正版全新
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ISBN:
9787121536847
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出版时间:
2022-12
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全新
上书时间2026-11-07
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商品描述：
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【书 名】 灵巧手和具身智能：机器?时代的操作革命
【书 号】 9787121536847
【出 版 社】 电子工业出版社
【作 者】 周永
【出版日期】 2025-10-01
【定 价】 99.00元
【内容简介】
本书围绕“灵巧手”与“具身智能”两大核心主题，系统梳理了机器人从机械执行器到智能操作体的完整进化路径。全书聚焦于真实物理世界中人机交互与精细操作的实现难题，涵盖仿生设计、触觉感知、驱动控制、模仿学习与强化学习等关键能力，帮助读者建立对具身智能系统从硬件到算法的整体认知。 在工程实践层面，本书以机器人学的核心理论为基础，通过剖析灵巧手的机械结构与传感系统，揭示“力量”与“精细”之间的设计权衡；在智能算法层面，探讨模仿学习、强化学习与触觉伺服控制如何为机器手注入“灵魂”，使其具备从物理感知到认知推理的闭环能力。*终，本书构建了一套覆盖“设计―感知―控制―学习―应用”的完整技术体系。
【目录】
第*部分 觉醒――从“机械”到“智能”的产业变革
第1章 开篇：从“手”到“智能”的进化变革
1.1 灵巧手与具身智能
1.1.1 灵巧手的发展史
1.1.2 灵巧手的定义与特性
1.1.3 灵巧手的四大结构方案
1.1.4 灵巧手的技术模块解析
1.1.5 灵巧手的数据采集
1.1.6 Open TeleDex遥操作系统
1.1.7 灵巧手案例
1.1.8 灵巧手的市场竞争格局
1.1.9 具身智能的发展
1.2 为何“手”是具身智能的终极挑战与钥匙
1.3 人类手部的解剖学奇迹：骨骼、肌肉与神经
1.4 人类抓取与操作的神经科学基础
1.5 从生物学到工程学的灵感迁移
第2章 具身智能的崛起――智能源于身体与环境的交互
2.1 超越“纯脑”智能：具身智能的基本范式
2.2 认知如何“涌现”于感知、行动和环境的闭环中
2.3 灵巧手作为具身智能的终极测试平台
第3章 力学和建模：灵巧操作与运动的基础
3.1 刚体运动学与动力学阐述
3.1.1 刚体运动学基础
3.1.2 动力学：引入“力”的维度
3.1.3 动力学模型与影响因素
3.2 接触力学与摩擦锥理论
3.3 抓持理论
3.3.1 形闭合与力闭合的对比分析
3.3.2 抓持矩阵与可操作性椭球
3.3.3 任务可操作性与运动规划衔接
3.4 任务难度分解
第二部分 创生――打造一双 真正的“机器巧手”
第4章 设计的哲学：是仿生还是超越仿生
4.1 仿生学设计：肌腱驱动、骨络结构与人手启发
4.1.1 肌腱驱动
4.1.2 骨络结构
4.1.3 人手启发
4.2 机械设计的权衡：自由度、复杂度、可靠性与成本
4.2.1 自由度
4.2.2 复杂度与可靠性
4.2.3 成本
4.3 欠驱动与全驱动构型的权衡
4.3.1 欠驱动构型：以机械简化实现自适应抓取
4.3.2 全驱动构型：以主动控制突破操作极限
4.3.3 核心权衡维度与选择逻辑
4.4 新兴技术与材料：软体机器人、可变刚度机构与3D打印
4.4.1 软体机器人：以柔性重构人机交互与环境适配
4.4.2 可变刚度机构
