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出版者:

作者:Glaser, Andrew

出品人:

頁數:250

译者:

出版時間:2008-9

價格:$ 45.14

裝幀:

isbn號碼:9780831133580

叢書系列:

圖書標籤:

• 工業機器人
• 機器人技術
• 自動化
• 製造
• 工業工程
• 機器人控製
• 機器人編程
• 機械工程
• 人工智能
• 傳感器

現代機械工程與自動化前沿探索 書籍名稱：《現代機械工程與自動化前沿探索》 引言： 在信息技術、新材料科學與精密製造技術飛速融閤的今天，機械工程正經曆著一場深刻的變革。本書旨在為工程技術人員、科研工作者以及高年級學生提供一個全麵而深入的視角，探討驅動當代工業進步的核心技術、最新理論模型以及工程實踐中的關鍵挑戰。我們不再局限於傳統機械的剛性設計，而是將目光投嚮柔性製造、智能控製、人機協作以及可持續性工程等前沿領域，力求勾勒齣未來工廠和智能係統的藍圖。 第一部分：先進材料與結構設計革新 第一章：高性能結構材料的演進與應用 本章深入剖析瞭支撐現代高精度、高可靠性係統所需的關鍵材料。討論涵蓋瞭新一代輕量化復閤材料（如碳縴維增強聚閤物、陶瓷基復閤材料）的微觀結構、力學性能錶徵及其在航空航天、高速列車等領域的具體應用。特彆關注瞭材料的疲勞壽命預測模型，以及如何通過先進的錶麵工程技術（如激光熔覆、等離子噴塗）來增強關鍵部件的耐磨損和抗腐蝕能力。我們詳細闡述瞭增材製造（Additive Manufacturing, AM）過程中材料的性能變化規律，探討瞭如何實現AM件的性能均一化和缺陷控製。 第二章：拓撲優化與仿生結構設計 超越傳統的設計規範，本章聚焦於如何利用計算方法來解放設計師的思維。拓撲優化方法，特彆是基於密度的迭代算法和水平集方法，被係統地介紹，並結閤實際案例展示瞭如何設計齣滿足特定載荷約束、具有最小質量或最大剛度的創新結構。同時，我們探討瞭仿生學在機械設計中的應用，研究自然界中如蜂巢結構、骨骼結構等的高效承載機製，並將其轉化為工程可實現的柔性支撐、吸能緩衝係統。本章的重點在於實現結構效率的最大化，同時降低製造成本和材料消耗。 第二部分：精密運動控製與係統集成 第三章：高精度運動控製理論與實現 精準運動是所有先進製造係統的基礎。本章從經典的PID控製擴展到更復雜的先進控製策略。詳細講解瞭基於模型預測控製（MPC）在多變量、強耦閤係統中的應用，以及滑模控製（SMC）在處理外部擾動和不確定性方麵的優勢。針對高速、高動態運動，我們剖析瞭前饋控製、反步法等前沿控製算法的數學原理和參數整定方法。軟件與硬件的交互是實現控製的關鍵，本章也討論瞭實時操作係統（RTOS）的選擇、高性能編碼實踐以及如何利用FPGA/DSP實現納秒級的控製迴路。 第四章：傳感器技術與狀態感知 現代機械係統依賴於對自身狀態的精確感知。本章係統梳理瞭用於測量位移、速度、力矩和振動的先進傳感器技術。重點介紹瞭非接觸式測量方法，如激光乾涉儀、光電編碼器的高精度應用。在狀態監測方麵，本章深入探討瞭應變片網絡、光縴布拉格光柵（FBG）傳感器在結構健康監測（SHM）中的部署策略。此外，我們還討論瞭如何處理傳感器數據中的噪聲、漂移和延遲問題，為後續的智能決策提供高質量的輸入。 第三部分：智能製造與數據驅動優化 第五章：工業物聯網（IIoT）與數據基礎設施 智能工廠的實現需要可靠的數據傳輸和管理架構。本章詳述瞭工業物聯網（IIoT）的通信協議棧，從現場總綫（如CAN、EtherCAT）到企業級網絡（OPC UA、MQTT）。我們著重分析瞭如何構建一個高效、低延遲的數據采集與分發平颱，以支撐生産綫的實時優化。數據安全和網絡冗餘設計是本章的另一核心議題，探討瞭邊緣計算（Edge Computing）在數據預處理和本地快速響應中的作用。 第六章：麵嚮製造過程的機器學習應用 本章旨在彌閤數據科學與傳統工程實踐之間的鴻溝。我們探討瞭如何利用機器學習（ML）模型來解決傳統的、難以建立精確物理模型的工程問題。具體案例包括：利用深度學習進行産品缺陷的自動光學檢測（AOI）、使用強化學習（RL）優化復雜工藝參數（如焊接電流、冷卻速率）以提升成品率，以及應用時間序列分析進行設備關鍵部件的剩餘壽命預測（RUL）。本章強調瞭特徵工程（Feature Engineering）在將原始傳感器數據轉化為有效預測信號中的重要性。 第七章：人機交互與柔性作業係統 未來的工作環境強調安全、高效的人機協作。本章考察瞭下一代人機接口的設計原則，包括增強現實（AR）在維護指導和操作培訓中的應用。重點討論瞭安全閤規性在人機共存係統中的集成，例如力矩限製、碰撞檢測算法以及操作空間動態劃分技術。此外，我們分析瞭模塊化、可重構的製造單元的設計哲學，以及如何通過軟件定義的方式快速適應小批量、多品種的生産需求。 結論：可持續性與未來展望 本書最後部分對機械工程在能源效率和可持續性方麵的未來方嚮進行瞭展望。討論瞭如何通過優化機構運動學和控製策略來最小化能源消耗，以及生命周期評估（LCA）在結構設計階段的集成方法。我們預見，跨學科的知識整閤能力將成為未來工程師的核心競爭力，本書期望能為此奠定堅實的理論和實踐基礎。

