自律ロボット概論 プレミアムブックス版

  • 著作者名:George A. Bekey
  • 翻訳者名:松田晃一細部博史
    • 書籍:7,344円
    • 電子版:5,875円
  • B5変型判:512
  • ISBN:978-4-8399-5671-4
  • 発売日:2016年06月08日
  • シリーズ名:プレミアムブックス
  • 備考:オンラインストア限定販売
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内容紹介

人間による明示的な制御なしにタスクを実行する「自律ロボット」の総合入門書!

将来的に人の生活への普及が期待されている自律ロボットの総合的入門書、『Autonomous Robots, From Biological Inspiration to Implementation and Control』の日本語版。

自律ロボットとは、実世界の中で実体を持ち、(その多い少ないはあるにしても)外部からの明示的な人間の制御なしで自分でタスクを実行することができる知的な機械のことを指します。
本書では、自律ロボットの過去から現代におけるおよそ20年間の研究の軌跡と将来的な展望を、実際のロボットを紹介しながら説明します。

自律ロボットの多くは生物の構造や動作・行動を模して構築・実現されています。
前半部では、生物の動作原理・制御とロボットの制御を比較、ロボット制御の問題について解説。後半では、現在どのようなロボットが研究されており、実現されているのかを紹介し、ロボットの動作やその目的と研究背景、技術について説明しています。
最後の章では、たとえばエンターテイメントや医療、家庭におけるロボットへの期待、マルチエージェントシステムやナノロボットなどの技術の発展など、さまざまな分野、技術の観点から、自律ロボットの将来における発展や展望を述べています。

『本書の対象は、科学や工学に関して一般的な知識がある読者であろう。ロボットに一般的に興味のある方の入門書として適し、大学生の教科書としても使用可能だと思われる。』(訳者前書きより)

※本書は2007年1月小社刊行の同名書籍をプレミアムブックス版として復刊したものです。内容は元版から変更されておりません。

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備考

<原著者>
George A. Bekey(ジョージ A. ベーキー)
南カリフォルニア大学(USC)のコンピュータ科学学部 名誉教授。ロボティクス研究において200以上の論文や著書を発表している。30年間USCで教授を勤め、ロボティクス教育カリキュラムやRobotics Research Lab.を創設。2001年、教育部門においてエンゲルバーガー賞を受賞。ロボティクスに関する著書には、本書の他に、Autonomous Agents(springer 1998), Robot Colonies(springer 1997), Neural Networks in Robotics(springer 1992)等がある。

<訳者>
●松田晃一(まつだこういち)
東京農工大学大学院工学研究科数理情報工学専攻修了。
東京大学大学院工学系研究科電子情報工学専攻より博士(工学)を得る。
学生時代は人工知能の研究を行いNECに入社、その後、漫画家を目指しソニーコンピュータサイエンス研究所に入社し、家電メーカに勤務。
主幹研究員。研究開発から、国際標準の策定、製品開発までの経験を持つ。最近は、著作から離れているのがさびしい。HCIやインターネット上の分散型三次元共有仮想社会(PAW^2)の研究開発、同システムによるコミュニティビジネスの運用、VRML97の国際標準化、携帯機器上のモバイルエージェントの開発、tgifの機能拡張・日本語化を経て、現在は、UI開発システムの開発に従事。人間とコンピュータ・人間とロボットのインタラクション、知的なアプリケーション、アニメーション指向のUI、自然言語理解、携帯機器、エンターテイメント型ネットワークサービスなどに興味を持つ。また、ジンギスカン、ワイン、自然の豊かな場所、旅行(沖縄、温泉)、イラスト(漫画)の作成、ノンフィクションやSF小説の翻訳などに興味を持つ。白アサボのファン。金沢工業大学大学院客員教授。
【著書】Personal Agent-oriented Virtual Society (Advanced Knowledge International刊)、Xウィンドウ実践技術講座入門講座(SRC刊)、Java for 3d and Vrml Worlds(New Riders刊)、入門X Window(ASCII刊)、UNIX日本語環境(ASCII刊)、PAW^2 ザ・セカンドワールドオフィシャルハンドブック(ローカス刊)
【訳書】OpenGLプログラミングガイド 原著第5版(ピアソン・エデュケーション刊)、OpenGL ESゲーム開発技法(MYCOM刊)、3Dユーザインタフェース(丸善刊)、Java/HotJavaを知る(プレンティスホール; PH刊)、VRMLを知る(PH刊)、デジタルキャラクターアニメーション(PH刊)、Castanet[Matimbaオフィシャルガイド](PH刊)、Motifデバッグテクニックとパフォーマンスチューニング(PH刊)、Win32 OpenGLプログラミング(ピアソン・エデュケーション刊)、用語で知る携帯通信とモバイルの世界(セレンディップ刊)、3DグラフィックスとVRML2.0(PH刊)、Microsoft Visual J++ セルフマスターブック(ASCII刊)

