機器人手冊（原書第2版） 第3卷 機器人應(yīng)用
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《機器人手冊》（原書第2版）第3卷 機器人應(yīng)用分成兩篇：作業(yè)型機器人、機器人與人。第6篇作業(yè)型機器人主要介紹了特定環(huán)境中工作的機器人，包括工業(yè)機器人、空間機器人、農(nóng)林機器人、建造機器人、危險環(huán)境作業(yè)機器人、采礦機器人、救災(zāi)機器人、監(jiān)控與安保機器人、智能車、醫(yī)療機器人與計算機集成外科手術(shù)、康復(fù)與保健機器人、家用機器人、競賽機器人，涉及硬件設(shè)計、控制感知和用戶界面，以及驅(qū)動上述應(yīng)用發(fā)展的經(jīng)濟/社會因素。第7篇機器人與人主要介紹了一些與人-機器人交互有關(guān)的*新成果，包括仿人機器人、人體運動重建、人-機器人物理交互、人-機器人增強、認知型人-機器人交互、社交機器人、社交輔助機器人、向人類學(xué)習(xí)、仿生機器人、進化機器人、神經(jīng)機器人和感知機器人，以及教育機器人、機器人倫理學(xué)各主題，對于創(chuàng)建在以人為中心的環(huán)境中運行的機器人至關(guān)重要。本手冊可供機器人、人工智能、機械工程、自動化、計算機等領(lǐng)域的科研技術(shù)人員使用，也可供高等院校相關(guān)專業(yè)師生參考，還可供機器人業(yè)余愛好者閱讀。
前言 經(jīng)過2002-2008年為期六年的不懈努力，施普林格機器人技術(shù)手冊終于成書出版。這是一本聚集大量活躍的科學(xué)家和研究人員的集體智慧，充分反映學(xué)科基礎(chǔ)與前沿發(fā)展的獨特的綜合參考資料。手冊自出版以來非常成功，受到業(yè)內(nèi)的廣泛好評。不斷有新的研究人員被機器人技術(shù)吸引進來，同時，他們?yōu)闄C器人學(xué)這一跨學(xué)科領(lǐng)域的進一步發(fā)展也做出了有益的貢獻。手冊出版之后，很快就在機器人學(xué)領(lǐng)域樹立起一座豐碑。在此期間的7年中，它一直是Springer所有工程書籍中的暢銷者，章節(jié)下載量排名首位（每年將近四萬）。2011年，排在所有Springer圖書下載量的第四位。2009年2月，該手冊被美國出版商協(xié)會（AAP）授予PROSE杰出物理科學(xué)與數(shù)學(xué)獎，以及工程＆技術(shù)獎。 機器人領(lǐng)域的快速發(fā)展以及不斷誕生新的研究領(lǐng)域，激勵著我們于2011年著手第2版的撰寫工作，其目的不僅是更新原手冊內(nèi)容，還包括對已有內(nèi)容進行擴展。我們的編輯委員會（David Orin，F(xiàn)rank Park，Henrik Christensen，Makoto Kaneko，Raja Chatila，Alex Zelinsky和Daniela Rus）在過去的四年中，積極熱心地協(xié)調(diào)著作者，并將手冊的組織架構(gòu)分為三大部分7個主題（即7篇內(nèi)容）。通過內(nèi)容重組以實現(xiàn)4個主要目標： 1）對機器人學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容進行擴展； 2）強化各類不同機器人系統(tǒng)的設(shè)計； 3）擴展移動作業(yè)機器人方面的內(nèi)容； 4）豐富各類先進機器人的應(yīng)用。 這樣，不僅對第1版中全部64個章節(jié)進行了修訂，還針對新的主題增加了15章內(nèi)容。新一代的作者也加盟到手冊的創(chuàng)作團隊中。手冊主體內(nèi)容在2015年春季完成后，又經(jīng)過廣泛審查和反饋后，2015年秋正式完工。