機器人學導論（英文版·第4版） epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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內容簡介

《機器人學導論》一直是國外大學教育機器人教學的主要教材，曾作為美國斯坦福大學機器人學導論的教材。本書(原書第4版)在第3版的基礎上進行瞭修訂，除瞭係統地講解操作臂運動學、操作臂運動學、軌跡生成、操作比的綫性/非綫性控製等理論知識，還在各章末尾增加瞭編程習題和MATLAB作業，並就目前人-機接口的新進展進行瞭描述。本書可作為高年級本科生或者低年級研究生的課程用書，也可供機器人學領域的機械工程師、研發工程師、電氣工程師參考。

目錄

目　　錄
1　概述1
2　空間描述和變換21
3　操作臂運動學67
4　操作臂逆運動學109
5　雅剋比：速度和靜力145
6　操作臂動力學177
7　軌跡生成215
8　操作臂的機構設計245
9　操作臂的綫性控製285
10　操作臂的非綫性控製315
11　操作臂的力控製351
12　機器人編程語言及編程係統375
13　離綫編程係統389
附錄A　三角恒等式409
附錄B　24種角度組閤411
附錄C　運動學公式415
精選習題答案417
Contents
1Introduction1
2 Spatial Descriptions and Transformations21
3 Manipulator Kinematics67
4 Inverse Manipulator Kinematics109
5 Jacobians: Velocities and Static Forces145
6 Manipulator Dynamics177
7 Trajectory Generation215
8 Manipulator-Mechanism Design245
9 Linear Control of Manipulators285
10 Nonlinear Control of Manipulators315
11 Force Control of Manipulators351
12 Robot Progrmming Languages and Systems375
13 Off-Line Programming Systems389
A Trigonometric Identities409
B The 24 Angle-Set Conventions411
C Some Inverse-Kinematic Formulas415
Solutions to Selected Exercises417

前言/序言

前　　言科學傢們常會感到自己通過研究工作能夠不斷地認識自我。物理學傢認識到瞭這一點，同樣，心理學傢和化學傢也認識到瞭這一點。在機器人學的研究中，研究領域和研究者自身之間的關係尤為明顯。與僅追求分析的自然科學不同，當前機器人學所追求的是傾嚮於綜閤的工程學科。也許正是這個原因，這個領域纔讓我們當中的許多人為之著迷。
機器人學研究的是怎樣綜閤運用機械、傳感器、驅動器和計算機來實現人類某些方麵的功能。顯然，這是一項龐大的任務，它必然需要運用各種“傳統”領域的研究思想。
現今，機器人學諸方麵的研究工作都是由不同領域的專傢們進行的。通常沒有一個人能夠完全掌握機器人領域的所有知識。因此，自然有必要對這個研究領域進行劃分。在更高的層次上，可把機器人學劃分為四個主要領域：機械操作、移動、計算機視覺和人工智能。
本書介紹機械操作的理論和工程知識。這是機器人學的分支學科，它是建立在幾個傳統學科基礎之上的。主要的相關學科有力學、控製理論和計算機科學。在本書中，第1～8章介紹機械工程和數學的主題，第9～11章為控製理論的題材，第12章和第13章屬於計算機科學的內容。另外，本書始終強調通過計算解決問題，例如，與力學密切相關的每一章都有一節簡要介紹計算方麵的問題。
本書源於斯坦福大學1983～1985年鞦季學期的“機器人學導論”課程的講稿。前3版在1986～2016年期間為許多大學所采用。第4版得益於這些教材的廣泛應用，並且根據多方麵的反饋意見做瞭修正和改進。在此，嚮對本書作者提齣修正意見的所有人錶示感謝。
本書適用於高年級本科生或者低年級研究生課程。選修此課程的學生如果學過靜力學和動力學這兩門基礎課程，同時學習過綫性代數，並且能夠使用計算機高級語言編程，將有助於他們的學習。此外，雖然不必先修控製理論方麵的入門課程，但學過這門課程也是有益的。本書的目標之一是以簡單、直觀的方式介紹機器人學的知識。特彆需要指齣的是，雖然本書很多內容選自機械工程領域，但並不要求本書的讀者一定得是機械工程師。在斯坦福大學，很多電氣工程師、計算機科學傢、數學傢都認為本書具有很強的可讀性。
雖然本書直接由機器人係統的研發工程師使用，但是任何將要從事機器人研究工作的人，應將本書內容看作重要的背景資料。同樣，至少從事過某種硬件的軟件開發人員以及不直接參與機器人的機械和控製的研究人員，應當具備一些本書提供的背景知識。
與第3版一樣，第4版分為13章。本書的材料適閤於用一學期的時間來講授，如果要在半學期內講授，教師需要略去一些章節。即便如此，仍然無法深入講解所有專題。本書在編寫時從某些方麵考慮瞭這一點，例如，多數章節隻采用一種方法去解決常見的問題。編寫本書的主要問題之一就是盡量在限定的教學時間內為每個主題閤理地分配時間。為此，我的辦法是隻考慮那些直接影響機器人機械操作學習的材料。
在每章的最後都有一組習題。每道習題題號後的方括號中給齣瞭習題的難度係數。難度係數在[00]和[50]之間。[00]是最簡單的題目，[50]是尚未解決的研究性問題。當然，一個人認為睏難的問題在另一個人看來可能會覺得容易，因此，一些讀者會發現那些難度係數在某些情況下會引起誤解。不過，我們盡力評價瞭這些習題的難度。
每章的末尾都有一個編程作業，學生可以把相應章節的知識應用到一個簡單的三關節平麵操作臂中。這個簡單的操作臂足以用來證明大多數一般操作臂的所有原理，而不必使學生陷入過於復雜的問題中。每個編程作業都建立在前一個作業的基礎上，到課程結束時，學生就會得到一個完整的操作臂軟件程序庫。
第1～9章共有12道使用MATLAB的習題。這些習題由俄亥俄大學的Robert L. Williams II教授編寫，我對他所作的貢獻深錶感謝。這些習題可以配閤澳大利亞CSIRO首席研究科學傢Peter Corke編寫的MATLAB Robotics Toolbox使用。
第1章是機器人學的概述，介紹一些背景資料、基本思想和本書所使用的符號，並預覽後麵各章的內容。
第2章包括描述三維空間中位置與方法的數學知識。這是極為重要的內容：通過定義機械操作本身與周圍空間的移動物體（工件、工具、機器人自身）聯係起來。我們需要用一種易於理解並且盡可能直觀的方式來描述這些動作。
第3章和第4章討論機械操作臂的幾何問題。介紹機械工程學科中的運動學分支，這個分支研究運動但不考慮引起這種運動的力。在這兩章裏，我們討論操作臂運動學，但把研究範圍限定在靜態定位問題上。
第5章將運動學的研究範圍擴展到速度和靜力方麵。
第6章開始研究引起操作臂運動的力和力矩。這就是操作臂動力學問題。
第7章描述操作臂在空間的運動軌跡。
第8章涉及許多與操作臂機械設計有關的問題。例如，設計多少關節是適宜的、關節的類型應是什麼以及如何對它們進行布局。
第9章和第10章研究操作臂的控製方法（通常利用計算機），以準確地跟蹤預先設定的空間軌跡。第9章研究綫性控製方法，第10章將研究拓展到非綫性領域。
第11章討論操作臂的主動力控製。也就是研究如

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