機器人學基礎 第2版 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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內容簡介

本書是一部比較係統和全麵的機器人學導論性著作，主要介紹機器人學的基本原理及其應用，反映齣國內外機器人學研究和應用的最新進展。全書共10章，主要內容包括機器人學的起源與發展、機器人學的數理基礎、機器人運動學的錶示與求解、機器人動力學方程、機器人的控製原則和控製方法、機器人傳感器、機器人軌跡規劃、機器人程序設計、機器人的應用和展望等。本書特彆適閤作為高校本科生的機器人學教材，也適閤從事機器人學研究、開發和應用的科技人員參考。

目錄

CONTENTS
目　　錄
代序
前言
第1章　緒論1
　1.1　機器人學的發展1
　　　1.1.1　機器人的由來1
　　　1.1.2　機器人的定義2
　　　1.1.3　機器人學的進展2
　1.2　機器人的特點、結構與分類4
　　　1.2.1　機器人的主要特點4
　　　1.2.2　機器人係統的結構4
　　　1.2.3　機器人的自由度5
　　　1.2.4　機器人的分類6
　1.3　機器人學與人工智能9
　　　1.3.1　機器人學與人工智能的關係10
　　　1.3.2　機器人學的研究領域11
　　　1.3.3　智能機器人11
　1.4　本書概要12
　1.5　本章小結13
　習題14
第2章　數理基礎15
　2.1　位置和姿態的錶示15
　　　2.1.1　位置描述15
　　　2.1.2　方位描述15
　　　2.1.3　位姿描述16
　2.2　坐標變換17
　　　2.2.1　平移坐標變換17
　　　2.2.2　鏇轉坐標變換17
　2.3　齊次坐標變換18
　　　2.3.1　齊次變換18
　　　2.3.2　平移齊次坐標變換20
　　　2.3.3　鏇轉齊次坐標變換21
　2.4　物體的變換及逆變換22
　　　2.4.1　物體位置描述22
　　　2.4.2　齊次變換的逆變換23
　　　2.4.3　變換方程初步25
　2.5　通用鏇轉變換26
　　　2.5.1　通用鏇轉變換公式26
　　　2.5.2　等效轉角與轉軸27
　2.6　本章小結28
　習題29
第3章　機器人運動學31
　3.1　機器人運動方程的錶示31
　　　3.1.1　運動姿態和方嚮角32
　　　3.1.2　運動位置和坐標34
　　　3.1.3　連杆變換矩陣及其乘積35
　3.2　機械手運動方程的求解38
　　　3.2.1　歐拉變換解38
　　　3.2.2　滾、仰、偏變換解41
　　　3.2.3　球麵變換解42
　3.3　PUMA 560機器人運動方程43
　　　3.3.1　PUMA 560運動分析43
　　　3.3.2　PUMA 560運動綜閤47
　3.4　本章小結50
　習題50
第4章　機器人動力學55
　4.1　剛體動力學55
　　　4.1.1　剛體的動能與位能56
　　　4.1.2　動力學方程的兩種求法58
　4.2　機械手動力學方程62
　　　4.2.1　速度的計算63
　　　4.2.2　動能和位能的計算64
　　　4.2.3　動力學方程的推導67
　4.3　本章小結68
　習題69
第5章　機器人控製71
　5.1　機器人的基本控製原則71
　　　5.1.1　基本控製原則71
　　　5.1.2　伺服控製係統舉例74
　5.2　機器人的位置控製76
　　　5.2.1　直流傳動係統的建模76
　　　5.2.2　位置控製的基本結構79
　　　5.2.3　單關節位置控製器81
　　　5.2.4　多關節位置控製器88
　5.3　機器人的力和位置混閤控製90
　　　5.3.1　力和位置混閤控製方案90
　　　5.3.2　力和位置混閤控製係統控製規律的綜閤92
　5.4　機器人的智能控製96
　　　5.4.1　智能控製係統的分類97
　　　5.4.2　機器人自適應模糊控製102
　　　5.4.3　多指靈巧手的神經控製105
　5.5　本章小結108
　習題109
第6章　機器人傳感器112
　6.1　機器人傳感器概述112
　　　6.1.1　機器人傳感器的特點與分類112
　　　6.1.2　應用傳感器時應考慮的問題114
　6.2　內傳感器115
　　　6.2.1　位移位置傳感器115
　　　6.2.2　速度和加速度傳感器119
　　　6.2.3　力覺傳感器120
　6.3　外傳感器123
　　　6.3.1　觸覺傳感器123
　　　6.3.2　應力傳感器126
　　　6.3.3　接近度傳感器127
　　　6.3.4　其他外傳感器129
　6.4　機器人視覺裝置130
　　　6.4.1　機器人眼130
　　　6.4.2　視頻信號數字變換器132
　　　6.4.3　固態視覺裝置133
　　　6.4.4　激光雷達136
　6.5　本章小結137
　習題137
第7章　機器人軌跡規劃139
　7.1　軌跡規劃應考慮的問題139
　7.2　關節軌跡的插值計算140
　　　7.2.1　三次多項式插值141
　　　7.2.2　過路徑點的三次多項式插值142
　　　7.2.3　高階多項式插值143
　　　7.2.4　用拋物綫過渡的綫性插值144
　　　7.2.5　過路徑點用拋物綫過渡的綫性插值145
　7.3　笛卡兒路徑軌跡規劃146
　7.4　規劃軌跡的實時生成152
　7.5　本章小結154
　習題155
第8章　機器人編程157
　8.1　機器人編程要求與語言類型157
　　　8.1.1　對機器人編程的要求157
　　　8.1.2　機器人編程語言的類型158
　8.2　機器人語言係統結構和基本功能160
　　　8.2.1　機器人語言係統的結構160
　　　8.2.2　機器人編程語言的基本功能160
　8.3　常用的機器人編程語言162
　　　8.3.1　VAL語言163
　　　8.3.2　SIGLA語言163
　　　8.3.3　IML語言164
　　　8.3.4　AL語言164
　8.4　機器人的離綫編程165
　　　8.4.1　機器人離綫編程的特點和主要內容165
　　　8.4.2　機器人離綫編程係統的結構167
　8.5　基於MATLAB的機器人學仿真170
　　　8.5.1　坐標變換170
　　　8.5.2　構建機器人對象171
　　　8.5.3　機器人運動學求解173
　　　8.5.4　軌跡規劃174
　8.6　本章小結175
　習題176
第9章　機器人應用178
　9.1　應用工業機器人必須考慮的因素178
　　　9.1.1　機器人的任務估計178
　　　9.1.2　應用機器人三要素179
　　　9.1.3　使用機器人的經驗準則179
　　　9.1.4　采用機器人的步驟180
　9.2　機器人的應用領域181
　　　9.2.1　工業機器人181
　　　9.2.2　探索機器人183
　　　9.2.3　服務機器人184
　　　9.2.4　軍事機器人186
　9.3　工業機器人應用舉例187
　　　9.3.1　材料搬運機器人187
　　　9.3.2　焊接機器人188
　　　9.3.3　噴漆機器人190
　9.4　本章小結192
　習題193
第10章　機器人學展望194
　10.1　機器人技術和市場的現狀194
　　　10.1.1　世界機器人發展現狀194
　　　10.1.2　國內機器人發展現狀196
　10.2　機器人技術的發展趨勢198
　10.3　各國雄心勃勃的機器人發展計劃200
　10.4　應用機器人引起的社會問題201
　10.5　本章小結203
　習題204
參考文獻205

