机器人设计与实现

机器人设计与实现 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:科学
作者:Gordon McComb
出品人:
页数:504
译者:庞明
出版时间:2008-1
价格:59.00元
装帧:
isbn号码:9787030205001
丛书系列:
图书标签:
  • 机器人
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具体描述

《机器人设计与实现》是机器人制作的入门书。《机器人设计与实现》的作者根据多年来教学科研的实践和体会,运用简明易懂的语言全面地讲述机器人的制作技术。全书共分7篇40章,内容包括机器人基础、机器人本体、电子控制设备、传感器与导航和机器人电源系统等。《机器人设计与实现》是按照搭积木的方法指导机器人爱好者如何设计、制作机器人平台,如何赋予机器人智能,使机器人能够运动、感知周围的环境和服从命令。《机器人设计与实现》搭积木的方法为读者提供了一整套实用、易懂、低成本的设计理念,而且为读者提供了充分的想象空间,使读者可以将自己的想法与书中的方法结合,从而设计出自己满意的高智能机器人。

机械迷城:驱动未来的智能构造与系统集成 一部深入探索现代机械工程、自动化控制与前沿材料科学的综合性著作 --- 引言:超越齿轮与钢铁的界限 在人类文明的演进中,机械始终是推动社会进步的核心动力。从蒸汽机的轰鸣到精密仪器的微动,机械的演化史就是一部人类智慧不断挑战物理极限的历史。然而,步入二十一世纪,我们面临的挑战不再仅仅是如何制造更强劲的动力或更耐磨的结构,而是如何赋予这些冰冷的物质以“思考”的能力,如何实现物理世界与数字世界的无缝对接。 《机械迷城:驱动未来的智能构造与系统集成》正是在这样的时代背景下应运而生。本书并非传统意义上关于特定“机器人”形态的制造手册,而是一部旨在描绘构建未来智能驱动系统的宏大蓝图的专业论著。它聚焦于智能系统工程学的核心要素,涵盖了从基础的结构设计原理到复杂的系统级优化策略,为工程师、研究人员及高等院校师生提供了一套全面、深入且具有前瞻性的理论框架与实践指导。 第一部分:智能系统的基础架构与动力学建模 本书的基石在于对驱动系统的深入剖析,但其视角超越了单一执行器的范畴,侧重于整体系统效能的提升。 第一章:先进机构学的再思考 本章摒弃了对传统连杆机构的简单罗列,转而探讨柔顺机构学(Compliant Mechanisms)在实现高精度、高鲁棒性运动中的潜力。重点分析了应变能最小化原理、拓扑优化在机构设计中的应用,以及如何利用先进制造技术(如增材制造)来实现传统工艺难以企及的复杂几何结构。讨论延伸至类生物运动学的借鉴,探究自然界中高效能运动体的设计理念如何转化为工程实践。 第二章:驱动源的能效革命与热管理 驱动系统的核心在于能量转化。本章深入剖析了超越传统直流无刷电机(BLDC)的下一代驱动技术。详细阐述了磁阻电机、开关磁阻电机在高功率密度场景下的控制挑战与优势。特别关注了高比能电池技术(如固态电池)与驱动系统的集成兼容性问题,以及在密闭空间内实现高效热-电-力耦合管理的关键策略。对于能量回收系统(Regenerative Systems)的建模与优化,也进行了详尽的数学推导。 第三章:精确运动的动力学与控制 控制理论是实现智能行为的软件内核。本章聚焦于高维非线性系统的精确控制。内容涵盖了模型预测控制(MPC)在系统约束优化中的实际应用,以及鲁棒控制在面对环境不确定性时的设计原则。此外,本书对先进传感器融合技术在状态估计中的作用进行了深入探讨,例如如何利用激光雷达、高频惯性测量单元(IMU)和力/力矩传感器的数据进行实时、低延迟的状态重构。 第二部分:感知、决策与系统集成 一个复杂的驱动系统必须具备理解环境、自主决策并协调执行的能力。本部分将焦点从“如何动”转移到“如何智”。 第四章:环境建模与空间理解 智能系统需要精确的“地图”和“定位”。本章详述了用于构建高精度三维环境模型的同步定位与建图(SLAM)算法的最新进展,特别是视觉-惯性里程计(VIO)在复杂光照和动态环境下的鲁棒性增强技术。研究了如何从原始传感器数据中高效地提取出对系统控制有意义的语义信息,并将其转化为可操作的控制目标。 第五章:自主决策与行为规划 本章深入探讨了基于强化学习(RL)的策略生成。区别于通用AI的训练方法,本书侧重于在物理约束和安全边界内,如何设计有效的奖励函数和状态空间,以训练出能够在特定任务中表现出专家级性能的决策策略。讨论了分层规划架构,即如何将高层级的任务分解转化为低层级的关节轨迹生成,并确保两层级之间的平滑过渡和稳定性。 第六章:分布式与容错系统架构 现代智能系统往往由多个子模块协同工作。本章探讨了分布式计算架构在提升系统响应速度和模块化方面的优势。详细分析了实时操作系统(RTOS)的选择标准、任务调度机制,以及如何设计硬件冗余和故障诊断系统。讨论了网络延迟对闭环控制性能的影响,并介绍了如时间敏感网络(TSN)等技术在确保控制信号实时性方面的应用。 第三部分:制造、验证与系统优化 理论的实现依赖于先进的制造技术和严苛的验证过程。 第七章:增材制造在功能结构中的应用 本书着重介绍了多材料3D打印技术(如复合材料打印)如何改变机械部件的设计范式。重点分析了如何利用拓扑优化与增材制造的结合,实现重量、刚度与阻尼特性的集成优化。探讨了打印过程中的残余应力控制与后处理工艺对最终部件性能的决定性影响。 第八章:数字孪生与闭环验证 在将系统部署到物理世界之前,进行全面的虚拟验证至关重要。本章详细介绍了数字孪生(Digital Twin)的构建流程,包括从CAD模型到高保真多物理场仿真模型的转化。重点讨论了如何利用高保真仿真环境对控制算法的极限工况进行压力测试,并将仿真结果与物理测试数据进行模型校准与迭代的科学方法论。 结论:迈向完全自主的集成系统 《机械迷城》的最终目标是培养读者从单一组件思维转向系统集成思维的能力。未来的驱动系统将是高度耦合、自我优化且具备环境适应性的。本书提供的工具和视角,旨在帮助下一代工程师和科学家们,能够设计出在能源效率、精度、鲁棒性和自主性方面均达到前所未有水平的智能构造,驱动工业、交通和探索领域的根本性变革。 --- 目标读者: 机械工程、自动化、控制科学、机电一体化专业的高年级本科生、研究生,以及从事先进驱动、工业自动化、无人系统研发的工程师与技术专家。