此時，記錄在我們文件夾中的往返電子郵件已從第1版時的10,000個又創(chuàng)紀錄地增加了12000多個。成果同樣令人震撼：整個手冊內(nèi)容包括總共7篇80章，由229位作者撰寫，超過2300頁，內(nèi)含1375個插圖和9411個參考文獻。 第2版中，還有一個主要新增的內(nèi)容，即多媒體資源。為此專門成立了一個編輯小組，由TorstenKrger牽頭負責(zé)，小組中還包括Gianluca Antonelli，Dianjun Lee，DezhenSong和Stefano Stramigioli。有了這樣一群充滿活力的年輕學(xué)者努力工作，多媒體與手冊兩線齊頭并進。多媒體編輯團隊主要根據(jù)（各章）作者的建議，如他們對質(zhì)量的要求以及與本章內(nèi)容的相關(guān)性，為每一章精心選擇視頻。此外，手冊的責(zé)任編輯們還專門制作了教程視頻，讀者可以直接從手冊的每篇導(dǎo)讀部分進行訪問。為此還創(chuàng)立了一個開放的多媒體網(wǎng)站，http://handbookofrobotics.org，這些視頻由IEEE機器人與自動化學(xué)會和Google共同管理。該網(wǎng)站已經(jīng)被看作是一項直播項目，反映新的機器人技術(shù)對國際社會的貢獻。我們對手冊擴展小組的成員，特別是項目中新人的不懈努力深表感謝！還想表達我們對Judith Hinterberg的感謝和贊賞，感謝施普林格的Werner Skolaut和Thomas Ditzinger的大力支持，以及Anne Strohbach和le-tex員工非常專業(yè)的排版工作！ 在機器人手冊首次出版的八年后，它的第2版與讀者見面。這已經(jīng)完全超越了手冊對機器人這個群體本身的價值。我們深信該手冊將繼續(xù)吸引新的研究人員從事機器人技術(shù)，并作為激發(fā)靈感的有效資源，在這個引人入勝的領(lǐng)域中蓬勃發(fā)展。第1版創(chuàng)作團隊成立以來，合作精神不斷激勵著我們這個團隊。在手冊-短歷史（【視頻844】）這個視頻中有趣地記錄了這一點。第2版的完成同樣受到了相同的精神鼓舞并讓我們堅持不懈：-)現(xiàn)在提醒機器人團隊的同仁…保持…;-)
于靖軍：男，博士，北京航空航天大學(xué)機器人研究所，副教授。曾獲日本九州大學(xué)海外青年學(xué)者基金支持，九州大學(xué)航空宇航工學(xué)部訪問學(xué)者；2009.2～2010.2，美國麻省理工學(xué)院（MIT）制造與生產(chǎn)力實驗室訪問學(xué)者。主要研究方向為柔性機構(gòu)、精微機械、并聯(lián)機構(gòu)、機器人幾何學(xué)。作為負責(zé)人承擔(dān)國家自然科學(xué)基金項目2項，已參與或完成其他國家自然科學(xué)基金及國家863項目10項。近5年來，發(fā)表學(xué)術(shù)論文50余篇，被SCI/EI/ISTP收錄40余篇，獲國家發(fā)明專利授權(quán)8項。承擔(dān)國際期刊IEEE Transaction on Robotics、ASME J. Mech. Des.、ASME J. Mech. Rob.、Machine and Mechanism Theory,Robotica，以及國內(nèi)部分期刊《機械工程學(xué)報》、《航空學(xué)報》、《光學(xué)精密工程》等的審稿工作。
