로보틱스 알고리듬 (중고등학생을 위한 입문서)

로보틱스 알고리듬 (중고등학생을 위한 입문서)

$30.95
Description
중고등학생과 대학교 1학년을 대상으로 로봇 알고리듬과 로봇 알고리듬에 대한 수학적, 물리적 원리를 중점적으로 다룬다. 초반부에서는 자율 모바일 로봇의 기초 개념인 센서, 반응성 동작, 유한 상태 기계, 모션과 주행기록계, 제어에 대해 설명하고 후반부에서는 장애물 회피, 로컬화, 매핑, 퍼지 논리, 이미지 처리, 인공 신경망, 머신러닝, 군집 로봇, 로봇 팔의 기구학 등 심화된 로봇 알고리듬을 설명한다. 또한 알고리듬을 실제로 교육용 로봇에서 구현하도록 100개 이상의 활동을 제공한다.

[이 책에서 다루는 내용]
다양한 종류의 로봇과 로봇을 제작할 때 사용하는 요소도 개략적으로 다루지만 주행 기록계와 피드백 제어와 같이 간단한 로봇 알고리듬에서부터 로컬화, 매핑, 이미지 처리, 머신러닝, 군집 로봇과 같이 심화된 로봇 알고리듬을 집중적으로 다룬다. 이때 알고리듬을 구체적으로 계산을 할 수 있도록 간략화된 상황을 제시하고 현실적인 활동을 통해 살펴본다. 학생들은 이런 간략화된 상황을 학습함으로써 심화된 로보틱스를 배울 준비가 될 것이다.

[이 책의 대상 독자]
이 책은 중고등학생과 대학교 1학년인 중간 연령을 대상으로 하며 로봇 알고리듬과 로봇 알고리듬에 대한 수학적, 물리적 원리를 중점적으로 다룬다. 시행착오 이상의 것을 다루고 있지만, 학생들이 이 책만으로 실제 환경에서 작업을 수행할 수 있는 로봇과 알고리듬을 설계하거나 만들 수 있다고 생각하지는 않는다. 또한 알고리듬에서 심화된 수학과 공학은 필요에 의해 간략화해 나타냈지만, 개념과 로봇 알고리듬을 배우고 이해할 수 있으며 대학교나 대학원 수준으로 로봇을 공부할 교두보가 될 수 있을 것이라고 생각한다.

[이 책의 구성]
1장에서는 로봇의 분야에 대한 개요와 일반 로봇, 알고리듬을 설명할 때 사용하는 의사 코드를 알아본다. 2장에서 6장까지는 자율 모바일 로봇의 기초 개념인 센서, 반응성 동작, 유한 상태 기계(finite state machine), 모션과 주행기록계, 제어를 설명한다. 7장에서 16장까지는 심화된 로봇 알고리듬인 장애물 회피, 로컬화, 매핑, 퍼지 논리, 이미지 처리, 인공 신경망, 머신러닝, 군집 로봇, 로봇 팔의 기구학에 대해 알아본다. 구체적인 개요는 1.8절에서 확인할 수 있다.
저자

모르데하이벤아리,프란체스코몬다다

MordechaiBen-Ari
바이츠만과학연구소의과학교육과에재직중이며『MathematicalLogicforComputerScience』(Springer,2021)를비롯한여러교재를저술했다.ACM(AssociationforComputingMachinery)에서우수교육자(DistinguishedEducator)로선정됐으며,컴퓨터공학교육에크게기여한공로로ACM/SIGCSE상을수상했다.

