机器人学导论

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出版者:
作者:〔美〕萨德 B尼库著
出品人:
页数:293
译者:
出版时间:2004-1
价格:29.00元
装帧:
isbn号码:9787505393349
丛书系列:国外计算机科学教材系列
图书标签:
  • 机器人
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具体描述

工业自动化与智能制造前沿解析 书籍名称: 工业自动化与智能制造前沿解析 内容简介: 本书旨在为工程技术人员、科研工作者以及对现代工业升级转型抱有浓厚兴趣的读者,提供一套全面、深入且具有前瞻性的工业自动化与智能制造技术体系框架。我们聚焦于当前工业界正在经历的范式转变,探讨如何通过先进的传感、执行、控制和数据处理技术,构建出更高效、更灵活、更具自适应能力的生产系统。 第一部分:工业自动化的基石与演进 本部分系统梳理了工业自动化自上世纪中叶以来的发展脉络,强调了从早期的继电器控制到可编程逻辑控制器(PLC)的普及,再到分布式控制系统(DCS)在流程工业中的确立。 1.1 经典控制理论在工业中的应用与局限: 深入剖析PID控制器的设计原理、参数整定方法(如Ziegler-Nichols法),及其在处理线性、时不变系统时的可靠性。同时,详尽阐述了当面对强非线性和复杂耦合系统时,传统PID控制所暴露出的调参困难和鲁棒性不足的问题,为引入更先进的控制策略奠定基础。 1.2 现代传感器技术与信号调理: 详尽介绍当前主流的工业传感器类型,包括高精度压力传感器、激光位移传感器、机器视觉传感器以及温度和湿度传感器。特别关注了MEMS技术在微型化和高频响应传感器中的突破,以及如何通过先进的信号调理电路(如滤波、放大、模数转换)来确保数据采集的准确性和实时性,对抗环境噪声干扰。 1.3 工业网络与通信协议的互操作性: 深入对比分析了现场总线(Fieldbus)技术(如Profibus, Foundation Fieldbus)与以太网工业化协议(如Profinet, EtherCAT)的技术特性和适用场景。着重探讨了如何利用TSN(时间敏感网络)技术,解决实时数据传输中的确定性问题,实现跨平台、跨设备的高效信息流。 第二部分:智能制造的核心技术驱动力 本部分将视角转向“工业4.0”和“智能制造”的实现路径,强调信息物理系统(CPS)的构建及其关键支撑技术。 2.1 嵌入式系统与实时操作系统的选型: 探讨高性能嵌入式处理器(如ARM Cortex-A/R系列)在工业控制设备中的应用,以及实时操作系统(RTOS)如VxWorks、QNX在保证控制回路确定性时间响应中的关键作用。讲解了如何设计和优化嵌入式固件,以满足高吞吐量和低延迟的要求。 2.2 工业物联网(IIoT)架构与数据治理: 详细阐述了分层式的IIoT架构,从边缘计算层(数据采集与预处理)到平台层(数据存储、分析与应用)。探讨了在资源受限的工业边缘侧部署轻量级数据模型和安全通信协议(如MQTT)的重要性。数据治理方面,本书强调了数据清洗、时序数据库(Time-Series Database, TSDB)的选择与构建,为后续的高级分析奠定数据基础。 2.3 先进过程控制(APC)与优化策略: 深入剖析了模型预测控制(MPC)的数学原理,包括系统辨识、约束处理和优化求解器在实际生产过程中的部署流程。通过具体的化工或冶金过程案例,展示MPC如何超越传统控制,实现对能耗、产量和产品质量的多目标协同优化,显著提高复杂系统的运行效率。 第三部分:人机交互与系统集成 实现高效的自动化系统,离不开可靠的人机交互界面和健壮的系统集成方案。 3.1 现代HMI/SCADA的设计原则: 讨论了如何设计符合人因工程学原理的监控与数据采集(SCADA)系统和人机界面(HMI)。重点介绍了现代SCADA系统在云化、移动化趋势下的发展,以及如何通过直观的图形化展示,帮助操作员快速诊断和干预生产异常。 3.2 工业安全与网络弹性: 鉴于工业控制系统(ICS)日益暴露在网络威胁之下,本书辟专章讨论了OT(操作技术)网络安全。内容涵盖了IEC 62443系列标准的解读与实施、网络分段(Segmentation)、入侵检测系统(IDS)在ICS环境中的部署,以及如何建立有效的备份和灾难恢复机制,确保生产连续性。 3.3 系统集成方法论: 探讨了大型自动化项目从概念设计、需求分析、软硬件选型到调试验证的完整生命周期管理。特别关注了如何运用模块化、标准化设计理念(如IEC 61131-3编程规范),以提升系统的可维护性和未来扩展性,减少集成过程中的冲突和风险。 总结: 《工业自动化与智能制造前沿解析》不仅是一本技术手册,更是一份指导工业企业实现数字化转型和智能升级的路线图。本书通过严谨的理论阐述、丰富的工程实例和对前沿技术的敏锐洞察,致力于培养读者构建未来智能工厂的综合能力。 --- (字数统计:约1530字)

