【现货速发】自己动手制作软体机器人
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天津津南
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作者马修
出版社机械工业出版社
ISBN9787111665120
出版时间2020-09
装帧平装
开本16开
定价119元
货号29135341
上书时间2024-12-28
商品详情
- 品相描述：全新
- 商品描述
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前言
为什么要关注
软体机器人
什么是软体机器人
当提起机器人时，你会想起什么？是像《星际迷航：下一代》中的Data那样的仿人机器人，还是一块块积木堆成的玩具机器人？是电影《黑客帝国》中的机械乌贼，还是工厂中焊接汽车的工业机械臂？这些标志性的机器人有一个共同点：它们几乎全部都是由刚性部件构成的。软体机器人则是由柔性部件构成（见图1）。
简单地说，机器人是一种能够自动执行一系列复杂动作的机器。更突出的一个特点是，机器人是一种可以由计算机编程的机器。机器人这个概念的范围有多广，从每天我们身边能见到多少机器人就可见一斑。机器人已经成为丰富日常生活的重要工具。我们甚至已经在软体机器人的包围之下了。可能我们并不称它们为软体机器人，它们可能就是发生车祸时精确弹射而出的汽车安全气囊，也可能是抬起整栋建筑物来修复地基的气囊式气动千斤顶。
如果说传统的机器人主要是由刚性部件构成，例如金属或者塑料，那么软体机器人（soft robot）就是一种由柔软和有弹性的材料作为主要部件制成的机器人。这些部件可能来自许多不同种类的材料，比如织物、纸张、柔性塑料、硅胶或者其他橡胶类制品。甚至活的心脏细胞也曾被用于软体机器人的制造。
柔顺性
软体机器人领域仍然在发展，研究人员使用的术语也在随之发展。该领域的一大显著特征是软体机器人的柔顺性（compliance）。柔顺性是一个专业术语，大致是柔软性的意思。但是，柔顺性比柔软性的意思更加丰富：柔顺性不仅仅描述摸起来的感觉，还描述系统的工作方式。机械系统的柔顺性主要表现在两个方面：一是构成系统的材料具有柔软性，二是系统对输入的响应具有顺从性。
行为柔顺性（behavioral compliance）是指机器人通过某种感知来对环境做出反应，然后控制系统的执行机构运动。一个很好的例子就是机器人手臂从空中接球。如果你每次投球的方式都完全一样，那么机械臂只要重复同样的动作就能接住球。但如果物体不同了，扔出的速度也变了，那么你必须让机器人对这些变化做出反应。这可以通过摄像头观察物体并计算出机器人应该移动到的位置来实现，也可以通过机器人手指上的传感器检测物体抓持的状态来实现。诸如此类对变化环境的适应便是行为柔顺性。
内在柔顺性（embodied compliance）描述了由柔性材料构成的系统受力时的特性。柔性材料不会像脆糖饼干一样被折断，而是会被挤压、拉伸、弯曲、压缩或发生膨胀。回想一下透明的塑料外带盒，盒子的铰接部分正好模压在两个外壳的中线上，这就是一种柔顺的机构，在包装被折叠的时候便发生弯曲。还有一些设备也体现出柔顺性，比如一体式模制钳子，它由四个铰链连接在一起，当你开合手柄时，铰链便形成了一个能够打开和关闭的小夹子（见图2）。
图2 活铰链型钳子
如果你观察当前已经开发出的软体机器人，你就会发现很少有完全不使用刚性部件的。大部分软体机器人都不是单纯用柔性材料做成的，即使有也是个例。目前正在研究的大多数软体机器人，其控制系统或者电源系统都包含一些刚性部件。除此之外，混合机器人同时使用柔性和刚性部件。本书并不是从一个的角度去讨论，相反，所考虑的大部分情形属于混合机器人的范畴，并且重点关注那些主要功能部件是柔性材料的机器人。
软体机器人技术是一个潜力巨大的全新领域。尽管还处于萌芽阶段，少为人知，但它将彻底改变人类与机器的交互方式。软体机器人技术建立在对物体如何弯折、拉伸和扭曲的理解之上，这与机械工程的传统视角完全不同—传统机械工程试图尽可能地消除物体的这些特性所带来的影响。而在软体机器人领域，除了传统的机械工程之外，我们还有另一条路可走，那就是利用物体的柔软性。
什么是柔软性
到目前为止，我们一直在讨论柔软性，把柔软性和坚硬性或刚性相对应。柔软（soft）这个词在英文中有很多不同的意思，对这个词的定义有很多，但大多互相之间没有什么关系。即便抛开那些用来形容声音、个性、感情、困难程度等的意思，我们仍然会找出“柔软”这个词能够表达的很多物理性质。
