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本书主要介绍机器人学的一些基本理论，包括对机器人的发展历程、机器人的结构和行为、机器人技术以及相关的实例讲解。本书是在iRobot平台上对一系列的机器人实例进行讲解和实现，书中采用独特的讲解模式，循序渐进地为读者揭秘有关机器人的各项内容。本书非常适合机器人爱好者、高校参加机器人竞赛的师生以及中小学教师阅读。
目录
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