●細部 博史 (ほそべ ひろし)
1969年生まれ。1998年東京大学大学院理学系研究科情報科学専攻博士課程修了。
博士(理学)。日本学術振興会特別研究員-PD、文部省学術情報センター研究開発部助手、国立情報学研究所助手を経て、2004年より国立情報学研究所助教授として現在に至る。本務以外にもこれまでに総合研究大学院大学複合科学研究科助教授、仏ナント大学計算機科学研究所客員教員、早稲田大学理工学術院客員助教授、文部科学省研究振興局学術調査官等を務める。制約プログラミング、ユーザインタフェース、情報視覚化、対話型グラフィクス等の研究に従事。制約プログラミングによるロボットの制御にも興味を持つ。

目次

1章 動物とロボットにおける自律性と制御
  1.1 自律性とは何か?
  1.2 ロボットとは何か?
  1.3 ロボット制御の問題
  1.4 生物から発想を得たロボット制御
  1.5 センサ
  1.6 アクチュエータ
  1.7 知能
  1.8 今日のロボットと関連する制御の課題のまとめ
  1.9 まとめと本書の構成

2章 生物システムにおける制御と調節
  2.1 恒常性
  2.2 工学的な制御システムと生物の制御システム
  2.3 多重レベルの制御:制御アーキテクチャ
  2.4 他の生物の制御システム
  2.5 生物の制御システムの非線形性
  2.6 コスト関数
  2.7 人間における機能運動の制御
  2.8 ロボット制御との関連
  2.9 歴史的背景

3章 基本的な構造要素
  3.1 構造要素
  3.2 ロボット用アクチュエータ
  3.3 ロボット用のセンサ
  3.4 位置推定
  3.5 計算と通信

4章 下位レベルのロボット制御
  4.1 工学的な制御:その利点と制限に関する直観的入門
  4.2 ロボットコントローラ設計の原則
  4.3 多リンク構造の制御
  4.4 状態空間アプローチ:理論、利点、限界
  4.5 非線形ロボット制御
  4.6 適応制御と他のアプローチ
  4.7 制御へのモデルフリーのアプローチ
  4.8 制御システムの設計における不確実性
  4.9 生物からの発想に基づく制御:基本原理

5章 自律ロボット用ソフトウェアアーキテクチャ
  5.1 ロボットアーキテクチャとは?
  5.2 制御はロボットソフトウェアのどこに当てはまるか?
  5.3 歴史
  5.4 階層型アーキテクチャと熟考型アーキテクチャ
  5.5 反応型、行動規範型アーキテクチャ
  5.6 ハイブリッド型、反応- 熟考型アーキテクチャ
  5.7 ハイブリッド型アーキテクチャの主要な特徴
  5.8 事例研究5.1: 向性ベースのアーキテクチャ
  5.9 事例研究5.2: USCの自律型ヘリコプター制御用のアーキテクチャAVATAR
  5.10 ロボット工学におけるオープンアーキテクチャ
  5.11 まとめ

6章 ロボット学習
  6.1 ロボット学習の性質
  6.2 学習と制御
  6.3 ロボットシステムによる学習における一般的な課題
  6.4 強化学習
  6.5 Q 学習
  6.6 事例研究 6.1:強化学習を用いた障害物回避の学習
  6.7 ニューラルネットワークを用いた学習
  6.8 事例研究6.2:異なる形状の物体を理解する方法の学習
  6.9 進化的アルゴリズム
  6.10 事例研究6.3:遺伝的アルゴリズムを用いた歩行の学習
  6.11 事例研究6.4:向性アーキテクチャにおける学習
  6.12 模倣による学習
  6.13 ロボット学習はどこへ行くのか?