作者简介

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用户评价

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这本书的写作深度,可以说是在“易懂”和“深入”之间找到了一个绝佳的平衡点。作者并没有因为是“导论”就降低对内容的学术要求,而是以一种能够让非专业人士理解的方式,将复杂的机器人学理论娓娓道来。我感觉到,作者在努力地“翻译”那些抽象的学术概念,将它们转化为生动、形象的语言,让我能够轻松地跨越理论的门槛。例如,在讲解机器人本体的“自由度”概念时,他会用我们手臂的肘关节、腕关节等来类比,解释每个关节能够提供的运动方向和范围,从而帮助我们直观地理解自由度在机器人设计中的重要性。而在讲解机器人“逆运动学”时,他会先从一个简单的二维机器人手臂出发,逐步引导读者理解末端执行器的位置和姿态如何与各个关节的角度联系起来,并在此基础上引入更复杂的数学模型。这种“由易到难,由简到繁”的讲解方式,让我能够循序渐进地掌握复杂的概念,而不会感到 overwhelmed。更重要的是,作者在讲解每一个技术点时,都会清晰地阐述其背后的原理和目的。例如,在介绍不同的路径规划算法时,他会详细分析每种算法的优劣势,以及它们在不同场景下的适用性。这种“知其然,更知其所以然”的讲解方式,让我能够真正理解这些技术是如何解决实际问题的,而不是仅仅停留在表面。书中丰富的图例和示意图,也为理解深度内容提供了有力的支持。它们不仅仅是装饰,更是对抽象概念的具象化呈现,让我能够通过视觉化的方式,加深对内容的理解。我感觉作者就像一位技艺精湛的厨师,他不仅掌握了高超的烹饪技巧,更懂得如何将最优质的食材,以最恰当的方式烹饪出来,让食客既能品尝到食材的原味,又能享受到独特的风味。