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這本《工業機器人技術》的教材，給我的感覺就像是剛踏入一個全新世界的指南針。我之前對機器人這個概念，還停留在科幻電影裏那種能說會道的仿生人階段，對實際的工業應用知之甚少。這本書開篇就迅速拉我進入瞭現實：從早期的機械臂發展到如今高精度、高效率的生産綫主力，它的演變過程講述得非常清晰。我尤其欣賞作者在基礎概念講解上的耐心，比如坐標係轉換、運動學分析這些聽起來很“硬核”的知識點，作者沒有直接丟一堆公式就完事，而是通過大量的圖示和實際的工業場景案例來輔助理解，比如汽車噴漆、焊接等。這讓一個初學者也能摸著門道。其中關於機器人的結構部件——從伺服電機到減速器，再到末端執行器的選擇和匹配，都有深入的剖析，這對於我理解一颱機器“為什麼能動”以及“如何精確地動”至關重要。書中對不同類型機器人的優缺點對比分析也非常到位，讓我明白瞭為什麼在某些特定的生産綫上，SCARA機器人比六軸多關節機器人更具成本效益和操作優勢。總的來說，它為我建立瞭一個堅實的理論基礎框架，讓我對這個專業領域不再感到高深莫測，而是充滿瞭探索的欲望。

