移動(dòng)機(jī)器人學(xué)科學(xué)方法

前言

一、制造技術(shù)長(zhǎng)盛永恒先進(jìn)制造技術(shù)是20世紀(jì)80年代提出的，由機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展而來。通?？梢哉J(rèn)為它是將機(jī)械、電子、信息、材料、能源和管理等方面的技術(shù)，進(jìn)行交叉、融合和集成，綜合應(yīng)用于產(chǎn)品全生命周期的制造全過程，包括市場(chǎng)需求、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、加工裝配、檢測(cè)、銷售、使用、維修、報(bào)廢處理、回收利用等，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、敏捷、高效、低耗、清潔生產(chǎn)，快速響應(yīng)市場(chǎng)的需求。因此，當(dāng)前的先進(jìn)制造技術(shù)是以產(chǎn)品為中心，以光機(jī)電一體化的機(jī)械制造技術(shù)為主體，以廣義制造為手段，具有先進(jìn)性和時(shí)代感。制造技術(shù)是一個(gè)永恒的主題，與社會(huì)發(fā)展密切相關(guān)，是設(shè)想、概念、科學(xué)技術(shù)物化的基礎(chǔ)和手段，是所有工業(yè)的支柱，是國(guó)家經(jīng)濟(jì)與國(guó)防實(shí)力的體現(xiàn)，是國(guó)家工業(yè)化的關(guān)鍵?，F(xiàn)代制造技術(shù)是當(dāng)前世界各國(guó)研究和發(fā)展的主題，特別是在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)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(xué)。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(dòng)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(xué)科。制造技術(shù)的覆蓋面極廣，涉及到機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、冶金、建筑、水利、電子、運(yùn)載、農(nóng)業(yè)以及化學(xué)、物理學(xué)、材料學(xué)、管理科學(xué)等領(lǐng)域。各個(gè)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(chǔ)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(gè)性。我國(guó)的制造業(yè)涉及以下三方面的領(lǐng)域：·機(jī)械、電子制造業(yè)，包括機(jī)床、專用設(shè)備、交通運(yùn)輸工具、機(jī)械設(shè)備、電子通信設(shè)備、儀器等；·資源加工工業(yè)，包括石油化工、化學(xué)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(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域知名人士Ulrich Nehmzow博士撰寫，在英國(guó)很受歡迎，并且在意大利、西班牙和加拿大等國(guó)被多所高等院校作為教材使用。    與移動(dòng)機(jī)器人傳統(tǒng)處理方式不同，本書基于動(dòng)力系統(tǒng)、混沌、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)計(jì)學(xué)和系統(tǒng)辨識(shí)等理論，第一次運(yùn)用量化分析和計(jì)算機(jī)建模對(duì)機(jī)器人、任務(wù)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(gè)全新的前沿視角，也是解決此類長(zhǎng)期困擾我們的復(fù)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(yīng)用實(shí)例進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述，內(nèi)容全面、重點(diǎn)突出、理論與實(shí)例并重，敘述風(fēng)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(xué)者。