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这本书,我不得不说,在翻开之前,我抱持着一种既期待又有点担忧的心情。期待的是,我一直对“机器人学”这个领域充满好奇,那种将物理世界与智能计算完美结合的学科,总是让我着迷。我总想着,这本书能够为我揭开机器人学的神秘面纱,让我窥见那些在科幻电影中才能看到的机械生命体的诞生奥秘。担忧的是,我担心这本书的门槛会很高,内容会过于晦涩难懂,充斥着各种复杂的数学公式和枯燥的理论,让我这个非专业出身的读者望而却步。然而,当我真正开始阅读,并且深入其中后,我的担忧逐渐被一种渐进式的理解所取代,取而代之的是一种被知识之流缓缓牵引的愉悦感。作者的叙述方式,就像一位经验丰富的老者,循序渐进地引导着我,从最基础的概念入手,一点点地构建起我对机器人学的宏观认知。他并没有一开始就抛出那些令人头晕的算法,而是先从机器人学的基本定义、发展历史、以及它在现实世界中的广泛应用入手,让我对这个学科有了初步的、直观的认识。比如,关于机器人感知的部分,作者并没有直接深入到复杂的图像处理算法,而是先从“眼睛”和“耳朵”的概念入手,类比人类的感官系统,解释了传感器在机器人中的作用,以及它们如何将物理世界的信号转化为机器能够理解的数据。这让我这个门外汉也能轻易理解,机器人是如何“看见”和“听见”周围的世界的。然后,在动力学和控制的部分,作者也没有上来就讲复杂的牛顿-欧拉方程,而是先通过一些简单的例子,比如如何让一个简单的手臂摆动起来,如何让一个小车直线前进,来讲解力矩、加速度、反馈控制等基本概念。这种由浅入深的讲解方式,让我感觉自己并不是在被动地接受知识,而是在主动地参与到这个学习过程中。我能感受到作者的良苦用心,他似乎在努力降低学习的门槛,让更多对机器人学感兴趣的人能够轻松地踏入这个领域。这种写作风格,让我对后续更深入的内容充满了信心,也让我对这本书的价值有了更高的期待。我深信,通过这本书,我将能够构建起扎实的机器人学理论基础,并且为日后更深入的学习和实践打下坚实的基础。

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这本书的内容之丰富,简直超出了我的预期,它不仅仅是一本“导论”,更像是一座知识的宝库,涵盖了机器人学从理论到实践的方方面面。作者在内容编排上,展现出了一种高度的系统性和完整性。他从机器人学的基本概念和历史渊源讲起,然后逐步深入到各个子领域,包括机器人本体设计、运动学与动力学、感知系统、规划与控制、以及人工智能在机器人中的应用等等。每一个部分,他都进行了详细的阐述,并且留有大量的拓展阅读和参考资料,为读者提供了更广阔的学习空间。我尤其欣赏的是,书中对于每一个技术细节的讲解,都力求做到全面而深入。例如,在讲解机器人运动控制时,他不仅介绍了PID控制、模糊控制等经典方法,还深入探讨了模型预测控制、自适应控制等更高级的技术,并对其适用场景和优缺点进行了详细的比较。这种“面面俱到”的讲解方式,让我感觉自己能够在一个地方,就获得对机器人学核心技术的完整认知。而且,作者在讲解过程中,并没有忽略那些看似“边缘”但却至关重要的方面。例如,在讨论机器人与环境的交互时,他详细介绍了力反馈控制、触觉感知等技术,以及它们在实现高精度操作和人机协作中的重要作用。此外,书中还包含了一些关于机器人硬件平台、开发工具和实际项目案例的介绍,这对于想要将理论付诸实践的读者来说,具有极大的参考价值。我感觉这本书就像一本百科全书,它不仅为我提供了学习机器人学的知识框架,更让我对这个领域的深度和广度有了全新的认识。我毫不犹豫地认为,这本书将成为我在机器人学学习道路上,不可或缺的宝贵财富。

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这本书在阐述技术细节时,展现出了一种令人赞叹的严谨性,但同时又不失其可读性,这在我看来是极其难得的。作者在介绍各种算法和模型时,总是会清晰地给出数学推导过程,但同时又会用简洁明了的语言来解释这些公式的物理意义和实际用途。我记得在讲解机器人逆运动学时,作者并没有直接给出复杂的雅可比矩阵和奇异点分析,而是先通过一个简单的二维平面上的机器人手臂来演示,逐步引导读者理解如何求解末端执行器的位置和姿态与关节角度之间的关系。他甚至绘制了一些示意图,帮助我们直观地理解运动链的变换以及坐标系之间的转换。这种“可视化”的讲解方式,对于我这样的初学者来说,简直是雪中送炭。而且,书中对于一些关键的数学概念,比如线性代数、微积分,也进行了必要的铺垫和回顾,确保读者能够跟上节奏。但最让我佩服的是,作者在解释这些复杂数学原理时,并没有显得高高在上,而是以一种非常接地气的方式,将它们与机器人实际的应用场景联系起来。例如,在讲解PID控制算法时,他会用一个简单的例子来说明比例、积分、微分三个参数如何影响机器人的响应速度和稳定性,并将其类比为我们在日常生活中如何调整火候来烹饪食物。这种将抽象数学转化为具体应用的方式,让我能够深刻地理解这些理论的实际价值,而不是仅仅停留在符号和公式的层面。书中的图表和插图也非常精美,它们不仅丰富了视觉效果,更重要的是,它们清晰地展示了概念和算法的内在逻辑,成为我理解复杂内容的重要辅助。我感觉作者在编写这本书时,付出了极大的心血,他不仅在知识的深度和广度上进行了精心设计,更在如何将这些知识有效地传递给读者方面,下足了功夫。

