機器人行為的發育型組織

朱博，博士，南京郵電大學講師。研究方向涵蓋機器人環境認知、人機語義交互等。主持完成江蘇省自然科學基金（青年）、國家自然科學基金（青年）項目各1項，發表論文20余篇，授權國家發明專利10余項。曾獲江蘇省教學成果獎二等獎1項。指導學生獲中國機器人大賽、中國服務機器人大賽等一等獎多項。

譯者序
前言
致謝
緒論
第一部分 運動單元
第1章 驅動
1.1 肌肉
1.1.1 收縮蛋白
1.1.2 肌絲滑動模型
1.1.3 主動和被動肌肉動力學
1.2 機器人執行器
1.2.1 永磁直流電動機
1.2.2 液壓執行器
1.2.3 氣動執行器
1.2.4 新型執行器
習題
第2章 閉環控制
2.1 閉環式脊髓牽張反射
2.1.1 脊髓處理
2.1.2 運動核
2.2 典型彈簧-質量-阻尼器
2.2.1 諧振子的運動方程
2.2.2 穩定性和李雅普諾夫直接方法
2.3 比例微分反饋控制
2.3.1 拉普拉斯變換入門
2.3.2 時域穩定性
2.3.3 傳遞函數、SISO濾波器和時域響應
2.3.4 比例微分控制器的性能
習題
第二部分 動力學系統中的結構
第3章 運動系統
3.1 術語
3.2 空間任務
3.3 齊次變換
3.3.1 平移部分
3.3.2 旋轉部分
3.3.3 齊次變換的逆
3.4 操作端運動學
3.4.1 正向運動學
3.4.2 逆向運動學
3.5 立體視覺重建的運動學
3.5.1 針孔照相機：射影幾何
3.5.2 雙目定位：正向運動學
3.6 手-眼運動學變換
3.7 運動學條件
3.7.1 雅可比矩陣
3.7.2 操作端的雅可比矩陣
3.7.3 立體定位能力
3.8 運動冗余
習題
第4章 手和運動抓握分析
4.1 人類的手
4.2 機械手的運動學創新
4.3 多接觸系統的數學描述
4.3.1 旋量系統
4.3.2 抓握雅可比
4.3.3 接觸類型
4.3.4 廣義抓握雅可比
4.3.5 抓握性能：形封閉和力封閉
習題
第5章 鉸接系統動力學
5.1 牛頓定律
5.2 慣性張量
5.2.1 平行軸定理
5.2.2 旋轉慣性張量
5.3 計算轉矩方程
5.3.1 仿真
5.3.2 前饋控制
5.3.3 動態可操作性橢球
習題
第三部分 感知、觸覺傳感器與信號處理
第6章 刺激和感覺：視覺和觸覺的感知
6.1 光
6.1.1 圖像形成
6.1.2 人眼的進化
6.1.3 光敏圖像平面
6.2 觸摸
6.2.1 皮膚的機械感受器
6.2.2 機器人的觸覺傳感器
習題
第7章 信號、信號處理與信息
7.1 連續信號采樣
7.2 離散卷積算子
7.2.1 譜濾波
7.2.2 弗雷和陳的信號分解算子
7.2.3 噪聲、微分和微分幾何
7.3 信號中的結構與因果關系
7.3.1 高斯算子
7.3.2 高斯金字塔：斑塊
7.3.3 多尺度邊緣、脊線和角點
習題
第四部分 感覺運動發育
第8章 嬰兒神經發育組織
8.1 人類大腦的進化
8.2 新皮層的層次結構
8.3 神經發育組織
8.3.1 肢體反射
8.3.2 脊髓和腦幹介導的反射
8.3.3 橋反射
8.3.4 姿勢反射
8.3.5 成熟過程
8.4 嬰兒第一年的發育和功能年表
8.5 感官和認知裏程碑
8.5.1 感官表現
8.5.2 感覺運動階段的認知發育
習題
第9章 發育學習中的實驗計算框架
9.1 參數閉環反射
9.1.1 勢函數
9.1.2 閉環動作
9.1.3 參數化動作的分類
9.1.4 協同表達：多目標控制
9.1.5 狀態
9.2 多模態吸引子景觀
9.2.1 吸引子景觀中的強化學習
9.2.2 技能
習題
第10章 案例研究：學習走路
10.1 四足機器人
10.2 控制器和控制組合
10.3 運動控制器
10.4 轉向技能
10.5 步進技能
10.6 層次化行走和導航技能
10.7 發育性能：層次化大運動技能
附錄
附錄A 線性分析工具
附錄B 運動鏈動力學
附錄C 求解拉普拉斯方程的數值方法
參考文獻

本書分為運動單元，動力學系統中的結構，感知、觸覺傳感器與信號處理，感知運動發育四部分，全面涵蓋了從底層運動、傳感到上層移動技能發育的相關技術，並對該領域涉及的數學工具和基礎計算方法進行了系統性歸納。本書涉及的主要內容和算法均可通過機器人模擬器實現，理論與實踐有機結合。本書介紹了應用於機器人的傳感運動發育階段的計算框架，揭示了機器人開發所需的最根本的系統構成，強調了與生物系統具有相似性的機器人系統，提供了不同於傳統機器人技術書籍的新視野。