用 简单的术语来说，软体机器人经常会用到能够弯曲、挤压或拉伸的材料。换句话说，软体机器人技术主要利用物体的柔韧性（flexibility，在不折断的情况下物体能被弯曲的能力）、压缩弹性（compressive elasticity，物体被挤压然后恢复到原来的形状的能力），或者拉伸弹性（tensile elasticity，物体被拉伸然后恢复到原来的形状的能力）。这些具有柔软性的材料 适合用在机器人上，因为它们让机器人能够执行重复循环的运动。与此相反的是，如果一个力作用在一个物体上，而物体没有恢复到原来的形状，那么这个物体就
发生了塑性变形（plastic deformation）。
还有一些其他的柔软性的测量方法，这些方法没有考虑到材料在力的作用下是否会发生永久形变，就比如你使一块铜板凹陷，它就不会恢复到原来的形状。硬度计能测量物体被压缩的程度，但这与弹性无关。所以用硬度计测量一块水果和一块橡胶的硬度，得到的数值可能一样，但测试后两种物体的 终状态会有很大的不同。这些形式的柔软性在机器人中可能会有一些实用的案例，但是这
导语摘要
软体机器人技术是一个新兴的领域，它以新的方式接近机器人，使机器人能够在非结构化或不稳定的环境中工作，并执行需要精细度和延展性的任务。这一切都是关于软材料的工程——硅树脂、布、气球、软塑料——并以不同的方式将它们结合起来，为有趣的问题提出新颖、平易近人、令人惊讶的解决方案。本书向学生、发明家和创客介绍了软体机器人概念，并提供了易于理解的解释和动手DIY项目。这些项目使用了广泛的工具和技术——包括微控制器、3D打印、激光切割、模具制作、铸造和热封——来创建有趣的软机器人和设备。它在修补它*好的！代码示例可以在github.com/gianteye/makesoftrobots上找到。
作者简介
王鹏，硕士，毕业于中南大学机电工程学院，现就职于香港中文大学医学院。主要研究兴趣包括软体机器人建模、运动控制和医学应用。已于Science Translational Medicine、IROS等靠前期刊和会议发表多篇高水平论文。
目录
致谢X
序言XI
前言：为什么要关注软体机器人XIII
第1章 软体机器人概述1
无处不在的软体机器人1
软体机器人有什么实用价值3
软体机器人在哪儿9
挑战12
第2章 太空探索中的软体机器人15
软体机器人技术在太空探索方面的优势16
生物启发式漫游者探测器机器人16
和宇航员一起工作20
宇航服21
可扩展栖息地25
挑战和挫折26
第3章 让水蛇玩具像变形虫一样移动28
项目1：喷射彩珠30
项目2：翻滚机构35
第4章 拉线机构—成熟而有潜力的绳索机构38
项目1：单指结构40
项目2：三脚架执行器45
第5章 强健且灵活的McKibben肌肉57
项目：McKibben肌肉59
第6章 3D打印 佳实践64
打印设置65
检查及整理65
第7章 鱼夹持器—?一种真空驱动式堵塞夹持器75
项目：搭建一个鱼夹持器77
第8章 混合和注塑硅胶88
硅胶88
第9章 搭建属于自己的真空室95
项目：搭建真空室97
第10章 米其林小人—?一个简易的气动弯曲执行器113
项目：制作“米其林小人”执行器115
第11章 手动气泵—软体机器人原型工具128
项目：制作手动气泵130
第12章 四照花传感器—软体液压传感器133
项目：制作四照花传感器135
第13章 红隼夹爪—软体气动夹持器148
项目：制作红隼夹爪150
第14章 软体机器人气动控制模块161
项目：搭建软体机器人气动控制模块163
内容摘要
软体机器人技术是一个新兴的领域，它以新的方式接近机器人，使机器人能够在非结构化或不稳定的环境中工作，并执行需要精细度和延展性的任务。这一切都是关于软材料的工程——硅树脂、布、气球、软塑料——并以不同的方式将它们结合起来，为有趣的问题提出新颖、平易近人、令人惊讶的解决方案。本书向学生、发明家和创客介绍了软体机器人概念，并提供了易于理解的解释和动手DIY项目。这些项目使用了广泛的工具和技术——包括微控制器、3D打印、激光切割、模具制作、铸造和热封——来创建有趣的软机器人和设备。它在修补它*好的！代码示例可以在github.com/gianteye/makesoftrobots上找到。
主编推荐
1.本书是本描写软件机器人方面的经典科普书，为读者阐述软体机器人的基本概念和技术，并且通过实例指导读者利用身边的简单材料和工具，轻松创造软体机器人作品。
2.本书由长期探索软体机器人创作的知名创客和专家撰写，分享他们多年积累的丰富创意和实例。
3.本书适合青少年学生、有志发明创造的爱好者阅读了解软体机器人概念，体验创造生活的乐趣。
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