移動機器人學科學方法

前言

一、制造技術(shù)長盛永恒先進制造技術(shù)是20世紀80年代提出的，由機械制造技術(shù)發(fā)展而來。通?？梢哉J為它是將機械、電子、信息、材料、能源和管理等方面的技術(shù)，進行交叉、融合和集成，綜合應用于產(chǎn)品全生命周期的制造全過程，包括市場需求、產(chǎn)品設計、工藝設計、加工裝配、檢測、銷售、使用、維修、報廢處理、回收利用等，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、敏捷、高效、低耗、清潔生產(chǎn)，快速響應市場的需求。因此，當前的先進制造技術(shù)是以產(chǎn)品為中心，以光機電一體化的機械制造技術(shù)為主體，以廣義制造為手段，具有先進性和時代感。制造技術(shù)是一個永恒的主題，與社會發(fā)展密切相關(guān)，是設想、概念、科學技術(shù)物化的基礎和手段，是所有工業(yè)的支柱，是國家經(jīng)濟與國防實力的體現(xiàn)，是國家工業(yè)化的關(guān)鍵?，F(xiàn)代制造技術(shù)是當前世界各國研究和發(fā)展的主題，特別是在市場經(jīng)濟高度發(fā)展的今天，它更占有十分重要的地位。信息技術(shù)的發(fā)展并引入到制造技術(shù)，使制造技術(shù)產(chǎn)生了革命性的變化，出現(xiàn)了制造系統(tǒng)和制造科學。制造系統(tǒng)由物質(zhì)流、能量流和信息流組成，物質(zhì)流是本質(zhì)，能量流是動力，信息流是控制；制造技術(shù)與系統(tǒng)論、方法論、信息論、控制論和協(xié)同論相結(jié)合就形成了新的制造學科。制造技術(shù)的覆蓋面極廣，涉及到機械、電子、計算機、冶金、建筑、水利、電子、運載、農(nóng)業(yè)以及化學、物理學、材料學、管理科學等領(lǐng)域。各個行業(yè)都需要制造業(yè)的支持，制造技術(shù)既有普遍性、基礎性的一面，又有特殊性、專業(yè)性的一面，制造技術(shù)具有共性，又有個性。我國的制造業(yè)涉及以下三方面的領(lǐng)域：·機械、電子制造業(yè)，包括機床、專用設備、交通運輸工具、機械設備、電子通信設備、儀器等；·資源加工工業(yè)，包括石油化工、化學纖維、橡膠、塑料等；·輕紡工業(yè)，包括服裝、紡織、皮革、印刷等。

內(nèi)容概要

本書原著是由自主移動機器人領(lǐng)域知名人士Ulrich Nehmzow博士撰寫，在英國很受歡迎，并且在意大利、西班牙和加拿大等國被多所高等院校作為教材使用。    與移動機器人傳統(tǒng)處理方式不同，本書基于動力系統(tǒng)、混沌、神經(jīng)網(wǎng)絡、統(tǒng)計學和系統(tǒng)辨識等理論，第一次運用量化分析和計算機建模對機器人、任務和環(huán)境三者交互行為建立了完整統(tǒng)一的形式化理論研究體系。這是一個全新的前沿視角，也是解決此類長期困擾我們的復雜問題的全新途徑。    本書作為反映最新前沿技術(shù)的書籍，從基本概念到應用實例進行了系統(tǒng)的闡述，內(nèi)容全面、重點突出、理論與實例并重，敘述風格深入淺出，能夠很好地將理論介紹給相關(guān)領(lǐng)域的一般研究人員和專家學者。