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這本書的排版和資料的組織結構簡直是為考試而生的，但又不止於此。我主要關注的是其中關於視覺係統與機器人集成的部分。現在的工業檢測越來越依賴機器視覺，而如何將視覺反饋的數據無縫、快速地轉換成機器人的運動指令，是技術瓶頸之一。書中對3D視覺定位和抓取的流程描述得非常詳盡，從相機標定（內參、外參）的數學模型，到如何利用變換矩陣實現世界坐標係到機器人基坐標係的轉換，每一步的推導都清晰可見，沒有含糊帶過。對於那些習慣於“拿來即用”的工具的用戶來說，這本書可能會顯得有點“重”，因為它讓你必須理解底層原理。但對於希望自己開發定製化解決方案的人來說，這就是黃金。我特彆喜歡它在討論傳感器融閤時，對於卡爾曼濾波在機器人狀態估計中的應用描述，雖然篇幅不長，但點明瞭方嚮。這本書的價值在於，它不僅告訴你“怎麼做”，更解釋瞭“為什麼這麼做纔是最優的”。

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說實話，我更偏嚮於管理和項目實施層麵，對底層的機械原理和編程代碼的興趣沒那麼大，所以當我拿到這本厚厚的《工業機器人技術》時，其實內心是有點抗拒的。我本以為它會是那種充斥著晦澀公式和看不懂的CAD圖紙的純技術手冊。但齣乎意料的是，關於**係統集成與項目管理**的那幾章，處理得相當到位。作者並沒有迴避工業應用中常常被忽略的“非技術因素”。例如，對於設備選型時的TCO（總擁有成本）分析，書中提供瞭一個非常實用的框架，它不僅僅計算瞭購機成本，還納入瞭維護、能耗、返修率等長期運營成本。再比如，在討論實施流程時，對FAT（工廠驗收測試）和SAT（現場驗收測試）的關鍵驗收項的界定，給齣瞭非常清晰的清單和權重建議。這些內容極大地拓寬瞭我的視野，讓我明白瞭投資迴報率和技術實施的緊密聯係。它讓一個偏嚮商業決策的人，也能與一綫技術人員進行高效、有深度的對話。

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作為一名機械設計專業的學生，我對於本書中關於機器人**動力學建模**的章節印象最為深刻，它完全滿足瞭我對理論深度的渴求。作者在推導拉格朗日方程和牛頓-歐拉方程時，采用瞭極其嚴謹的符號和清晰的步驟，這在很多同類教材中是很難找到的。特彆是當涉及到計算機器人的慣量矩陣和科氏力項時，書中不僅給齣瞭最終的矩陣錶達式，還詳細解釋瞭如何通過關節角度、速度和加速度來實時求解這些復雜的耦閤項。這對於後續進行高精度軌跡跟蹤控製器的設計至關重要，因為如果不準確地補償這些動力學效應，機器人在高速運動時必然會齣現誤差積纍。此外，書中對力控（Force Control）的介紹也十分到位，它區分瞭阻抗控製（Impedance Control）和基於模型力矩控製（Model-Based Torque Control）的應用場景，並結閤瞭高動態的接觸操作案例。這本書真正做到瞭從基礎物理定律齣發，層層遞進，構建起一個完整的、可用於高級研究的理論體係。

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我是一個在職的工程師，主要負責生産綫的自動化改造，這次購入《工業機器人技術》主要是想係統性地查漏補缺，尤其是在高級路徑規劃和離綫編程方麵。這本書在這方麵的深度確實讓我眼前一亮。它不僅僅停留在介紹幾個主流編程語言的語法層麵，而是深入探討瞭軌跡生成算法的數學原理，比如三次樣條插值和拋物綫插值在實際應用中對機器人平滑度、加減速控製帶來的影響。這一點對我優化現有生産節拍至關重要，過去我們通過反復試錯來調整速度參數，效率低下，而現在我能從理論上理解背後的邏輯，從而進行更科學的優化。此外，關於人機協作機器人（Cobots）的安全標準和應用邊界的討論，也相當及時和前沿。書中詳細對比瞭ISO 10218和ISO/TS 15066 標準下的不同安全控製策略，並結閤案例分析瞭碰撞檢測的魯棒性設計。這對於我們公司未來引入人機混綫操作的計劃提供瞭非常寶貴的參考依據。這本書的專業性和實用性達到瞭一個很高的平衡點，算得上是技術升級的必備工具書。

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