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前言第0章 绪论 / 10.1 机器人适应新形势需要 / 10.1.1 工业4.0 / 20.1.2 / 30.2 机器人教育现状 / 40.2.1 美日机器人教育 / 50.2.2 我国机器人教育 / 60.3 新工科背景下的机器人学科 / 100.3.1 新工科理念 / 100.3.2 机器人学科发展 / 110.4 本书结构 / 12章 众说纷纭,我才是机器人 / 131.1 “机器人”词汇的源头和内涵 / 131.1.1 Robot一词的来源 / 141.1.2 机器人学的来源 / 151.2 机器人的定义 / 161.2.1 机器人的原始含义 / 161.2.2 机器人的多角度定义 / 171.. 机器人相关学术期刊 / 211.3 机器人的分类 / 221.3.1 按照应用场景分类 / 221.3.2 按照移动能分类 / 1..3 按照驱动形式分类 / 261.3.4 按照智能水平分类 / 281.3.5 按照机械结构分类 / 291.3.6 按照控制方式分类 / 341.3.7 按照社交能力分类 / 351.4 机器人组成部件和技术参数 / 361.4.1 机器人组成部件 / 361.4.2 机器人的能指标和技术参数 / 401.5 本章小结 / 43内容总结 / 43问题思考 / 43第2章 前世来生,我并非机器 / 442.1 从东西方科学技术谈起 / 442.2 中国古代“机器人”记载 / 462.2.1 记载古代“机器人”的古籍 / 462.2.2 战国之前的“机器人”记录 / 472.. 秦汉至南北朝时期“机器人” / 492.2.4 隋唐至宋元时期“机器人” / 552.2.5 明清时期“机器人” / 592.2.6 中国古代“机器人”总结 / 60. 国外古代“机器人”记载 / 62..1 古希腊时期机械装置 / 63..2 14世纪之前的记录 / 65.. 15~18世纪期间的“机器人” / 66..4 机器人“误入歧途” / 722.4 现代机器人幻想 / 742.4.1 科幻小说中的机器人 / 752.4.2 电影作品中的机器人 / 762.4.3 科幻作品中的技术反思 / 852.5 本章小结 / 86内容总结 / 86问题思考 / 87第3章 机器进化,我的前半生 / 883.1 总体发展历程 / 883.2 代机器人时期 / 903.2.1 工业机器人走向应用 / 913.2.2 机器人运动学理论发展 / 9. 第二代机器人时期 / 943.3.1 早期的感知型机器人 / 943.3.2 信息技术推动工业机器人实用化 / 983.3.3 工业机器人走向成熟(20世纪80年代) / 1003.3.4 服务机器人应用(20世纪90年代) / 1043.4 第三代机器人时期 / 1073.4.1 图灵和人工智能 / 1083.4.2 早期的智能机器人 / 1093.4.3 典型的人工智能系统 / 11.4.4 仿人智能型机器人 / 1143.5 智能机器人关键技术 / 1.5.1 多传感器信息融合 / 1.5.2 导航与定位 / 1243.5.3 路径规划 / 1253.5.4 智能控制 / 1263.5.5 人机接口技术 / 1293.6 中国机器人的发展历程 / 1313.6.1 20世纪70年代萌芽期 / 13..2 20世纪80年代开发期 / 13.. 20世纪90年代实用化期 / 1343.6.4 21世纪高展期 / 1353.7 本章小结 / 138内容总结 / 138问题思考 / 139第4章 无处不在,我向人回归 / 1404.1 全球机器人战略 / 1404.1.1 各国机器人战略 / 1414.1.2 中国机器人市场 / 1424.2 工业机器人 / 1434.2.1 全球工业机器人市场 / 1434.2.2 搬运机器人 / 1464.. 焊接机器人 / 1494.2.4 装配机器人 / 1534.2.5 打磨抛光机器人 / 1604.2.6 智能化产线 / 1614.3 服务机器人 / 1634.3.1 家用服务机器人 / 1634.3.2 医疗服务机器人市场 / 1694.3.3 外科手术机器人 / 1694.3.4 医疗机器人 / 1724.3.5 康复机器人 / 1754.3.6 人工智能诊疗系统 / 1824.3.7 公共服务机器人 / 1854.4 特种机器人 / 1904.4.1 救援机器人 / 1904.4.2 军用机器人 / 1944.4.3 水下机器人 / 2014.4.4 微型机器人 / 2084.4.5 机及驾驶汽车 / 2104.5 本章小结 / 214内容总结 / 214问题思考 / 215第5章 机器或人,谁是我的未来 / 2165.1 机器人未来发展方向 / 2175.1.1 机器人发展图景 / 2175.1.2 向机器属发展 / 2195.1.3 向人的属发展 / 2215.2 未来具有前景的机器人技术 / 2225.2.1 软体机器人技术 / 25.2.2 液态金属机器人 / 2245.. 纳米医疗机器人 / 2255.2.4 生机电和脑电控制机器人 / 2265.2.5 会话式智能交互机器人 / 2285.2.6 情感和两机器人 / 2295.3 机器人伦理问题 / 5.3.1 机器人伦理事件 / 5.3.2 机器人伦理学形成 / 5.3.3 机器人伦理学研究焦点 / 2405.3.4 机器人技术伦理问题的对策 / 2465.4 本章小结 / 251内容总结 / 251问题思考 / 252附录A 机器人与人工智能相关
