Innovations in Robot Mobility and Control pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Patnaik, Srikanta (EDT)/ Jain, Lakhmi C. (EDT)/ Tzafestas, Spyros G. (EDT)/ Resconi, Germano (EDT)/

出品人:

页数:306

译者:

出版时间:2006-6-2

价格:USD 119.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783540268925

丛书系列:

图书标签:

• 计算机科学
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《精密制造与先进材料：探索现代工业的基石》 引言： 在工业革命的滚滚洪流中，每一次技术的跃升都标志着人类对物质世界改造能力的飞跃。从蒸汽机的轰鸣到信息技术的革新，驱动这一切发展的核心始终是人类对“制造”的极致追求，以及对构成我们世界的基本单元——“材料”的深刻理解与创新。本书《精密制造与先进材料：探索现代工业的基石》正是聚焦于此，深入剖析了当前精密制造技术的最新进展，并以前瞻性的视角探讨了先进材料在推动科技进步、塑造未来产业格局中所扮演的关键角色。我们旨在为读者勾勒出一幅清晰的图景：精密制造与先进材料如何协同作用，共同构筑起现代工业坚实而富于活力的地基。 第一部分：精密制造的脉络与前沿 精密制造，作为制造业的核心能力，其定义早已超越了简单的“小巧”或“准确”。它是一种集成了高精度加工、先进测量、智能控制以及精密装配的复杂系统工程。本书的这一部分，将从多个维度深入解析精密制造的内在逻辑与发展脉络。 1. 高精度加工技术的演进： 从传统的数控（CNC）加工，到如今广泛应用的微纳加工技术，加工精度不断被刷新。本节将重点阐述： 超精密加工技术： 包括单点金刚石车削、离子束刻蚀、电子束曝光等，它们如何实现纳米级的表面光洁度和尺寸精度，以及在光学元件、半导体制造等领域的不可替代性。 特种加工技术： 如激光加工、超声波加工、电火花加工（EDM）等，它们如何克服传统机械加工的局限，实现对硬脆材料、复杂形状的精确加工，以及在航空航天、医疗器械等行业的应用实例。 增材制造（3D打印）的精度提升： 探讨3D打印技术如何从原型制造向功能性部件制造迈进，特别是其在金属打印、陶瓷打印等方面的精度控制、材料沉积均匀性以及后处理工艺对最终精度的影响。 2. 先进测量与检测技术： “看清”是“做精”的前提。本节将聚焦于实现高精度测量的关键技术： 非接触式测量技术： 光学测量、激光扫描、三维白光干涉测量等，它们如何以极高的速度和精度捕捉复杂表面的几何信息，并应用于产品质量控制、逆向工程等领域。 接触式测量技术的发展： 坐标测量机（CMM）的精度提升、探针技术的进步，以及微型探针在微小结构测量中的应用。 在线与在制程检测： 探讨如何将测量与检测技术集成到制造过程中，实现实时反馈与闭环控制，从而最大程度地减少废品率，提高生产效率。这包括机器视觉、超声波探伤、X射线成像等技术在生产线上的应用。 3. 智能控制与自动化： 精密制造的“精”离不开智能化的“算”与“控”。本节将深入探讨： 先进控制算法： 如自适应控制、模糊逻辑控制、神经网络控制等，它们如何根据实时数据动态调整加工参数，保证加工过程的稳定性和精度。 机器人与自动化集成： 探讨高精度机器人如何在精密装配、搬运、检测等环节发挥作用，以及如何实现人机协同，提升柔性制造能力。 数字孪生（Digital Twin）在精密制造中的应用： 讲解如何通过构建实体装备的虚拟模型，实现对制造过程的仿真、优化和预测性维护，从而提高生产效率和产品质量。 4. 精密装配与系统集成： 最终产品的性能很大程度上取决于精密部件的成功组装。本节将关注： 微小部件的精密装配： 聚焦于自动化微组装技术，例如使用微型机器人、显微操作技术，以及先进的粘接、焊接技术，在微电子、微机电系统（MEMS）等领域的应用。 