作者简介

目录信息

第1篇 机器人基础第1章 机器人爱好者第2章 机器人的构造第3章 结构材料第4章 零部件的来源第5章 电子元器件第6章 工具第7章 电子电路的构建技术 第2篇 搭建机器人平台第8章 塑料机器人平台第9章 木制机器人平台第10章 金属机器人平台第11章 改装玩具 第3篇 计算机和电子控制制备第12章 机器人智能第13章 程序设计原理第14章 计算机外围设备第15章 BS2微控制器第16章 遥控系统 第4篇 电源、电机和运动系统第17章 电池和机器人电源第18章 机器人的运动系统设计第19章 选择电机第20章 使用直流电机第21章 使用步进电机第22章 使用伺服电机 第5篇 机器人工程实践第23章 制作一个“漫游者”机器人第24章 制作六足步行机器人第25章 高级的机器人运动系统第26章 制作机器人手臂第27章 制作一个转动坐标系类型的手臂第28章 设计夹持器 第6篇 传感器与导航第29章 触觉第30章 目标探测第31章 声音输入与输出第32章 机器人视觉第33章 导航第34章 火灾探测系统第35章 重力传感器和倾斜传感器实验第36章 保证实用机器人的安全运行 第7篇 机器人制作的进一步思考第37章 机器人任务、操作及行为第38章 合并各组成模块第39章 故障分析第40章 机器人竞赛附录A 补充读物附录B 机器人制作原料来源附录C 互联网上机器人资料
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读后感

