机器人学经典教程PDF电子书下载

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