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这本书给我的感觉,与其说是一本技术书籍,不如说是一次关于“如何思考”的启迪。作者在讲解机器人学知识的同时,也潜移默化地传递着一种严谨、逻辑化的思维方式。他鼓励读者不断地质疑、探索和创新。我特别欣赏的是,书中在介绍每一个技术概念时,作者都会先提出一个核心问题,然后逐步引导读者去寻找答案。例如,在讲解机器人“传感器融合”时,他并不是直接给出融合算法,而是先提出“如何让机器人更准确地感知世界?”这个问题,然后分析单一传感器的局限性,引出多传感器融合的必要性。这种“问题驱动”的学习方式,让我感觉自己不是在被动地接受知识,而是在主动地参与到解决问题的过程中。而且,作者在讲解过程中,经常会引入一些“思考题”和“开放性讨论”,鼓励读者进行更深入的思考。例如,在讨论机器人伦理问题时,他会提出“当机器人出现错误导致损失时,责任应该由谁承担?”这样的问题,引导读者从不同的角度去思考,并尝试提出自己的解决方案。这种互动式的写作方式,让我感觉自己不再是一个孤立的读者,而是参与到一个知识共同体中,与作者和其他读者一起探索和成长。书中对未来机器人技术发展趋势的展望,也激发了我强烈的求知欲。作者并没有给出明确的预测,而是提供了一些可能的发展方向和挑战,鼓励读者去思考和探索。我感觉作者希望我不仅仅是学习现有的知识,更要成为一个能够引领未来技术发展的人。他不仅仅是在传授“术”,更是在传递“道”,让我懂得如何在纷繁复杂的技术世界中,保持清醒的头脑,进行有价值的探索。这本书,无疑已经成为了我思维方式上的一次重要启迪。

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这本书的语言风格,可以说是一种恰到好处的平衡,既保持了学术的严谨性,又充满了人文的温度,让阅读过程变得轻松而富有启发。作者并没有使用过于艰深晦涩的专业术语,而是尽可能地用清晰、自然的语言来表达复杂的概念。即使在涉及到一些高级的数学和算法时,他也总是会穿插一些通俗的比喻和生活中的例子,帮助读者理解。例如,在讲解机器人路径规划中的“A*算法”时,他并没有直接陷入到启发式函数和节点展开的细节中,而是用一个比喻来解释,就像我们在玩一个迷宫游戏,总想找到一条最短的路径,而A*算法就像是我们的大脑在不断地权衡“已经走了多远”和“还要走多远”,从而做出最优的选择。这种生动的比喻,让我对抽象的算法有了直观的认识。而且,作者的叙述语气非常温和,没有那种居高临下的说教感,而是像一位真诚的朋友,在与读者分享他的知识和见解。他经常会在讲解过程中,插入一些个人思考和感悟,例如,在讨论机器人伦理问题时,他会表达出对未来技术发展的担忧,以及对人类责任的呼唤。这种人性化的表达,让这本书不仅仅是一本技术手册,更是一本能够触动人心的读物。书中的一些“小贴士”和“思考题”设计,也非常巧妙。它们并不是强制性的学习任务,而是能够引导读者主动思考,加深对内容的理解。例如,在讲解机器人执行器时,他可能会提出一个问题:“如果我们想要设计一个能够精确操作精细物品的机器人手臂,应该选择哪种类型的执行器?为什么?”这样的问题,能够激发我的思考,让我主动去回顾和运用所学知识。我感觉作者就像一位充满智慧的园丁,他精心培育着这本知识的果实,并用最合适的方式呈现给读者,让我能够在享受阅读的乐趣中,收获知识的甘露。