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用户评价

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这本书在对机器人伦理和安全性的讨论上,也给我留下了深刻的印象。我一直认为,随着机器人技术的发展,其社会影响和伦理问题也越来越值得关注。《机器人设计与实现》在这方面的内容,让我对这些议题有了更深入的思考。书中探讨了关于机器人自主决策的伦理边界,例如在紧急情况下,机器人应该如何权衡不同的选项,以及谁应该为机器人的行为负责。我尤其关注了书中关于机器人安全性设计的原则,它强调了如何通过冗余设计、故障检测和安全防护机制来确保机器人在各种环境下都能安全可靠地运行。这让我意识到,在追求机器人智能化的同时,安全性始终是不可忽视的首要考量。书中也提到了一些关于人工智能偏见和数据隐私的讨论,这些都是当前科技发展中亟待解决的重要问题。这本书的视野广阔,不仅仅局限于技术本身,更将技术与社会、伦理相结合,提供了一个更全面的视角。

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从这本书中,我体会到了硬件设计在机器人实现过程中的重要性。我一直认为,一个优秀的机器人不仅要有聪明的“大脑”,更要有强健的“身体”。《机器人设计与实现》在硬件设计方面的内容,让我对这一点有了更清晰的认知。书中对各种执行器,如直流电机、步进电机、伺服电机等,进行了详细的对比分析,阐述了它们各自的特性、优缺点以及在不同应用场景下的选择考量。我特别欣赏书中关于电机驱动电路设计的讲解,它详细描述了如何根据电机的类型和功率需求来选择合适的驱动芯片和电路结构,并提供了相应的原理图和实现建议。这对于我理解如何为机器人提供动力,如何让机器人的关节灵活运动至关重要。此外,书中对机械结构的设计,例如连杆机构、齿轮传动系统、履带行走机构等的讲解,也让我大开眼界。我了解到如何通过巧妙的机械设计来放大或缩小力矩,如何实现复杂的运动转换,如何让机器人拥有不同的移动方式。我尤其对书中关于材料选择的讨论感到有趣,了解到不同材料的强度、重量和成本会如何影响机器人的整体性能。这本书并没有止步于理论,而是提供了很多实际的设计思路和工程实践建议,这让我感觉自己仿佛置身于一个真实的机器人实验室。

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这本书让我对机器人的“学习”能力有了更深入的理解。我一直对能够通过经验来提升自身能力的智能体充满了兴趣,而《机器人设计与实现》在这方面的内容,正是我所期待的。书中对机器学习算法在机器人领域的应用进行了详细的介绍,例如强化学习、监督学习等。我尤其着迷于关于机器人学习抓取策略的章节,它描述了如何通过大量的试错和奖励机制,让机器人能够自主地学习到最优的抓取方法。这让我想到生活中我们学习一项新技能的过程,机器人似乎也在用类似的方式来“成长”。书中也探讨了如何利用深度学习来提升机器人的感知能力,例如通过卷积神经网络进行图像识别,从而让机器人能够准确地识别物体、场景和人。这让我对机器人“看懂”世界的能力有了更深的理解。我尝试着去理解那些关于神经网络结构和训练过程的论述,它们共同构成了机器人“学习”的基础。这本书并没有回避复杂的技术细节,而是以一种清晰易懂的方式呈现出来,让我能够逐步掌握这些前沿的技术。