光学、电子、机械系统的集成： 探讨如何实现不同类型精密部件之间的无缝集成，确保整个系统的性能达到预期。这涉及到接口设计、公差分析、以及协同优化等关键环节。 第二部分：先进材料的革命与未来 材料是制造的载体，是决定产品性能的根本。先进材料的突破性进展，正在以前所未有的方式改变着我们对产品设计、制造工艺乃至功能实现的认知。本书的这一部分，将带领读者穿越材料科学的最新前沿，展望其在未来工业中的无限可能。 1. 新型金属材料与合金： 金属材料历经百年发展，其潜力仍在不断被挖掘。 高性能轻合金： 如镁合金、钛合金、铝锂合金等，它们在提高材料强度重量比方面的优势，使其在航空航天、汽车轻量化领域备受青睐。本节将探讨这些合金的微观结构调控、强化机制以及加工工艺的挑战。 高温合金与耐腐蚀合金： 聚焦于航空发动机、核能等极端环境下所需的特种合金，分析其组织稳定性、蠕变性能以及对制造工艺的苛刻要求。 智能金属材料： 如形状记忆合金、阻尼合金等，它们如何赋予产品“自愈合”、“变型恢复”等智能功能，以及在机器人、医疗器械等领域的潜在应用。 2. 先进高分子材料： 高分子材料以其易加工性、多样性而著称，其性能的不断提升使其应用领域日益拓宽。 高性能工程塑料： 如聚醚醚酮（PEEK）、聚酰亚胺（PI）等，它们如何凭借出色的耐高温、耐化学腐蚀、高强度等特性，替代金属在某些高端应用中。 功能性高分子复合材料： 探讨如何通过引入纳米填料（如碳纳米管、石墨烯）、纤维增强等手段，大幅提升高分子材料的力学性能、导电性、导热性等，以及在电子、新能源领域的应用。 生物可降解与生物相容性高分子： 关注环境友好型材料的发展趋势，以及其在医疗植入物、环保包装等领域的应用前景。 3. 先进陶瓷与复合材料： 陶瓷材料以其优异的硬度、耐磨性、耐高温性而闻名，而复合材料则集合了多种材料的优点。 结构陶瓷： 如氧化铝、氮化硅、碳化硅等，分析其制备工艺的挑战，以及在切削工具、轴承、发动机部件等方面的应用。 电子陶瓷与功能陶瓷： 探讨在电子元器件、传感器、能量转换器件中扮演关键角色的各类陶瓷材料，如压电陶瓷、介电陶瓷、半导体陶瓷等。 纤维增强复合材料（FRCs）： 重点分析碳纤维增强聚合物（CFRP）、玻璃纤维增强聚合物（GFRP）等，深入研究纤维与基体之间的界面设计、成型工艺、以及其在航空航天、风电叶片、体育器材等领域的广泛应用。 纳米复合材料： 探讨纳米材料如何作为填料或增强相，赋予传统材料全新的性能，如提高强度、韧性、阻隔性等。 4. 纳米材料与量子材料的潜力： 纳米技术和量子科学的发展，为材料领域带来了颠覆性的变革。 碳基纳米材料： 如石墨烯、碳纳米管，分析其独特的力学、电学、热学性能，以及在导电油墨、传感器、储能设备等方面的应用潜力。 量子点（Quantum Dots）： 探讨其独特的发光特性，以及在显示技术、生物成像、太阳能电池等领域的革命性应用。 二维材料（2D Materials）： 除石墨烯外，如过渡金属硫化物（TMDs）等，分析其在电子学、催化、能源储存等方面的独特优势。 5. 材料设计与计算模拟： 本节将介绍如何利用先进的计算工具加速材料的发现与设计。 第一性原理计算（Ab Initio Calculations）： 阐述如何通过量子力学原理，预测材料的结构、性质和反应，减少实验试错成本。 分子动力学模拟（Molecular Dynamics Simulations）： 讲解如何模拟原子和分子的运动，研究材料的力学行为、相变过程等。 机器学习与人工智能在材料研发中的应用： 探讨如何利用大数据和AI算法，快速筛选候选材料、优化材料性能，加速新材料的产业化进程。 结论： 《精密制造与先进材料：探索现代工业的基石》并非仅仅罗列技术名词，而是力求呈现一个相互关联、协同发展的宏大图景。精密制造提供实现材料性能的载体和手段，而先进材料则不断突破传统制造的边界，赋予产品前所未有的功能。二者的深度融合，是推动各行各业创新升级、实现可持续发展的核心动力。从微观的原子尺度到宏观的系统工程，本书期望能为研究者、工程师、以及对未来产业发展充满好奇的读者，提供一个深入理解现代工业基石的窗口，并激发更多关于如何利用精密制造和先进材料塑造更美好未来的思考与探索。