4.4.3 3D打印技术
4.4.4 技术融合趋势与工程实践启示
第5章 触觉的魔力：让机器拥有“皮肤”和“直觉”
5.1 触觉的重要性：从视觉辅助到主导感知
5.1.1 触觉是物理交互的“安全底线”
5.1.2 触觉是复杂环境的“破局钥匙”
5.1.3 触觉是操作“精细化”的核心支撑
5.2 触觉传感技术一览：压阻式、电容式、光学、磁性等
5.2.1 压阻式触觉传感技术
5.2.2 电容式触觉传感技术
5.2.3 光学触觉传感技术
5.2.4 磁性触觉传感技术
5.3 单点触觉传感器、高密度传感器、阵列传感器、电子皮肤
5.3.1 单点触觉传感器
5.3.2 高密度传感器
5.3.3 阵列传感器
5.3.4 电子皮肤
5.4 “触觉智能”的前沿：从感知物理量到理解材质和意图
第6章 驱动与控制：在“力量”与“精细”之间行走的艺术
6.1 挑战：如何用*紧凑的机构输出*稳定、*精准的力
6.2 我们走过的弯路：从电机到肌腱驱动再到混合方案
6.3 实时控制：确保每一毫秒的决策都准确无误
6.3.1 硬件设计：低延迟的信号传输与计算基础
6.3.2 算法优化：快速的决策计算与优化
6.3.3 稳健性保障：应对干扰的“容错与补偿”机制
6.4 多模态感知融合――视觉、触觉与本体感觉的协同
6.4.1 感知模态的“功能互补”与“数据异构”
6.4.2 数据融合的“分层处理”策略
6.4.3 融合应用：典型场景中的协同案例
6.5 手眼系统：视觉如何引导抓取与操作
6.5.1 目标定位：从“二维图像”到“三维空间”的精准映射
6.5.2 动态跟踪：对“运动目标”的实时跟踪
6.5.3 操作引导：从“定位”到“精细动作”的指令生成
6.6 本体感觉――关节位置、力矩与温度的自我感知
6.6.1 关节位置感知：运动姿态的“精准测量”
6.6.2 关节力矩感知：力输出的“实时监测”
6.6.3 温度感知：设备健康的安全预警
第三部分 赋能――为巧手 注入“灵魂”
第7章 运动规划与控制：从点位移动到精细操作
7.1 运动规划的数学基础：构型空间与路径搜索
7.1.1 构型空间
7.1.2 经典路径搜索算法
7.1.3 轨迹生成与优化
7.2 基于模型的抓取
7.2.1 传统的抓取方法
7.2.2 现代的抓取方法
7.3 操作规划
7.3.1 操作规划组成部分
7.3.2 主要研究方法
第8章 模仿学习――像婴儿一样观察与学习
8.1 行为克隆
8.1.1 原理分析
8.1.2 案例分析：ALOHA项目
8.2 逆强化学习
8.2.1 原理分析
8.2.2 案例分析：服务机器人的家庭导航与物品递送
8.3 对抗式模仿学习
8.3.1 原理分析
8.3.2 案例分析：灵巧手的工具使用技能学习
8.4 示教学习
8.4.1 原理分析
8.4.2 案例分析：ALOHA在示教学习中的进阶应用
8.5 从观察视频中学习
8.5.1 原理分析
8.5.2 案例分析：从视频中学习灵巧手翻书技能
第9章 强化学习――在试错中掌握技能
9.1 强化学习在机器人操作中的基本框架
9.1.1 基础知识
9.1.2 马尔可夫决策过程
9.1.3 常用算法
9.2 强化学习的关键技术挑战与解决方案
9.2.1 高维度状态/动作空间的降维与建模
9.2.2 稀疏奖励的破解：引导灵巧手“高效试错”
9.2.3 仿真到现实迁移：降低真实试错成本
9.2.4 多模态感知融合的强化学习策略
9.3 案例研究：灵巧手求解魔方、翻转物体等
9.3.1 案例一：灵巧手求解三阶魔方――基于分层强化学习的多步骤精细操作
9.3.2 案例二：灵巧手翻转物体――基于SAC的动态力控与平衡学习
第10章 触觉引导的操作――当触摸成为主导
10.1 盲操作
10.1.1 盲操作的定义与核心价值
10.1.2 盲操作的技术挑战