作者簡介

作者：(德國)烏爾里?！?nèi)姆佐夫(Ulrich Nehmzow) 譯者：張文增

書籍目錄

譯叢序言 原書序 譯者序 前言 致謝 第1章 移動機器人學簡介   1.1 本書不是關(guān)于移動機器人學的   1.2 什么是移動機器入學   1.3 行為的產(chǎn)生   1.4 自主移動機器人學研究問題舉例   1.5 小結(jié) 第2章 移動機器人學科學方法介紹   2.1 引言   2.2 動機：分析機器人學   2.3 看作執(zhí)行計算的機器人——環(huán)境交互   2.4 機器人一環(huán)境交互理論   2.5 機器人工程與機器人科學   2.6 科學方法與自主移動機器人   2.7 本書所用的工具   2.8 小結(jié)：實驗的移動機器人學和科學的移動機器人學的對比 第3章 描述實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計工具   3.1 引言   3.2 正態(tài)分布   3.3 樣本比較的參數(shù)方法   3.4 樣本比較的非參數(shù)方法   3.5 序列的隨機性檢驗   3.6 趨勢的參數(shù)檢驗(相關(guān)分析)   3.7 趨勢的非參數(shù)檢驗   3.8 分類數(shù)據(jù)分析   3.9 主成分分析法 第4章 動力系統(tǒng)理論和智能體行為   4.1 引言   4.2 動力系統(tǒng)理論   4.3 通過相空間分析量化描述(機器人)行為   4.4 初始條件敏感性：李雅普諾夫指數(shù)   4.5 非周期性：吸引子的維數(shù)   4.6 小結(jié) 第5章 智能體行為的分析——案例研究   5.1 隨機移動機器人的運動分析   5.2 混沌步行者(Chaos Walker)   5.3 信鴿飛行路徑的分析 第6章 機器人一環(huán)境交互的計算機建模   6.1 引言   6.2 關(guān)于機器人建模的一些實際考慮   6.3 案例研究：人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型獲取   6.4 線性多項式模型和線性遞推關(guān)系   6.5 NARMAX建模方法   6.6 精確仿真：環(huán)境辨識   6.7 任務辨識   6.8 傳感器辨識   6.9 兩種行為何時會相同   6.10 結(jié)論 第7章 結(jié)論   7.1 動機   7.2 機器人一環(huán)境交互的量化描述   7.3 機器人一環(huán)境交互理論   7.4 前景：走向分析機器入學 參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：第1章  移動機器人學簡介概要：本章簡要介紹了移動機器人學，目的是為不熟悉此領(lǐng)域的讀者提供必要的背景知識。1.1  本書不是關(guān)于移動機器人學的本書確實不是關(guān)于移動機器人學的！本書只是從移動機器人學的角度來寫的，雖然所給的是移動機器人學的例子，但是它所解決的問題是關(guān)于行為分析的。此處，行為是一個非常寬泛的概念，它可能涉及到移動機器人的運動、機器人臂部的軌跡、在迷宮中打轉(zhuǎn)的老鼠、飛回家的信鴿、高速公路上的交通或者數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中的通信。簡而言之，本書關(guān)注動力系統(tǒng)行為的描述，它可以是物理實體，也可以是仿真的。它的目標是量化地分析行為、比較行為，建立模型并且作出預測。本書中的內(nèi)容不僅與機器人學家有關(guān)，而且與心理學家、生物學家、工程師、物理學家和計算機科學家都有關(guān)。鑒于本書所提到的例子都是來自移動機器人學領(lǐng)域，所以明智的做法是給閱讀此書的所有非機器人學家做一個關(guān)于移動機器人的非常簡短的介紹。有關(guān)移動機器人全面的討論可以參看文獻[Nehmzow，2003a]，如果此書被用作教材，建議學生首先閱讀關(guān)于移動機器人學的總體介紹，參見文獻[Nehmzow，2003a，Siegwart and Nourbakhsh，2004，Murphy，2000]。1.2 什么是移動機器人學圖1.1是一個典型的移動機器人——麥哲倫專業(yè)版Radix，用于埃塞克斯大學的實驗項目。該機器人配備有超過50個機載傳感器和一臺機載計算機，能夠通過這些傳感器感知環(huán)境，利用計算機處理信號，并且通過計算控制自身的空間運動。Radix是完全自主的，這意味著它不依賴于外部世界的任何聯(lián)系，它會自我充電，因此不需要電源的電纜線；它自身帶有計算機，因此不需要外部控制機構(gòu)的有線或無線的連接。它也無需人類的遠程遙控，能自主地與它所處環(huán)境進行交互，并且無需外部干預而確定自己的運動。

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