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这本书让我对机器人技术的未来发展方向有了更清晰的认识。《机器人设计与实现》不仅涵盖了机器人学的基本原理和前沿技术,更对未来的发展趋势进行了展望。书中对人工智能、物联网、5G通信等技术与机器人学的融合进行了深入的探讨,勾勒出了未来智能机器人应用的蓝图。我特别关注了书中关于服务机器人、医疗机器人、教育机器人等细分领域的应用前景分析。它描绘了未来机器人如何在家庭、医院、学校等场所扮演越来越重要的角色,为人类提供更便捷、更优质的服务。书中也提到了关于机器人标准化、产业化以及人才培养等方面的内容,这些都是推动机器人技术快速发展的关键因素。我感觉这本书不仅是知识的宝库,更是一份关于未来科技发展的指南,它激发了我对机器人领域持续学习和探索的热情。

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《机器人设计与实现》这本书,让我对机器人系统的集成和协同工作有了全新的认识。我一直认为,一个完整的机器人是一个高度集成的系统,各个子系统之间需要协同配合才能完成复杂的任务。书中对整体系统设计的阐述,让我对这一点有了更深刻的理解。我学习到如何将各种传感器、执行器、控制器以及通信模块有效地集成在一起,构建一个稳定、可靠的机器人系统。书中对于通信协议的讲解,例如ROS(机器人操作系统)的原理和应用,更是让我感到惊喜。我了解到ROS是如何提供一个标准化的平台,让不同的硬件和软件组件能够无缝地集成和交互,极大地提高了机器人开发的效率和灵活性。我特别关注了书中关于多机器人协同作业的部分,它探讨了如何让多个机器人相互协作,共同完成更复杂的任务,例如协同搬运、编队飞行等。这让我对未来智能机器人集群的应用充满了期待。书中也提到了一些关于系统测试和调试的经验,这对于我来说是宝贵的财富,因为我知道在实际的机器人开发过程中,调试往往是最耗时且最具挑战性的环节。这本书的系统性,让我看到一个完整机器人的诞生是如何从概念到实现的。

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这本书的出版,无疑是机器人技术领域的一声惊雷,也点燃了我内心深处对智能机械的无限憧憬。我一直以来都对那些能够执行复杂任务、甚至展现出“生命力”的机器人充满了好奇。拿到《机器人设计与实现》这本书,我仿佛打开了一个通往全新世界的大门。我迫不及待地翻开第一页,首先吸引我的是其严谨而不失趣味的理论阐述。作者深入浅出地介绍了机器人学的基本原理,从机械结构的设计到动力系统的选择,再到控制算法的构建,每一个环节都讲解得细致入微。我尤其着迷于书中关于传感器技术的部分,它详细描述了各种传感器的工作原理、优缺点以及在机器人感知环境中的应用。例如,激光雷达如何在复杂的环境中绘制精确的地图,超声波传感器如何避开障碍物,以及视觉传感器如何识别和跟踪目标。这些内容不仅满足了我对技术细节的渴求,更让我对机器人的“眼睛”和“耳朵”有了全新的认识。此外,书中对运动学和动力学的讲解也极具启发性。我一直认为,让一个机器人精准地移动并完成预设动作是一项极其复杂的工程。而书中通过数学模型和仿真实验,清晰地展示了如何计算机器人关节的运动轨迹,如何分析机器人末端执行器的受力情况,以及如何优化机器人的运动性能。我反复阅读了几遍关于逆运动学的内容,尝试去理解那些复杂的矩阵运算是如何将目标位置转化为关节角度的,这过程虽然充满挑战,但每一次的理解都带来了巨大的成就感。这本书不仅仅是理论的堆砌,它更像是一位经验丰富的工程师在传授宝贵的实践经验。