作者簡(jiǎn)介

作者：(德國(guó))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(dòng)機(jī)器人學(xué)簡(jiǎn)介   1.1 本書不是關(guān)于移動(dòng)機(jī)器人學(xué)的   1.2 什么是移動(dòng)機(jī)器入學(xué)   1.3 行為的產(chǎn)生   1.4 自主移動(dòng)機(jī)器人學(xué)研究問題舉例   1.5 小結(jié) 第2章 移動(dòng)機(jī)器人學(xué)科學(xué)方法介紹   2.1 引言   2.2 動(dòng)機(jī)：分析機(jī)器人學(xué)   2.3 看作執(zhí)行計(jì)算的機(jī)器人——環(huán)境交互   2.4 機(jī)器人一環(huán)境交互理論   2.5 機(jī)器人工程與機(jī)器人科學(xué)   2.6 科學(xué)方法與自主移動(dòng)機(jī)器人   2.7 本書所用的工具   2.8 小結(jié)：實(shí)驗(yàn)的移動(dòng)機(jī)器人學(xué)和科學(xué)的移動(dòng)機(jī)器人學(xué)的對(duì)比 第3章 描述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)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(jī)性檢驗(yàn)   3.6 趨勢(shì)的參數(shù)檢驗(yàn)(相關(guān)分析)   3.7 趨勢(shì)的非參數(shù)檢驗(yàn)   3.8 分類數(shù)據(jù)分析   3.9 主成分分析法 第4章 動(dòng)力系統(tǒng)理論和智能體行為   4.1 引言   4.2 動(dòng)力系統(tǒng)理論   4.3 通過相空間分析量化描述(機(jī)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(jī)移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)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(jī)器人一環(huán)境交互的計(jì)算機(jī)建模   6.1 引言   6.2 關(guān)于機(jī)器人建模的一些實(shí)際考慮   6.3 案例研究：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型獲取   6.4 線性多項(xiàng)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(shí)   6.7 任務(wù)辨識(shí)   6.8 傳感器辨識(shí)   6.9 兩種行為何時(shí)會(huì)相同   6.10 結(jié)論 第7章 結(jié)論   7.1 動(dòng)機(jī)   7.2 機(jī)器人一環(huán)境交互的量化描述   7.3 機(jī)器人一環(huán)境交互理論   7.4 前景：走向分析機(jī)器入學(xué) 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章  移動(dòng)機(jī)器人學(xué)簡(jiǎn)介概要：本章簡(jiǎn)要介紹了移動(dòng)機(jī)器人學(xué)，目的是為不熟悉此領(lǐng)域的讀者提供必要的背景知識(shí)。1.1  本書不是關(guān)于移動(dòng)機(jī)器人學(xué)的本書確實(shí)不是關(guān)于移動(dòng)機(jī)器人學(xué)的！本書只是從移動(dòng)機(jī)器人學(xué)的角度來寫的，雖然所給的是移動(dòng)機(jī)器人學(xué)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(gè)非常寬泛的概念，它可能涉及到移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)、機(jī)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(luò)中的通信。簡(jiǎn)而言之，本書關(guān)注動(dòng)力系統(tǒng)行為的描述，它可以是物理實(shí)體，也可以是仿真的。它的目標(biāo)是量化地分析行為、比較行為，建立模型并且作出預(yù)測(cè)。本書中的內(nèi)容不僅與機(jī)器人學(xué)家有關(guān)，而且與心理學(xué)家、生物學(xué)家、工程師、物理學(xué)家和計(jì)算機(jī)科學(xué)家都有關(guān)。鑒于本書所提到的例子都是來自移動(dòng)機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域，所以明智的做法是給閱讀此書的所有非機(jī)器人學(xué)家做一個(gè)關(guān)于移動(dòng)機(jī)器人的非常簡(jiǎn)短的介紹。有關(guān)移動(dòng)機(jī)器人全面的討論可以參看文獻(xiàn)[Nehmzow，2003a]，如果此書被用作教材，建議學(xué)生首先閱讀關(guān)于移動(dòng)機(jī)器人學(xué)的總體介紹，參見文獻(xiàn)[Nehmzow，2003a，Siegwart and Nourbakhsh，2004，Murphy，2000]。1.2 什么是移動(dòng)機(jī)器人學(xué)圖1.1是一個(gè)典型的移動(dòng)機(jī)器人——麥哲倫專業(yè)版Radix，用于埃塞克斯大學(xué)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。該機(jī)器人配備有超過50個(gè)機(jī)載傳感器和一臺(tái)機(jī)載計(jì)算機(jī)，能夠通過這些傳感器感知環(huán)境，利用計(jì)算機(jī)處理信號(hào)，并且通過計(jì)算控制自身的空間運(yùn)動(dòng)。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(huì)自我充電，因此不需要電源的電纜線；它自身帶有計(jì)算機(jī)，因此不需要外部控制機(jī)構(gòu)的有線或無線的連接。它也無需人類的遠(yuǎn)程遙控，能自主地與它所處環(huán)境進(jìn)行交互，并且無需外部干預(yù)而確定自己的運(yùn)動(dòng)。

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