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这本书的叙事方式实在是太**跳跃**了，仿佛作者在不同时间点、不同心情下写成的片段拼凑而成。我的兴趣点主要集中在**复杂地形下的动态平衡**和**多机器人协同导航**的算法优化上。我希望看到的是诸如四元数在高速运动中的误差修正机制，或者基于图优化框架下的实时路径重规划的性能对比。但这本书却用了一种非常**宏大叙事**的笔法，开篇就从“人类对征服未知疆域的永恒渴望”谈起，继而迅速转入对古典力学约束的漫谈。当我终于翻到关于运动控制的具体章节时，发现它更多地在讨论如何用“模糊逻辑”去模拟人类直觉做决策，而非利用现代优化理论实现最优控制。这种风格，对于习惯了清晰的“问题-模型-求解-结果”结构的技术书籍的读者来说，简直是场灾难。信息密度极低，概念之间的逻辑连接常常需要读者自行脑补，比如，从“分布式传感网络”如何直接跳跃到“机器人的本体感知能力提升”，中间缺乏关键的数学桥梁，让人读起来非常费劲，感觉像是在听一位极富激情的学者做一场主题演讲，而非研读一本可供参考的技术资料。

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从排版和插图来看，这本书显然**没有充分利用现代出版的技术优势**来清晰地展示复杂的系统结构。我对机器人**传感融合技术**非常感兴趣，尤其是激光雷达点云处理与惯性测量单元（IMU）数据融合的实时性优化。一本关于移动控制的书，理应有大量清晰的图表来展示滤波器的结构、不确定性椭球的演变，或者不同传感器输入权重分配的敏感性分析。然而，这本书中的插图稀少，且大多是**示意性的、艺术感强烈的线条图**，几乎没有提供任何可供测量的数值或具体的系统框图。例如，关于SLAM（即时定位与地图构建）的讨论，仅仅停留在“通过环境反馈构建世界模型”的哲学层面，完全没有提及任何现代的滤波方法（如EKF、UKF）或基于优化的后端求解器（如GTSAM的应用）。这让作为实践者的我感到非常失望，这本书更像是一本“机器人哲思录”，而不是一本能够指导工程师改进现有系统的工具书。它似乎假设读者已经对所有基础算法了如指掌，而它只是提供一些高屋建瓴的指导方针，但对于我们实际工作中遇到的数值稳定性和计算效率问题，它避而不谈。

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这部厚重的专著，初捧在手，就感受到一种沉甸甸的学术气息。我原本是冲着机器人运动学与控制领域的前沿进展来的，期望能在其中找到关于新型驱动机构设计或复杂环境适应性控制算法的深度剖析。然而，翻阅目录和内容后，我的感受却变得微妙起来。书中似乎将大量的篇幅倾注在了机器人**生物启发式设计**的哲学思辨上，而非我所预期的，那种冰冷、精确的数学模型推导和实验验证。例如，其中一章详细探讨了昆虫步态与机器足端力分配之间的“仿生美学”，读起来更像是一篇关于仿生学的散文，而不是一本严谨的工程技术手册。作者似乎更热衷于探讨“机器如何模仿生命体的优雅”，而非“机器如何以最高效的方式解决工程难题”。这种侧重，使得对于寻求具体技术突破的读者来说，可能会感到有些力不从心，大量的篇幅被用于建立理论框架和哲学基础，虽然立意高远，但对于解决实际的移动平台稳定性问题，帮助有限。我期待的那些关于高维状态估计和非线性模型预测控制的最新进展，在这本书里并未得到应有的关注，更多的是对传统控制理论在复杂生态系统中的“概念移植”的讨论，深度略显不足。

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这本书的**学术引用体系**也让我感到困惑，它似乎刻意避免提及近年来在国际顶级机器人会议和期刊上发表的、关于运动控制的突破性工作。我注意到，大量的参考文献都指向了上世纪末或本世纪初的经典文献，这本身无可厚非，但对于一本声称探讨“创新”的专著来说，这显得过于怀旧了。例如，在讨论足式机器人步态规划时，我期待看到基于采样的规划方法（如RRT*）与动力学约束的结合，或者基于深度强化学习的端到端策略。这本书的讨论则更像是在重新诠释**经典规划理论**在特定场景下的“诗意化”应用，重点在于如何用最“自然”的方式让机器人移动，而非用最“高效”或最“精确”的方式。这种对最新工具的疏离，使得全书的结论缺乏与当前研究热点的有效对话。对于一个需要紧跟领域最新进展的研究人员来说，阅读此书更像是一次对历史的回顾，而非对未来趋势的展望，提供的“创新”更多停留在概念层面，而非工程实现层面。

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我原本期待这本书能对**高动态环境下的鲁棒性控制**提供新的见解，比如在高速转向或受到外部冲击时，如何快速恢复姿态和轨迹。这通常需要深入探讨模型不确定性下的鲁棒设计，如 $mathcal{H}_{infty}$ 控制或滑模控制的最新改进。然而，这本书的关注点似乎完全偏离了“动态”和“鲁棒”这两个关键词。它花了很大篇幅去探讨机器人**能耗效率**与**可持续性**，将机器人的移动能力与环境的“和谐相处”置于首位。虽然能源问题很重要，但在控制算法的讨论中，其深度也仅停留在对电池管理系统（BMS）的概述，以及一些非常基础的能效评估指标上。对于那些致力于开发下一代高频响应、抗扰动能力强的移动平台的工程师来说，这本书提供的帮助微乎其微。我没有看到任何关于快速扰动观测器（Fast Disturbance Observer）的设计，也没有涉及基于模型参考自适应控制（MRAC）在快速改变负载条件下的应用实例。整本书给人的感觉是“温和”且“保守”，完全没有触及当前前沿控制理论中那些充满挑战性的、需要大量数学工具来解决的难题。

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