目錄譯者序作者序一(第1版)作者序二(第1版)作者序三(第1版)作者序四(第1版)第2版前言多媒體擴展序如何訪問多媒體內(nèi)容主編簡介篇主編簡介多媒體團隊簡介作者列表縮略詞列表第6篇作業(yè)型機器人內(nèi)容導(dǎo)讀第54章工業(yè)機器人54.1工業(yè)機器人:機器人研究和應(yīng)用的主要驅(qū)動力54.2工業(yè)機器人簡史54.3工業(yè)機器人的運動學(xué)構(gòu)型54.4典型的工業(yè)機器人應(yīng)用54.5安全的人-機器人協(xié)作54.6任務(wù)描述：教學(xué)和編程54.7系統(tǒng)集成54.8展望與長期挑戰(zhàn)視頻文獻參考文獻第55章空間機器人55.1軌道機器人系統(tǒng)的歷史概況和研究進展55.2行星表面機器人系統(tǒng)的歷史概況與研究進展55.3數(shù)學(xué)建模55.4軌道與行星表面機器人系統(tǒng)的未來研究方向55.5結(jié)論與延展閱讀視頻文獻參考文獻第56章農(nóng)林機器人56.1討論范疇56.2機遇與挑戰(zhàn)56.3案例研究56.4結(jié)論視頻文獻參考文獻第57章建造機器人57.1概述57.2建造機器人的非現(xiàn)場應(yīng)用57.3單一任務(wù)建造機器人的現(xiàn)場應(yīng)用57.4集成機器人化施工現(xiàn)場57.5目前尚未解決的技術(shù)問題57.6未來方向57.7結(jié)論與延展閱讀視頻文獻參考文獻第58章危險環(huán)境作業(yè)機器人58.1危險環(huán)境作業(yè)：機器人解決方案的必要性58.2應(yīng)用58.3使能技術(shù)58.4結(jié)論與延展閱讀視頻文獻參考文獻第59章采礦機器人59.1現(xiàn)代采礦實踐59.2露天采礦59.3地下采礦59.4挑戰(zhàn)、展望與總結(jié)視頻文獻參考文獻第60章救災(zāi)機器人60.1概述60.2災(zāi)害特征及其對機器人的影響60.3實際在災(zāi)害中使用的機器人60.4處理福島第一核電站事故的機器人60.5經(jīng)驗教訓(xùn)、挑戰(zhàn)和新方法60.6評估救災(zāi)機器人60.7結(jié)論與延展閱讀視頻文獻參考文獻第61章監(jiān)控與安保機器人61.1概述61.2應(yīng)用領(lǐng)域61.3使能技術(shù)61.4活躍的研究領(lǐng)域61.5結(jié)論視頻文獻參考文獻第62章智能車62.1智能車的研究背景及方法62.2使能技術(shù)62.3了解道路場景62.4高級駕駛輔助62.5駕駛員監(jiān)控62.6邁向完全自動化的汽車62.7未來趨勢和發(fā)展前景62.8結(jié)論與延展閱讀視頻文獻參考文獻第63章醫(yī)療機器人與計算機集成外科手術(shù)63.1核心概念63.2技術(shù)63.3醫(yī)療系統(tǒng)、研究領(lǐng)域以及實際應(yīng)用63.4總結(jié)與展望視頻文獻參考文獻第64章康復(fù)與保健機器人64.1概述64.2康復(fù)治療與訓(xùn)練機器人64.3殘疾人輔助64.4智能假肢與矯形器64.5強化診斷與監(jiān)控64.6安全、倫理、權(quán)利與經(jīng)濟性考慮64.7結(jié)論與延展閱讀視頻文獻參考文獻LⅩⅤⅠⅠLⅩⅤⅠⅠⅠ第65章家用機器人65.1移動家用機器人65.2使能技術(shù)65.3智能家居視頻文獻參考文獻第66章競賽機器人66.1引言66.2概述66.3以人類為靈感的競賽66.4任務(wù)導(dǎo)向型競賽66.5結(jié)論與延展閱讀視頻文獻參考文獻第7篇機器人與人內(nèi)容導(dǎo)讀第67章仿人機器人67.1為什么研究仿人機器人67.2研究歷程67.3要模仿什么67.4運動能力67.5全身運動67.6形態(tài)交互67.7結(jié)論與延展閱讀視頻文獻參考文獻第68章人體運動重建68.1概述68.2模型與計算68.3重建理解68.4機器人的重建視頻文獻參考文獻第69章人-機器人物理交互69.1分類69.2人身安全69.3人性化的機器人設(shè)計69.4物理交互控制69