前言/序言

機器人學作為一門高度交叉的前沿學科，引起許多具有不同專業背景人們的廣泛興趣，並對其進行深入研究，使其獲得瞭快速發展。自第一颱電子編程工業機器人問世50多年來，機器人學已取得令人矚目的成就。
　　　　本書介紹機器人學的基本原理及其應用，是一部比較係統和全麵的機器人學導論性著作。全書共10章。第1章簡述機器人學的起源與發展，討論機器人的定義，分析機器人的特點、結構與分類，探討機器人學與人工智能的關係和機器人學的研究領域。第2章討論機器人學的數理基礎，包括空間任意點的位置和姿態變換、坐標變換、齊次坐標變換、物體的變換和逆變換，以及通用鏇轉變換等。第3章闡述機器人運動方程的錶示與求解，包括機械手運動姿態、方嚮角、運動位置和坐標的運動方程以及連杆變換矩陣的錶示，歐拉變換、滾仰偏變換和球麵變換等求解方法等。第4章涉及機器人動力學方程，著重分析機械手動力學方程的兩種求法，即拉格朗日功能平衡法和牛頓歐拉動態平衡法，然後總結齣建立拉格朗日方程的步驟。第5章研究機器人的控製原則和控製方法，包括機器人的位置控製、力和位置混閤控製、智能控製等。第6章介紹機器人傳感器的特點與分類、各種典型的機器人內傳感器和外傳感器的工作原理。第7章討論機器人軌跡規劃問題，著重研究關節空間和笛卡兒空間中機器人運動的軌跡規劃和軌跡生成方法。第8章概括地論述機器人的程序設計，研究對機器人編程的要求和分類、機器人語言係統的結構和基本功能、幾種重要的專用機器人語言、機器人的離綫編程，以及基於MATLAB的機器人學仿真等。第9章探討機器人的應用問題，論述應用機器人必須考慮的因素和采用機器人的步驟，分析機器人的應用領域，介紹工業機器人的應用實例。第10章分析機器人學的現狀，展望機器人學的未來，包括國內外機器人技術和市場的發展現狀和預測、機器人技術的發展趨勢等。
　　　　本書適閤作為本科生教材，也適閤從事機器人學研究、開發和應用的科技人員學習參考。
　　　　本書第1版由蔡自興編著，第2版除蔡自興外，謝斌參與瞭3.1節、3.2節和8.5節的修訂工作，江南大學李挺也參與瞭3.1節的修訂工作。在本書編寫和齣版過程中，得到眾多領導、專傢、教授、朋友和學生的熱情鼓勵和幫助。中國工程院宋健院士在IFAC大會開幕式上所做主題報告摘錄，作為本書代序，是對本書作者和廣大讀者的極大支持和厚愛。在此特嚮有關領導、專傢、閤作者和廣大讀者緻以衷心的感謝，此外，還要特彆感謝部分國內外機器人學專著、教材和有關論文的作者們。
　　　　由於本書編寫時間倉促，書中一定有不足之處，希望得到各位專傢和廣大讀者的批評指正。
　　　　蔡自興　　2015年1月26日　　於中南大學民主樓

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