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《机器人设计与实现》这本书,让我对机器人的人机交互方式有了更深刻的思考。我一直认为,未来机器人不仅仅是执行任务的工具,更可能是人类的伙伴。书中关于人机交互的设计,让我对这一点有了更清晰的认知。我学习到如何设计用户界面,如何让机器人能够以直观、友好的方式与人类进行沟通。书中对于语音识别、自然语言处理以及情感计算的讨论,让我对机器人理解人类意图和情感有了更深的理解。我特别关注了书中关于虚拟现实(VR)和增强现实(AR)技术在机器人控制和交互中的应用,它描述了如何利用这些技术来提供更沉浸式、更高效的人机交互体验。例如,工程师可以通过VR环境来远程操控机器人,或者通过AR技术来可视化机器人的工作状态和数据。这让我对未来人与机器人之间更紧密的协作关系充满了期待。这本书不仅仅是技术手册,更像是一本关于人机关系未来发展趋势的探索。

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这本书让我对机器人“大脑”的构建有了更深刻的理解。在我的认知里,机器人之所以能够智能地工作,离不开其背后强大的控制系统。而《机器人设计与实现》恰恰在这一方面提供了详尽的解析。我印象最深刻的是关于路径规划和运动控制的章节。书中不仅介绍了经典的A*算法、D*算法等路径搜索方法,还深入探讨了如何将这些算法应用到实际的机器人导航中。我特别关注了关于动态障碍物处理的部分,了解到机器人如何在复杂的、不断变化的环境中做出实时决策,以避免碰撞。这让我联想到现实生活中自动驾驶汽车的挑战,也让我对机器人“思考”和“决策”的过程有了更直观的认识。书中对于PID控制、模糊控制以及更先进的自适应控制等策略的讲解,也让我惊叹于控制理论的精妙。我学习到如何通过调整控制参数来优化机器人的响应速度和稳定性,如何让机器人更平稳、更精确地完成动作。这些理论知识并非空穴来风,书中还辅以大量的仿真案例和实际应用的例子,例如在机械臂抓取任务中,如何通过精确的控制实现物体的稳定抓取。这不仅仅是冰冷的数学公式,更是工程师们智慧的结晶,是让机器人得以“活起来”的关键。我尝试着去理解那些关于反馈机制和状态估计的论述,它们共同构成了机器人感知和执行的核心。

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《机器人设计与实现》这本书,让我对仿生机器人的设计理念有了更深刻的理解。我一直对模仿生物结构和功能的机器人充满了好奇,而这本书在这方面的内容,正是我所期待的。书中对模仿动物运动、感知和学习能力的机器人进行了详细的介绍,例如模仿昆虫爬行、鸟类飞行的机器人,以及模仿人类行为的机器人。我尤其着迷于书中关于“软体机器人”的设计,它利用柔性材料和先进的驱动技术,使得机器人能够像生物一样,在复杂、不规则的环境中灵活运动,甚至能够挤过狭小的空间。这让我对机器人未来的形态和功能有了全新的想象。书中也探讨了如何从生物进化和神经科学中汲取灵感,来设计更智能、更高效的机器人系统。这让我意识到,大自然是最好的老师,而模仿生物的设计思路,能够为机器人技术带来巨大的突破。

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《机器人设计与实现》这本书,让我对机器人领域的创新和创业有了更深入的了解。我一直对那些能够将技术转化为实际产品的创业者充满敬意,而这本书在这方面的内容,为我打开了新的视角。书中不仅介绍了各种创新的机器人技术,更分享了一些成功机器人创业公司的案例和经验。我特别关注了书中关于机器人产品原型设计、市场验证以及融资策略的讨论。它让我意识到,一个优秀的机器人产品,不仅需要扎实的技术基础,更需要敏锐的市场洞察力和商业智慧。书中也提到了关于知识产权保护、技术标准制定等与产业化相关的重要议题。这让我对机器人产业的发展有了更全面的认识,也激发了我对投身于这个充满活力和机遇的领域的兴趣。这本书不仅仅是技术书籍,更是一本关于科技创新和产业发展的启蒙读物。

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文字描述挺详细的,可是图片不够多

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非常好的入门书,能建立起直观概念,作风严谨

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机器人之路 我来了。

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非常好的入门书,能建立起直观概念,作风严谨

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