10.1.3 盲操作的关键实现路径
10.1.4 典型案例与实验验证
10.2 触觉伺服控制：利用触觉反馈实时调整动作
10.2.1 触觉伺服控制的基本原理
10.2.2 触觉伺服控制的关键技术
10.2.3 触觉伺服的典型控制策略
10.2.4 应用场景与实验验证
10.3 基于触觉的物体识别与属性估计
10.3.1 触觉物体识别的技术框架
10.3.2 触觉属性估计的核心方法
10.3.3 融合视觉与触觉的多模态识别
10.3.4 实际系统与性能评估
第11章 高层次认知与世界模型
11.1 基于模型的预测与规划
11.1.1 基于模型的预测
11.1.2 基于模型的规划
11.2 在“脑海”中练习：想象力的作用
11.2.1 离线强化学习
11.2.2 Dreamer算法剖析
11.2.3 反事实推理
11.2.4 案例分析
11.3 从技能到知识：如何表示和重用学到的操作策略
11.3.1 操作技能的形式化表示
11.3.2 技能到知识的转化机制
11.3.3 操作知识的重用策略
11.4 任务与运动规划：将抽象任务分解为具体动作序列
11.4.1 TAMP的三层架构
11.4.2 符号接地问题
11.4.3 处理几何约束
11.4.4 案例分析：“准备简单早餐”任务的全流程分解与执行
11.5 物理常识：机器如何“理解”重力、惯性等物理规律
11.5.1 机器物理常识的内涵
11.5.2 核心物理规律的机器建模
11.5.3 机器物理常识的技术实现路径
11.6 世界模型新突破
11.6.1 多模态认知与预测能力升级
11.6.2 具身智能专用架构突破
11.6.3 跨场景泛化与效率优化
11.6.4 技术架构创新
11.6.5 应用场景爆发
第四部分 应用――产业革命与 生态落地
第12章 工业与服务机器人――从工厂到家庭
12.1 应用场景一：工业自动化与精密装配
12.1.1 适应性与柔性制造
12.1.2 对不确定性的稳健操作
12.1.3 复杂装配线上的灵巧操作
12.2 应用场景二：商业服务
12.2.1 物流与分拣中的自适应抓取：应对异形物体的技术突破
12.2.2 垃圾分类：AI识别与精准分拣的技术落地
12.2.3 机器人乐队：从按键精度到情感表达
12.3 应用场景三：家庭服务与人机协作
12.3.1 家政服务：整理、烹饪与清洁的技术细节
12.3.2 人机安全、自然的物理交互
第13章 特种领域与前沿探索
13.1 太空与深海：在极端环境下的遥控与自主操作
13.1.1 极端环境的技术挑战与适应原理
13.1.2 案例分析1：太空机械臂――国际空间站Canadarm2
13.1.3 案例分析2：深海机械臂――“奋斗者”号载人潜水器机械臂
13.2 外科手术机器人：微创手术中的精准与触觉反馈
13.2.1 微创手术的技术需求与核心原理
13.2.2 案例分析1：达芬奇手术系统（Intuitive Surgical）
13.2.3 案例分析2：国产天矶手术机器人（天智航）
13.3 外骨骼、假肢与康复机器人
13.4 前沿探索
第五部分 远见――驶向通用具身 智能的星辰大海
第14章 挑战与前沿技术
14.1 当前面临的主要技术瓶颈
14.2 前沿探索：跨模态生成、因果推理、大语言模型与机器人学的结合
14.3 前沿技术的协同与通用具身智能的演进路径
第15章 展望：通往通用具身智能之路
15.1 灵巧手在通用人工智能中的角色
15.2 技术发展对社会与伦理的影响
15.3 未来的研究方向和终极愿景
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开播时间：09月02日 10:30
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