7章 ロボットの移動運動 : 概論
  7.1 動物の移動運動
  7.2 装輪車両
  7.3 装軌車
  7.4 脚移動ロボット
  7.5 ホッピングロボット
  7.6 蛇ロボット
  7.7 水中ロボット
  7.8 生物規範型水中ロボット
  7.9 壁面移動と他の珍しい移動方法
  7.10 飛行ロボット
  7.11 自律再構成ロボット
  7.12 まとめ

8章 足歩行による移動運動
  8.1 2本の脚での立位と歩行
  8.2 人間の歩行の性質
  8.3 筋骨格のダイナミクス
  8.4 人間の移動運動の制御
  8.5 2 足移動運動のロボットモデル
  8.6 2 足歩行ロボット
  8.7 2足歩行の運動学と動力学の数学モデル
  8.8 歩行中の体幹の補償運動のモデル化
  8.9 人間の歩行の機械的補助
  8.10 まとめ

9章 4、6、8本の脚を持つ動物やロボットの移動運動
  9.1 動物における脚を用いた移動運動の概要
  9.2 移動運動の神経制御
  9.3 多脚歩行ロボット
  9.4 6脚歩行機械
  9.5 4足動物の移動運動
  9.6 4脚移動歩行機械
  9.7 脚による移動運動の有限ステートモデル
  9.8 事例研究9.1:4脚ロボットMeno における制御と安定性
  9.9 8脚歩行機械
  9.10 まとめ

10章 腕の運動と操作
  10.1 人間の腕とロボットの腕
  10.2 人間の腕の動きの制御
  10.3 ロボットマニピュレータ
  10.4 いくつかの典型的なロボットアーム
  10.5 マニピュレータの順運動学
  10.6 逆運動学
  10.7 動力学
  10.8 マニピュレータの制御
  10.9 マニピュレータ制御のもう1 つのアプローチ
  10.10 腕の義肢と装具
  10.11 まとめ

11章 人間の手とロボットの手における把持動作の制御
  11.1 手とは
  11.2 到達動作と把持動作
  11.3 単純なロボットエンドエフェクタ
  11.4 多指ロボットハンド
  11.5 事例研究11.1: Belgrade-USC ハンド
  11.6 義手
  11.7 まとめ

12章 複数ロボットの制御
  12.1 マルチロボットシステムの原理と問題
  12.2 生物からの発想: 社会生物学
  12.3 マルチロボット小史
  12.4 自律ロボットコロニーにおける制御の課題
  12.5 事例研究12.1: 非常に単純なロボットの集中型制御
  12.6 いくつかのマルチロボットアーキテクチャ
  12.7 群型とセル型ロボット
  12.8 複数ロボット間での通信
  12.9 編隊制御
  12.10 ロボットサッカー
  12.11 異種ロボットチーム
  12.12 タスク割り当て
  12.13 マルチロボットシステムの設計課題
  12.14 まとめ

13章 ヒューマノイドロボット
  13.1 序論: なぜヒューマノイドか?
  13.2 歴史的背景
  13.3 全身型ヒューマノイド
  13.4 人間とのインタラクション
  13.5 特殊目的のヒューマノイド
  13.6 ヒューマノイド研究の動向

14章 位置推定、ナビゲーション、マッピング
  14.1 概論
  14.2 生物からの発想
  14.3 ロボットのナビゲーション
  14.4 マッピング
  14.5 事例研究14.1: 追加型トポロジマップ作成
  14.6 位置推定
  14.7 位置推定とマッピングの同時作業
  14.8 複数ロボットの位置推定
  14.9 まとめ

15章 自律ロボットの未来
  15.1 はじめに
  15.2 ロボット工学の最近の傾向
  15.3 人間とロボットの協調、インタラクション
  15.4 マルチロボットシステム
  15.5 マイクロロボット、ナノロボット
  15.6 再構成可能
  15.7 コンピュータパワーの影響
  15.8 自己再構成、自己修復、自律進化、自己再生
  15.9 潜在的なロボットの危険性
  15.10 まとめ

付録 線形フィードバック制御システム入門
  A.1 周波数帯域での線形制御システム
  A.2 伝達関数
  A.3 安定性
  A.4 制御システムの設計
 

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