者用一种非常接地气的方式，将复杂的概念拆解得清晰易懂，就像在和一位经验丰富的老师对话一样。他不仅讲解了理论知识，更重要的是，他把这些理论与实际应用紧密结合，通过大量的案例分析，让我明白了为什么这些理论是重要的，以及它们是如何在现实世界的机器人系统中发挥作用的。比如，在讲解运动学时，他没有直接抛出复杂的数学公式，而是先从简单的二连杆机械臂开始，一步步引导我理解正逆运动学的求解过程，并通过实际的模拟操作，让我直观地感受到机械臂的运动轨迹。这种循序渐进的学习方式，让我感觉不再是被动地接收信息，而是主动地参与到学习过程中，每一点进步都让我充满成就感。这本书的优点实在太多了，很难一一道来，但最让我印象深刻的是，它真正做到了“授人以渔”，让我不仅掌握了知识，更重要的是培养了我解决问题的能力和独立思考的习惯。

评分☆☆☆☆☆

从我个人的学习经历来看，《机器人学经典教程》这本书的出现，可以说是解决了我在机器人学学习道路上的一个巨大痛点。我曾经花了大量的时间和精力去阅读各种文献和教材，但总感觉自己像是在“碎片化”地学习，知识点零散，不成体系。这本书最大的价值在于，它提供了一个非常全面且逻辑严谨的机器人学知识框架。从最基本的机器人几何表示，到高级的运动规划和感知技术，这本书都进行了详尽的阐述，并且将这些知识点有机地串联起来，让我能够清晰地看到机器人学作为一个整体是如何运作的。我尤其欣赏作者在讲解机器人感知部分的处理方式。他不仅介绍了各种传感器的原理和特性，还详细讲解了如何利用这些传感器的数据来构建对环境的理解，比如SLAM（同步定位与地图构建）技术，这本书的讲解让我第一次真正理解了机器人是如何在未知环境中进行导航和定位的。此外，书中的案例分析也极具启发性，作者选取了多个不同类型的机器人项目，详细剖析了它们的设计思路、实现方法以及面临的挑战，这让我能够将理论知识应用到具体的工程问题中，培养了解决实际问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

内容完整，但过于浅显了，另外，翻译迟可以更好一点。

评分☆☆☆☆☆

不论内容如何，这个价格至少得是彩印吧！这配图符合上个世纪的风格。

评分☆☆☆☆☆

经典教材，装帧精美，不过里面的图有点看不清楚

评分☆☆☆☆☆

入门书籍

评分☆☆☆☆☆

好书值得推荐，很不错的书籍

评分☆☆☆☆☆

加油加油，希望能把包装搞上去，影响购买数量了。

评分☆☆☆☆☆

不错

评分☆☆☆☆☆

好，京东服务好，价格透明，快递服务快，一直支持

评分☆☆☆☆☆

好书值得推荐，很不错的书籍