목차

1장.로봇과로봇의적용분야
1.1로봇의분류
1.2산업용로봇
1.3자율주행로봇
1.4휴머노이드로봇
1.5교육용로봇
1.6일반로봇
1.6.1차동구동
1.6.2근접센서
1.6.3지면센서
1.6.4임베디드컴퓨터
1.7알고리듬형식화
1.8책의개요
1.9요약
1.10추가자료
참고문헌

2장.센서
2.1센서의분류
2.2거리센서
2.2.1초음파거리센서
2.2.2적외선근접센서
2.2.3광학거리센서
2.2.4삼각측량센서
2.2.5레이저스캐너
2.3카메라
2.4기타센서
2.5센서범위,해상도,정밀도,정확도
2.6비선형성
2.6.1선형센서
2.6.2비선형센서변환
2.7요약
2.8추가자료
참고문헌

3장.반응성동작
3.1브라이텐베르크차량
3.2물체감지에대한반응
3.3반응과회전
3.4라인팔로잉
3.4.1두개의지면센서를이용한라인팔로잉
3.4.2한개의센서만을이용한라인팔로잉
3.4.3그라데이션없는라인팔로잉
3.5브라이텐베르크차량
3.6요약
3.7추가자료
참고문헌

4장.유한상태기계
4.1상태기계
4.2상태를이용한반응성동작
4.3탐색과접근
4.4유한상태기계구현
4.5요약
4.6추가자료
참고문헌

5장.로봇모션과주행기록계
5.1거리,속도,시간
5.2속도변화로인한가속도
5.3분할된선분에서연속적인모션으로의변환
5.4주행기록계를이용한내비게이션
5.5직선에서의주행기록계
5.6회전할때의주행기록계
5.7주행기록계오차
5.8휠엔코더
5.9관성내비게이션시스템
5.9.1가속도계
5.9.2자이로스코프
5.9.3적용사례
5.10자유도와구동기의수
5.11구동기의수와자유도의상대적차이
5.12홀로노믹과비홀로노믹
5.13요약
5.14추가자료
참고문헌

6장.제어
6.1제어모델
6.1.1개루프제어
6.1.2폐루프제어
6.1.3제어알고리듬주기
6.2온-오프제어
6.3비례제어기
6.4비례-적분제어기
6.5비례-적분-미분제어기
6.6요약
6.7추가자료
참고문헌

7장.로컬내비게이션:장애물회피
7.1장애물회피
7.1.1벽따라가기
7.1.2방향을알고벽따라가기
7.1.3프레지알고리듬
7.2코드표시를읽으며라인팔로잉
7.3먹이를찾는개미군집
7.4개미움직임의확률론적모델
7.5경로찾기알고리듬의유한상태기계
7.6요약
7.7추가자료
참고문헌

8장.로컬화
8.1랜드마크
8.2위치가알려진물체로위치구하기
8.2.1각도와거리를이용해위치구하기
8.2.2삼각측량법을이용해위치구하기
8.3GPS
8.4확률론적로컬화
8.4.1확실성을늘리는센싱
8.4.2센서불확실성
8.5움직임의불확실성
8.6요약
8.7추가자료
참고문헌

9장.매핑
9.1이산지도와연속지도
9.2격자지도셀의정보
9.3경계알고리듬으로탐색하며지도만들기
9.3.1점유확률을나타낸격자지도
9.3.2경계알고리듬
9.3.3경계알고리듬에서의우선순위
9.4환경정보를이용한지도제작
9.5슬램알고리듬의예시
9.6슬램알고리듬적용하기
9.7슬램알고리듬형식화
9.8요약
9.9추가자료
참고문헌

10장.지도를이용한내비게이션
10.1격자지도에서의데이크스트라알고리듬
10.1.1비용이일정한경우의데이크스트라알고리듬
10.1.2비용이다양한경우의데이크스트라알고리듬
10.2연속지도에서의데이크스트라알고리듬
10.3A*알고리듬을이용한경로계획
10.4경로추종과장애물회피
10.5요약
10.6추가자료
참고문헌

11장.퍼지논리제어
11.1퍼지화
11.2규칙적용
11.3역퍼지화
11.4요약
11.5추가자료
참고문헌

12장.이미지처리
12.1이미지획득
12.2디지털이미지처리개요
12.3이미지향상
12.3.1공간필터
12.3.2히스토그램조작
12.4윤곽선검출
12.5모서리검출
12.6얼룩검출
12.7요약
12.8추가자료
참고문헌

