自组织机器人/智能机器人先进技术丛书

村田智、黑河治久合著的《自组织机器人》的主 题是探讨在当前机械工程的技术条件下，建立这样人 工系统的可行性，即该书的标题——自组织机器人。 该书第一章描述了自组织机械系统设计理念；第二章 考虑了一些在生物系统中不同层次的自组织的例子； 第三章回顾了自组织机械系统相关研究的历史；第四 章解释了一些必要的数学方法作为理解自组织现象的 理论背景；第五章介绍作者自己的研究成果；第六章 讨论了被称为模块化机器人的自组织机器人实例并给 出几个案例进行研究；第七、八章主要阐释目前最先 进的自组织机器人M－TRAN；第九章讨论自组织机器 人实现和器件的各种问题，提出解决问题的思路；第 十章展望自组织机器人的未来，尤其是分子水平的自 组织机器人。

第1章 自组织设计 1.1 还原法设计及其局限 1.1.1 机械系统的部件 1.1.2 机械系统的还原设计理论 1.1.3 建模和优化 1.1.4 还原设计的问题 1.2 分布自主系统和自组织 1.2.1 从还原论到自组织 1.2.2 分布自主系统和自组织设计理论 1.2.3 自组织设计机械系统的优点 1.3 自组织机械系统的类型 1.3.1 系统及其部件 1.3.2 部件数量复杂性和连接复杂性 参考文献 第2章 生物系统的自组织 2.1 生物系统中的层级结构 2.2 核酸：杂交双螺旋形态 2.3 蛋白质折叠问题 2.4 中心法则 2.5 生物的发育：细胞水平的装配 2.6 生物自修复 2.6.1 重构 2.6.2 生理性再生 2.6.3 补偿性再生 2.6.4 伤口愈合 2.6.5 真正的再生 2.7 一组个体的自组织 2.7.1 细胞黏菌 2.7.2 社会性昆虫 2.7.3 动物的种群 参考文献 第3章 自组织机的历史 3.1 冯·诺依曼的工作 3.1.1 冯·诺依曼的两个问题 3.1.2 冯·诺依曼自复制自动机 3.1.3 通用的自动机：动力学模型 3.1.4 通用的自动机：细胞模型 3.2 Penrose的研究 3.3 自我繁殖的数学模型 3.3.1 Langton的自复制环 3.3.2 图自动机 3.4 自复制的物理模型 3.4.1 Hosokawa的磁系统 3.4.2 Klavins机电自装配系统 3.4.3 Griffith自繁殖系统 参考文献 第4章 数学基础和分布式算法 4.1 分布系统和部件 4.2 扩散 4.2.1 扩散方程 4.2.2 梯度场 4.2.3 反应扩散系统的模式形式 4.3 细胞自动机 4.3.1 扩散区 4.3.2 流场 4.3.3 生命的博弈 4.4 分布式算法 4.4.1 首领的选举 4.4.2 生成树构建问题 4.4.3 排他控制 4.4.4 死锁 4.4.5 可靠性 参考文献 第5章 人工自组装和自修复 5.1 自组装与自修复方法：同质系统方法 5.2 二维单元硬件 5.3 自组装算法的前提条件 5.3.1 单元标识号 5.3.2 通信的方法和范围 5.3.3 时空对称性破坏 5.4 自组装算法 5.4.1 目标配置描述 5.4.2 自组装策略 5.4.3 仿真和实验 5.5 分段自组装和自修复算法Ⅱ 5.5.1 逻辑类型和描述矩阵 5.5.2 洋葱方法 5.5.3 自组装仿真(算法Ⅱ） 5.5.4 自修复仿真(算法Ⅱ） 5.6 细胞自动机模型 参考文献 第6章 自组织机器人原型 6.1 模块机器人类型 6.2 格型和链型 6.3 格型机器人模块硬件设计的约束条件 6.3.1 有限的设计空间 6.3.2 对称性 6.3.3 运动自由度 6.3.4 连接器(连接机构 6.3.5 驱动器 6.4 模块机器人原型 6.4 6.4.2 桁架式：Fractal机器 6.4.3 桁架式：TETROBOT 6.4.4 晶格类型：变形机器人 6.4.5 格型：晶格 6.4.6 格型：微模块 6.4.7 格型：CHOBIE 6.4.8 格型：三维通用连接系统 6.4.9 格型：Molecule 6.4.10 格型：ATRON 6.4.11 格型：Molecube 6.4.12 链型：PolyPod和PolyBot 6.4.13 链型：CONRO和SuperBot 6.4.14 格型：Catom 6.4.15 无定形型：SlimeBot 6.5 格型和链型混合类型 参考文献 第7章 机器人形态变化 7.1 系统设计 7.1.1 M—TRAN模式 7.1.2 基本运动 7.1.3 极性 7.1.4 通用装配和自重构 7.2 变形过程规划 7.2.1 变形过程搜索 7.2.2 移动机器人结构配置之间的变形 7.3 分布式变形 7.3.1 分布式系统及分组 7.3.2 元模块仿真虚拟模块 7.3.3 规则结构 7.3.4 平面规则结构的运动 7.3.5 细胞自动机模型的分布式变形 7.4 各种变形 7.4.1 从规则结构生成机器人 7.4.2 对接与融合 7.4.3 自我复制 7.5 M-TRAN群体 参考文献 第8章 自组织运动 8.1 机器人运动控制 8.1.1 机械手的末端控制 8.1.2 腿式步行机器人 8.1.3 整个身体的运动 8.1.4 运动控制系统的设计 8.1.5 模块化机器人分布式运动控制 8.2 耦合振荡器 8.2.1 扩散同步 8.2.2 夹带 8.2.3 如何引入相位偏移 8.3 利用耦合振荡器的运动控制 8.3.1 物理系统的连接 8.3.2 全局夹带 8.3.3 神经振荡器 8.4 遗传算法 8.5 运动控制的机器人M-TRAN 8.5.1 CPG控制系统 8.5.2 适应度和动力学仿真 8.5.3 GA优化 8.5.4 优化结果和再现实验 8.5.5 CPG实时控制 8.5.6 CPG控制问题 8.6 评论 参考文献 第9章 硬件和软件 9.1 硬件 9.1.1 结构与机制 9.1.2 连接机构 9.1.3 电路 9.1.4 可选模块 9.2 软件 9.2.1 M—TRAN模拟 9.2.2 板载程序 9.2.3 程序集中变形 9.2.4 程序分布式变形 9.3 误差与可靠性 9.3.1 尺寸误差 9.3.2 构造变形 9.3.3 错误处理 参考文献 第10章 自组织机器人的未来 10.1 自组织机器人面临的挑战 10.1.1 模块尺寸 10.1.2 模块的数量 10.1.3 自配置和自组装之间的选择 10.2 从机电一体化到分子机器 10.2.1 基于DNA纳米技术的分子机器 10.2.2 DNA纳米结构的自组装 10.2.3 DNA逻辑门 10.2.4 DNA传感器和DNA执行器 10.3 纳米技术的分子机器人 10.4 层级的出现：终极问题 参考文献