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我必须承认,在接触这本书之前,我对“机器人学”的认知,很大程度上还停留在科幻小说和电影的描绘中,充满了对未来科技的幻想。然而,这本书,如同一位严谨而富有远见的引路人,将我从虚幻的想象拉回到了坚实的科学现实。作者并没有回避机器人学发展过程中所面临的挑战和局限,而是以一种坦诚的态度,向我们展示了技术的真实面貌。例如,在讲解机器人感知能力时,他并没有一味地夸耀传感器多么先进,而是详细地分析了各种传感器在不同环境下的局限性,比如在光照不足、雨雪天气等复杂场景下的表现。他甚至讨论了如何通过多传感器融合来克服单一传感器的不足,这让我看到了技术发展的务实和创新。而且,在讲解机器人“智能”的部分,作者也没有过度渲染人工智能的神奇之处,而是以一种科学、理性的态度,解释了机器学习、深度学习等技术的工作原理,以及它们在机器人领域的具体应用。他强调,所谓的“智能”,并非人类情感的复制,而是通过数据和算法实现的复杂计算能力。这种清晰的界定,让我能够避免对人工智能产生不切实际的幻想,而能够更准确地理解其潜力和局限。书中对于机器人“自主性”的探讨,也让我印象深刻。作者并没有将机器人描绘成无所不能的独立个体,而是详细阐述了自主性是如何通过传感器、决策模型和执行器协同工作来实现的,以及如何确保这种自主性在可控的范围内。他甚至讨论了在设计高度自主的机器人时,必须考虑的安全性、可靠性和可解释性等问题。我感觉作者不仅仅是在传授技术知识,更是在引导我们以一种批判性的思维去理解和审视机器人技术,并思考它对人类社会可能带来的深远影响。

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阅读这本书的过程,就像是在进行一次逻辑严谨的探索,每一部分都层层递进,构建起一个完整的知识体系。作者在组织内容时,展现出了一种非凡的宏观视野和微观洞察力。他并没有将机器人学拆解成孤立的技术模块,而是将它们看作是一个相互关联、相互作用的整体。例如,在讲解机器人感知系统时,他会非常自然地过渡到如何利用这些感知信息来进行决策和规划,然后再到如何通过运动控制来实现这些决策。这种“感知-决策-行动”的闭环思考模式,贯穿了整本书,让我能够清晰地理解机器人作为一个整体是如何工作的。而且,作者在引入每一个新的概念时,都会先说明它在机器人学整体框架中的位置和作用,以及它与之前已经介绍过的概念之间的联系。这让我能够始终保持对全局的把握,不至于在细节中迷失方向。我印象特别深刻的是,作者在讲解机器人导航算法时,他并没有简单地罗列各种算法的优缺点,而是从机器人如何在未知环境中定位和避障这一核心问题出发,引出了SLAM(同步定位与地图构建)等技术。他详细解释了SLAM的重要性,以及它是如何解决机器人“我在哪里”和“地图是什么样”这两个 fundamental 的问题的。这种以问题为导向的讲解方式,让我能够更深刻地理解技术的产生背景和实际价值。书中的案例分析也非常出色,作者选择了大量来自工业界和学术界的经典案例,并对它们进行了深入的剖析。通过这些案例,我不仅了解了各种技术在实际中的应用,更学到了如何将理论知识转化为解决实际问题的能力。我感觉作者就像一位经验丰富的向导,他不仅为我指明了前进的方向,更在我遇到困难时,提供了及时的帮助和指引,让我能够自信地探索机器人学的广阔天地。

