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《双足步行机器人制作技术》在介绍分析双足步行机器人的发展动态和相关理论、技术的基础上，照通过试验操作的方法向读者传授双足步行机器人的制作技术。在介绍双足步行机器人概况、理论与方法、相关技术、试验平台、互动生成器等内容之后，重点针对双足步行机器人设计了12个标准实验，这些试验都可以在基于作者自主研究开发的双足步行机器人平台上实际运行，并给出了所有的参考答案。本术可以作为大学本科学生、职业技术类学生和中学师生的机器人试验教学参考书，也适宜从事计算机、机械电子工程、自动化、智能科学、数字娱乐的科技人员阅读和研究。
机械之舞：现代自动化系统集成与优化 图书简介 本书深入探讨了当代复杂自动化系统从概念设计、核心组件选择、集成实施到后期优化维护的全流程技术栈。我们不再局限于单一的、特定功能的机械装置，而是将视角聚焦于一个多学科交叉的宏大体系——如何构建一个能够感知环境、自主决策并高效执行复杂任务的集成化智能平台。 本书旨在为工程师、系统架构师以及高阶技术爱好者提供一个超越传统单一设备制造的全新框架。我们假设读者对基础的机械原理、电子工程和基础控制理论已有认知，本书的核心价值在于讲解如何将这些元素无缝地融合成一个稳定、可扩展、高鲁棒性的运行实体。 第一部分：系统级需求分析与架构设计（System Requirements and Architecture） 在任何复杂系统的构建之初，清晰的需求定义是成功的基石。本部分将详细解析如何进行多维度需求分解，尤其关注那些决定系统边界和性能的关键约束。 1.1 功能性与非功能性需求的量化 我们首先会超越“它需要移动”这类模糊描述，转向可量化的指标。这包括实时性要求（延迟上限）、功耗预算、环境适应性（温度、湿度、抗振动等级）以及信息安全需求。书中会提供一套成熟的需求溯源矩阵（Requirements Traceability Matrix, RTM）构建方法，确保每一个设计决策都能追溯到明确的需求点。 1.2 模块化系统架构的构建 现代复杂系统拒绝“大单体”设计。本书强调服务导向架构（Service-Oriented Architecture, SOA）在物理系统中的应用。我们将系统分解为清晰分离的子模块：感知层、决策与规划层、执行层和通信层。详细阐述接口协议的设计，确保不同制造商、不同技术栈的模块间能够可靠地交换数据和控制指令。重点讨论中间件（Middleware）的选择与定制，如使用轻量级的、面向数据流的框架来管理跨模块的实时数据同步。 1.3 仿真与虚拟原型验证 在投入昂贵的物理制造之前，系统级仿真至关重要。本章详细介绍如何构建一个涵盖动力学模型、传感器噪声模型和执行器延迟的高保真数字孪生环境。内容涵盖先进的非线性动力学建模技术，以及如何利用实时仿真工具（如HIL/SIL）来验证控制算法在极端工况下的表现，从而显著缩短开发周期并降低迭代成本。 第二部分：核心技术栈的深度集成（Deep Integration of Core Technologies） 本部分从“组件”升级为“系统集成”的视角，探讨实现高级自主行为所需的关键技术汇集。 2.1 分布式传感与环境建模 成功的系统依赖于对环境的精确理解。本书不讨论单个传感器的原理，而是专注于传感器融合（Sensor Fusion）的算法策略。重点介绍基于卡尔曼滤波（Kalman Filtering）的高级变体（如扩展卡尔曼滤波 EKF、无迹卡尔曼滤波 UKF）以及粒子滤波（Particle Filtering）在处理非高斯噪声环境下的应用。如何通过时间同步和空间配准技术，将来自不同模态传感器（如激光雷达、视觉、惯性测量单元IMU）的数据融合成一个统一、低漂移的环境模型。 2.2 自主决策与复杂任务规划 决策层是系统的“大脑”。我们将系统规划分为宏观路径规划和微观运动控制两层。 高层规划： 探讨基于状态机（State Machines）的系统级任务切换逻辑，以及如何应用分层任务网络（Hierarchical Task Networks, HTN）来分解和管理复杂、多步骤的非线性目标。 低层运动控制： 深入研究模型预测控制（MPC）在应对系统约束和预测未来状态方面的优势。阐述如何实时求解优化问题，生成平滑且满足物理限制的控制指令，以应对动态环境下的精确操作需求。 2.3 执行机构的系统级优化 执行层不仅是简单的电机驱动，更是系统性能的瓶颈所在。本章着重于驱动器与负载的耦合优化。我们将分析如何设计伺服驱动回路，以补偿传动链中的摩擦、间隙（Backlash）和弹性效应。探讨阻抗控制（Impedance Control）在需要与环境进行柔顺交互的任务中的应用，确保系统在执行高精度任务时仍能保持必要的安全裕度。 第三部分：可靠性、维护与系统演进（Reliability, Maintenance, and Evolution） 一个投入实际运行的系统，其生命周期管理和持续改进比初始设计更为重要。 3.1 远程诊断与预测性维护（PdM） 现代系统必须具备自检和远程健康监控能力。本书介绍如何设计内嵌式诊断机制（Built-in Self-Test, BIST）。更重要的是，探讨如何利用系统运行中积累的运行数据，通过特征工程和机器学习模型来识别早期故障迹象（如轴承退化、传感器漂移率异常），实现从被动维修到主动维护的转变。 3.2 安全性与鲁棒性设计 系统的健壮性是系统价值的体现。我们将讨论容错设计的层次结构，包括硬件冗余（如双路供电、备份计算单元）和软件冗余（如多样化算法并行运行与仲裁）。重点分析如何设计故障安全（Fail-Safe）机制，确保在关键组件失效时，系统能平稳降级至一个安全状态，而非灾难性崩溃。 3.3 软件生命周期管理与系统升级 复杂的自动化系统需要持续的迭代。本章提供关于嵌入式软件的OTA（Over-The-Air）更新策略，确保在不中断服务的前提下，能够安全地部署安全补丁和功能升级。讨论如何设计版本兼容性层，以应对不同时间点生产的硬件组件之间的软件接口差异，实现系统的长期平稳演进。 总结 本书提供了一个全面的蓝图，指导专业人士如何从底层物理原理出发，构建并管理高度复杂、集成化、自主运行的智能机械系统。它强调的是系统作为一个整体的协同工作能力，而非关注任何单一的执行机构的特定动作模式。本书是迈向下一代自动化解决方案的实践指南。
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