Field and Service Robotics pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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☆☆☆☆☆

出版者:Springer

作者:Thrun, Sebastian 编

出品人:

页数:560

译者:

出版时间:2006-07-28

价格:USD 169.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783540328018

丛书系列:

图书标签:

science
robotics
[pdf]
Robotics
Field Robotics
Service Robotics
Autonomous Systems
Mobile Robots
SLAM
Navigation
Perception
Computer Vision
AI

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具体描述

Since its inception in 1996, FSR, the biannual "International Conference on Field and Service Robotics" has published archival volumes of high reference value. This unique collection is the post-conference proceedings of the 4th FSR in Lake Yamanaka, Japan at July 2003. This book edited by Shinichi Yuta, Hajime Asama, Sebastian Thrun, Erwin Prassler and Takashi Tsubouchi is rich by topics and authoritative contributors and presents the current developments and new directions in field and service robotics. The contents of these contributions represent a cross-section of the current state of robotics research from one particular aspect: field and service applications, and how they reflect on the theoretical basis of subsequent developments. Pursuing technologies aimed at realizing skilful, smart, reliable, robust field and service robots is the big challenge running throughout this focused collection.

深入解析现代机器人技术的前沿：从理论到实践的全面指南书籍名称：《现场与服务机器人技术：原理、应用与未来趋势》内容简介本书旨在为读者提供一个关于现场与服务机器人领域全面且深入的理解，内容涵盖了该领域的核心理论基础、关键技术栈、当前主流应用场景以及未来的发展方向。它不仅仅是一本技术手册，更是一部引导从业者和研究人员洞察机器人技术如何重塑工业、商业与日常生活环境的综合性参考著作。第一部分：现场与服务机器人的基础构建块本部分详细阐述了构成现代现场与服务机器人的基本要素和数学模型。我们将从运动学和动力学入手，深入探讨机器人执行器、传感器和控制系统之间的复杂交互关系。 1. 机器人运动学与动力学：正运动学与逆运动学：详细解析了如何使用变换矩阵（如齐次变换）来描述机器人在三维空间中的位置和姿态。重点分析了串联与并联机器人结构在求解复杂运动学方程时的数学挑战与优化方法。差速驱动与全向移动平台：针对移动机器人，系统介绍了不同驱动方式的运动模型，特别是如何利用雅可比矩阵（Jacobian Matrix）建立轮子速度与机器人本体速度之间的关系，并讨论了在非完整约束（Nonholonomic Constraints）下进行轨迹规划的策略。刚体动力学基础：引入牛顿-欧拉方程和拉格朗日方程，用于精确建模机器人的惯性、重力和驱动力矩。这部分是实现高精度控制的前提。 2. 传感技术与数据融合：现场机器人对环境的感知能力是其自主运行的关键。本书对主流的感知技术进行了详尽的介绍：激光雷达 (LiDAR) 与视觉系统：重点讨论了2D/3D LiDAR的数据采集原理、点云处理技术，以及RGB-D相机在深度信息获取上的优势与局限性。并对比了结构光、ToF等不同深度传感技术的工作原理。惯性测量单元 (IMU) 与里程计：分析了加速度计、陀螺仪和磁力计的数据特性，以及如何利用卡尔曼滤波（Kalman Filter）或扩展卡尔曼滤波（EKF）对来自不同传感器的异构数据进行实时、鲁棒的融合，以获取精确的姿态和位置估计。触觉与力传感：针对需要人机交互或复杂抓取的服务机器人，探讨了接触力矩传感器和电子皮肤技术在实现精细操作中的作用。第二部分：环境理解与自主导航在非结构化或半结构化的现场环境中实现自主运行，需要强大的环境建模和路径规划能力。 1. SLAM (同步定位与地图构建)：本书将SLAM视为机器人自主导航的基石。 2D与3D SLAM算法演进：从基于特征的Ego-motion估计到基于扫描匹配（如ICP、NDT）的后端优化，再到现代基于图优化的SLAM框架（如g2o, Ceres Solver）。详细解析了回环检测（Loop Closure）在长期定位精度保持中的核心作用。语义地图构建：超越几何地图，探讨如何将场景中的对象（如墙壁、家具、障碍物）附加语义信息，从而使机器人的决策更加智能化。 2. 路径规划与避障：全局规划：介绍A、Dijkstra算法及其在离散网格地图上的应用。重点分析了基于采样的快速搜索随机树（RRT）及其变体（如RRT）在处理高维空间和复杂约束环境时的效率。局部避障与动态跟踪：详细阐述了基于势场法（Artificial Potential Field）、局部动态窗口法（DWA）等技术，使机器人在实时面对动态障碍物时能够生成平滑且可执行的轨迹。第三部分：先进控制与人机协作现场与服务机器人往往需要在人类工作的环境中安全、高效地运行，这要求控制系统具备高度的适应性和安全性。 1. 高级控制策略：反馈线性化与模型预测控制 (MPC)： MPC因其前瞻性和对约束条件的显式处理能力，在机器人轨迹跟踪和力控制中展现出巨大优势。本书提供了详细的MPC算法在非线性系统中的实施步骤和优化问题求解。阻抗/导纳控制：针对操作和交互任务，阐述了如何设计控制律，使机器人表现出期望的柔顺性或刚性，这是实现安全人机协作的关键。 2. 人机交互（HRI）与安全标准：意图识别与共享控制：探讨机器人如何通过视觉、语音或手势信号推断人类操作者的意图，并相应调整其自主程度，实现从完全自主到共享控制的无缝切换。功能安全与人机协作机器人 (Cobots)：深入分析了ISO 10218和ISO/TS 15066等国际标准中对协作机器人安全距离、限力/限速等关键指标的要求和验证方法。第四部分：关键应用领域与未来展望本部分将理论与实践相结合，展示了现场与服务机器人在多个关键领域已实现的突破和面临的挑战。 1. 工业巡检与维护（Field Robotics）：无人机（UAV）在基础设施检查中的应用：重点讨论了高空作业的自主导航、数据采集的鲁棒性以及极端环境下的能源管理策略。水下与地下机器人：分析了在GPS信号缺失、通信受限的复杂介质中，如何利用声学定位、水下SLAM技术和高压环境下的密封设计。 2. 商业与家庭服务（Service Robotics）：物流自动化与最后一公里配送：讨论了室外自主移动机器人（AMR）在复杂人行道上的导航伦理与交通规则适应性。医疗与康复机器人：聚焦于手术辅助机器人和外骨骼设备中对高精度力反馈和远程操作的需求。 3. 挑战与前沿研究：本书最后展望了未来研究的热点，包括：具身智能 (Embodied AI)：结合大型语言模型（LLM）和强化学习（RL），赋予机器人更强的泛化能力和零样本学习能力。低成本、高可靠性的传感器网络：如何在保证性能的同时，大幅降低现场作业机器人的部署成本。弹性与自适应系统：机器人系统如何从硬件故障或环境突变中快速恢复，并自我优化其运行策略。通过对以上内容的系统性阐述，本书旨在培养读者从系统集成、算法设计到实际部署的全方位能力，成为推动现场与服务机器人技术进步的中坚力量。