.5人類環(huán)境的運動規(guī)劃69.6交互規(guī)劃69.7結(jié)論視頻文獻參考文獻第70章人-機器人增強70.1概念與定義70.2上肢可穿戴系統(tǒng)70.3下肢可穿戴系統(tǒng)70.4全身可穿戴系統(tǒng)70.5人-機器人增強系統(tǒng)的控制70.6結(jié)論與未來發(fā)展視頻文獻參考文獻第71章認知型人-機器人交互71.1人類交互模型71.2機器人交互模型71.3人-機器人交互模型71.4結(jié)論與延展閱讀視頻文獻參考文獻第72章社交機器人72.1概述72.2社交機器人實體72.3社交機器人與社交情感72.4社會認知技能72.5人類對社交機器人的社會反應(yīng)72.6社交機器人與交流技巧72.7與機器人伙伴的長期交互72.8與社交機器人的觸覺交互72.9社交機器人與團隊合作72.10結(jié)論72.11延展閱讀視頻文獻參考文獻第73章社交輔助機器人73.1概述73.2社交輔助機器人的需求73.3實體機器人相對于虛擬代理的優(yōu)勢73.4動機、自主性和陪伴73.5輔助交互的影響和動力學(xué)73.6特定需求和能力的個性化及適應(yīng)性73.7建立長期參與和行為改變73.8社交輔助機器人對孤獨癥譜系障礙的治療73.9社交輔助機器人康復(fù)支持73.10社交輔助機器人和老年關(guān)懷73.11針對阿爾茨海默病和認知康復(fù)的社交輔助機器人73.12倫理和安全考慮參考文獻第74章向人類學(xué)習(xí)74.1機器人學(xué)習(xí)74.2從人類演示中學(xué)習(xí)的關(guān)鍵問題74.3演示界面74.4向人類學(xué)習(xí)的算法74.5機器人演示學(xué)習(xí)的結(jié)論和開放性問題視頻文獻參考文獻第75章仿生機器人75.1歷史背景75.2研究方法75.3案例研究75.4仿生機器人研究的前景與挑戰(zhàn)75.5結(jié)論視頻文獻參考文獻第76章進化機器人76.1方法76.2第一步76.3模擬與真實76.4一個復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的行為76.5進化體76.6光識別76.7計算神經(jīng)行為學(xué)76.8進化與學(xué)習(xí)76.9社會行為的進化76.10硬件的進化76.11結(jié)論視頻文獻參考文獻第77章神經(jīng)機器人學(xué)：從視覺到動作77.1定義與研究歷程77.2視覺方面的案例77.3脊椎動物的運動控制77.4鏡像系統(tǒng)的作用77.5結(jié)論與延展閱讀參考文獻第78章感知機器人78.1概述78.2對象表征的感知機制78.3行動表征的知覺機制78.4機器人感知驗證78.5結(jié)論與延展閱讀視頻文獻參考文獻第79章教育機器人79.1教育機器人的角色79.2教育機器人競賽79.3機器人教育平臺79.4教育機器人的控制器與編程環(huán)境79.5幫助學(xué)生學(xué)習(xí)的機器人技術(shù)79.6機器人教育的項目評價79.7結(jié)論與延展閱讀視頻文獻參考文獻第80章機器人倫理學(xué)：社會與倫理的內(nèi)涵80.1方法概念80.2機器人學(xué)的特殊性80.3機器人接受度的文化差異80.4文學(xué)中的機器人倫理學(xué)80.5真實機器人的表達80.6科技倫理80.7信息通信技術(shù)領(lǐng)域的倫理問題80.8人類的原則和權(quán)利80.9機器人技術(shù)中的法律問題80.10機器人倫理學(xué)分類80.11機器人倫理的實施：從理想到規(guī)則80.12結(jié)論與延展閱讀視頻文獻參考文獻
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