高德东 分别于2007年和2017年获得清华大学机械工程专业硕士和浙江大学机械工程专业博士,现为青海大学机械工程学院教授。主要研究方向包括:计算机辅医疗工程、制造业信息化和光伏系统运维技术等。2014 年入选青海省第九批自然科学与工程技术学科带头人,2016 年入选青海省高端创新人才“”拔尖人才,2018 年获得第九批青海省高等学校骨称号,发表期刊和会议学术 40 余篇。
我从2012年起讲授“机器人技术基础”课程,每年都在试卷留道题:“请对本课程教学提出自己的建议并给出改进方法。”5年来学生对课程提出了很多好的建议和要求,其中集中的有两个:一个是要求在课件中多加一些图片和视频;另一个是要求自己动手制作机器人。于是,我努力改造课程的实验条件,但限于课程主要讲授机器人运动学、动力学、路径规划等理论,似乎很难添加更多的视频素材来丰富课程内容。进一步了解学生的需求,发现他们实际上更想了解机器人现在的应用程度和领域,而对机器人理论本身感到枯燥和乏味。带着学生的这个需求,我一直都在思考如何更好地讲授机器人课程。就机电专业而言,学生在接受机器人理论课程之前,的确对机器人应用需求了解不多,而繁复的理论公式确实会使他们感到厌烦,初次接触理论也许会打击许多学生的机器人梦想。如果在这个课程之前有个引导,让他们首先了解应用需求,可能会更利于调动他们对机器人的兴致,以及钻研机器人理论的积极。这是我编写本书的一个初目的——引导学生对机器人的兴趣,让他们更愿意听我的课。“ ”战略提出以后,机器人更是无处不在,尤其深入到家庭、银行、餐饮、教学等各个领域。机器人与学科领域的叉融越来越多,各领域人士也迫切希望从不同角度去了解机器人。什么才是机器人,机器人从哪里来,机器人和人有哪些相似和相异之处,我们应该如何与机器人相处?从2015年开始,我就注意搜集这方面的资料和视频,给学生在课上做一些补充。自2017年“新工科”概念提出后,学科叉融在脑海中盘旋很久, 我觉得可以给专业的学生讲解一下机器人,一方面可以推广机器人教育,另一方面也可深化多学科的交叉教育。在不断的思考中,我决定开设一门面向全校各专业的公共素质选修课程——大话机器人。这一设想也得到了学校很多部门的帮和关心。于是我便正式开始撰写课程讲义,着手准备本书的内容。起初,我只是想介绍机器人当前应用的相关内容,但在准备材料时,我发现除了机器人理论外,机器人历史仍然是一门大学问,尤其是中国古代便有那么多的“机器人”案例,令我很兴奋。在讲课时,我不断将自己阅读到的材料融合,并按照一定的逻辑整理出来,尽量让学生厘清机器人发展和应用的脉络,形成了本书的内容,涵盖机器人概念、古代“机器人”和科幻机器人、机器人发展历程、机器人当前应用、未来发展趋势以及与人相关的伦理问题。内容很庞杂,我尽量以时间为序来整理,但限于能力可能还有许多不足和匮乏,尤其是对于当前应用情况。在准备资料时,我发现期刊或会议集远远不能满足需求,而正是各种新闻报道让我看到机器人已经深入各个行业领域,正在改变着我们的生活和价值观。在我编写本书的过程中,社会上发生了很多事情,尤其触动我的是医疗资源匮乏和高额诊疗费,我便更多关注了一下机器人在医疗工程上的应用。相信未来机器人与人工智能结合的机器人医生会走入社区,为普通病患诊疗,更多地惠及普通民众;而癌症这一类高危病症,借人工智能也可能有更好的早期诊疗方案,提高治愈率并延长生命。以上是我写作本书的来由。本书比较适合引导大学低年级近机类专业学生,提升他们对机器人的兴趣,也适用于各领域机器人普及教育。,我要感谢我的妻子王珊,她给予我很多写作的思路,也为我整理了部分资料; 感谢陈秀明老师,她提醒我开设机器人公共素质选修课,使我有了写作动机,同时在机器人伦理方面她也给了有益的建议。感谢我的赵诗剑、赵梦潇、王俊杰、杨磊、王林泽、江平、杭茂荛和付佳杰等,他们为我准备课件,并协整理了部分资料和文献。也向书中所引用文献的作者们表示感谢。同时,感谢青海大学教务处对我出版本书的支持。杨叔子先生在《机械控制工程基础》一书的序言里引用了《诗经》里的一句话:嘤其鸣矣,求其友声。我在这里也借用一下。虽然怀着很好的目的去写书,希望营造一个机器人学习的良好氛围,但由于个人认知和能力限制,不免有许多疏漏和不当之处,也请各位读者批评指正。高德东 于青海大学
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