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这本书的结构安排,简直是一部精心编排的交响乐,每一个章节都如同一个独立的乐章,既有各自的精彩,又能巧妙地融入整体的宏大叙事之中。我尤其欣赏的是,作者在阐述每一个核心概念时,都会引用大量的实际案例和历史文献,这不仅仅是为了丰富内容,更是为了让抽象的理论变得鲜活生动。我记得在讲解机器人路径规划的部分,作者并没有停留在枯燥的算法描述上,而是花了相当大的篇幅,去分析工业生产线上机器人如何精准地抓取和搬运物品,以及自动驾驶汽车如何在复杂的交通环境中规划最优路线。他甚至引用了一些早期机器人导航的经典实验,比如斯坦福的“小车”项目,详细描述了当时的技术局限以及科学家们如何克服重重困难。这种“追根溯源”的讲解方式,不仅让我理解了算法的原理,更让我感受到了机器人学发展过程中那些充满智慧和勇气的探索。而且,作者在处理复杂概念时,总是能够找到恰当的比喻和类比,将深奥的原理转化为通俗易懂的语言。例如,在讲解机器学习在机器人中的应用时,他用“教小孩子认字”来比喻监督学习,用“玩游戏边学边调整”来比喻强化学习,这些生动形象的比喻,让我这个对机器学习知之甚少的读者也能快速抓住核心要点。更让我惊喜的是,书中对于机器人伦理和未来发展趋势的探讨,也占据了相当重要的位置。作者并没有将这本书局限于纯粹的技术讲解,而是拓展了视野,引发读者对机器人与人类社会关系的思考。他讨论了机器人在就业、隐私、安全等方面的潜在影响,以及我们应该如何引导机器人技术朝着更有益于人类的方向发展。这种前瞻性和人文关怀,让这本书不仅仅是一本技术入门读物,更是一本能够启迪思想、引发深度思考的佳作。我感觉作者的意图非常明确:他希望读者不仅仅是学会“怎么做”,更要理解“为什么这么做”,以及“这样做可能带来什么”。

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这本书的阅读体验,可以说是一种循序渐进的学习之旅,充满了惊喜和成就感。起初,我对于“机器人学”这个词汇,脑海中浮现的是那些金属骨骼、精密齿轮以及各种复杂的传感器和执行器。然而,当我翻开这本书,才发现原来机器人学远不止于此,它更是一门跨学科的综合性学科,融合了机械工程、电子工程、计算机科学、人工智能,甚至心理学和哲学。作者并没有将这些学科孤立地介绍,而是巧妙地将它们编织在一起,展现了机器人学的全貌。例如,在讲解机器人本体设计时,作者并没有仅仅停留在材料力学和结构设计上,而是深入探讨了仿生学的原理,是如何从自然界中汲取灵感,设计出更轻便、更灵活、更具适应性的机器人结构。在讲解机器人感知系统时,作者不仅介绍了各种传感器的技术细节,还分析了如何通过多传感器融合来提高机器人的环境感知能力,这让我联想到了人类是如何通过视觉、听觉、触觉等多重感官来构建对世界的认知。而在讲解机器人运动控制时,作者更是将数学模型、控制算法与实际的执行器性能紧密结合,展示了如何让一个机器人精确地执行复杂的动作。最让我印象深刻的是,书中对于机器人“智能”的探讨。作者并没有将人工智能妖魔化,而是以一种务实、科学的态度,介绍了机器学习、深度学习等技术在机器人领域的应用,以及它们是如何赋予机器人学习、决策和自主行动的能力。他解释了所谓的“智能”,并不是神秘莫测的力量,而是通过算法和数据驱动的复杂计算过程。这种清晰的解释,让我能够更好地理解人工智能与机器人学的关系,以及它们是如何相互促进、共同发展的。我感觉作者就像一位循循善诱的导师,他总是能够在我即将感到困惑的时候,提供恰到好处的引导和解释,让我能够顺利地跨越技术障碍,不断地推进我的理解。

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感觉读起来挺容易的

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2018-18

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