13장.인공신경망
13.1생물학적신경계
13.2인공신경망
13.3인공신경망으로브라이텐베르크차량구현하기
13.4인공신경망구조
13.4.1다층구조
13.4.2메모리
13.4.3공간필터
13.5학습
13.5.1학습알고리듬의분류
13.5.2헤비안규칙을이용한인공신경망학습
13.6요약
13.7추가자료
참고문헌

14장.머신러닝
14.1두가지색분류하기
14.1.1평균을이용한판별기준
14.1.2평균과분산을이용한판별기준
14.1.3색구별학습알고리듬
14.2선형판별분석
14.2.1선형판별분석을사용하는이유
14.2.2선형판별기준
14.2.3선형판별을위한점정하기
14.2.4기울기구하기
14.2.5선형판별예시
14.2.6판별기준의성능비교하기
14.2.7선형판별분석을이용한활동
14.3선형판별의일반화
14.4퍼셉트론
14.4.1기울기감지
14.4.2퍼셉트론을이용한분류
14.4.3퍼셉트론학습
14.4.4예제
14.4.5퍼셉트론매개변수조절
14.5요약
14.6추가자료
참고문헌

15장.군집로봇
151로봇협업구현방법
15.2.1직접적통신
15.2.2간접적통신
15.2.3벌군집알고리듬
15.2.4ASSISIbf프로젝트에서의벌군집알고리듬
15.3물리적상호작용을통한군집로봇
15.3.1물리적인작업협업
15.3.2여러로봇의힘합치기
15.3.3가림기반집단밀기
15.4요약
15.5추가자료
참고문헌

16장.로봇팔의기구학
16.1정기구학
16.2역기구학
16.3회전
16.3.1벡터회전
16.3.2좌표계회전
16.3.3한좌표계의벡터를다른좌표계로변환하기
16.4좌표계회전과평행이동
16.53차원회전맛보기
16.5.1세축을중심으로하는회전
16.5.2오른손법칙
16.5.33차원회전행렬
16.5.4여러번의회전
16.5.5오일러각
16.5.6서로다른오일러각회전의경우의수
16.63차원변환에서의심화주제
16.7요약
16.8추가자료
참고문헌

부록A.측정단위
부록B.수식유도와튜토리얼
B.1조건부확률과베이즈정리
B.2정규화
B.3평균과분산
B.4공분산
B.5벡터와행렬의곱
B.6삼각형하단사다리꼴의면적
B.7cos15°를수학적으로구하기

출판사 서평

[옮긴이의말]
로봇이정형화된공장에서벗어나걷고뛸정도로제어기술이고도화됐습니다.또한딥러닝의발전에힘입어지능을갖추고있으므로로봇이우리생활전반에스며들날이머지않았다고생각합니다.다만로봇은전자,기계,컴퓨터,수학전반에걸쳐있는광범위한공학이므로연구실에서도혼자만의힘으로연구를진행하기가어렵습니다.이책은로봇의기본적인요소부터시작해로봇의기초가되는알고리듬을거쳐최근화두가되고있는머신러닝과인공신경망에이르기까지다양한주제를다룹니다.이론적인내용뿐아니라실제수행할수있는활동이곁들여져있기때문에구체적으로학습할수있습니다.이책을통해독자여러분이‘로봇을문화로’라는목표를갖고있는저와함께이길을걷는동료가된다면더할나위없겠습니다.
2022년미국라스베이거스의소비자가전전시회(CES)에서연구실로봇의아바타기술을전시하고돌아오던중에공항에서받았던에이콘출판사의번역제안메일이떠오릅니다.일면식도없고번역이처음인저를믿고맡겨주신에이콘출판사에감사의말씀을드립니다.마지막으로,로봇을마음껏연구하도록지원해주시는박재흥교수님과무조건적인응원을해주는우리가족,새로운시도를항상장려하고도전하게해주는채영이에게고마움을전합니다.