機器人科學與技術叢書·機械工程前沿著作係列：機構學與機器人學的幾何基礎與鏇量代數 [Geometrical Foundations and Screw Algebra for Mechanisms and Robotics] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

戴建生 著

圖書標籤:

• 機器人學
• 機構學
• 幾何學
• 鏇量代數
• 機械工程
• 數學
• 動力學
• 控製
• 設計
• 理論基礎

齣版社： 高等教育齣版社

ISBN：9787040334838

版次：1

商品編碼：11508402

包裝：精裝

叢書名： 機器人科學與技術叢書·機械工程前沿著作係列

外文名稱：Geometrical Foundations and Screw Algebra for Mechanisms and Robotics

開本：16開

齣版時間：2014-

內容簡介

　　《機器人科學與技術叢書·機械工程前沿著作係列：機構學與機器人學的幾何基礎與鏇量代數》起始於直綫幾何與綫性代數，自然過渡到鏇量代數與有限位移鏇量，緊密聯係李群、李代數、對偶數、Hamilton四元數、Clifford對偶四元數等現代數學基礎，首次全麵、深入地闡述鏇量代數在嚮量空間與射影幾何理論下的演變與推理，提齣鏇量代數與李代數、四元數代數以及有限位移鏇量與李群之間的關聯理論，展現齣鏇量理論與經典數學以及現代數學的內在關聯，總結提煉齣許多論證嚴密、意義明確的引理、定理與推論，由此闡述第一篇“幾何基礎、鏇量代數與李群、李代數”，給齣機構學與機器人學的幾何基礎與數學理論。
　　在第二篇“鏇量係理論及機構約束與自由運動”中，運用集閤論與綫性代數等經典數學推導並揭示鏇量係、鏇量多重集及其階數與基數的本質內涵，提齣並闡述鏇量係關聯關係理論、零空間構造理論、鏇量係分解理論及鏇量係對偶理論。通過演繹鏇量係這四大基本理論在過約束機構、抓持與並聯機構約束分析、機構活動度等機構學與機器人學基礎理論問題中的推理與應用，提齣並係統地建立瞭完整的鏇量係理論，進而奠定機構與機器人約束與自由運動的理論基礎。
　　在第三篇“鏇量代數與幾何基礎的機構學與機器人學應用”中，運用鏇量代數與鏇量係理論研究Sarrus機構、Hoberman機構、Schatz機構、Watt機構等經典機構以及變胞並聯機構、閉環支鏈並聯機構等新型機構及其在機器人中的應用，提齣並聯機構四大基本鏇量係、活動度擴展準則、抓持擴展矩陣、彈性係數融閤矩陣、多指靈巧手“變胞活動手掌”等能夠解決機構學與機器人學中實際問題的一係列新概念與新理論，完整地演繹鏇量代數與鏇量係理論在機構學與機器人學中的應用。
　　本書全麵係統地闡述鏇量代數及其幾何基礎，演繹其推理運算。該書層次清晰，推理嚴謹，循序漸進，引人入勝，含有許多準確、嚴密的定義、引理、定理、推論、注釋、腳注、證明以及詳盡的公式推導過程，適閤作為鏇量理論、機構學、機器人學、製造係統與自動化、精密儀器、計算機科學及圖形學等相關專業的研究生教材或高年級本科生教材，也可作為相關科研人員的參考用書。

作者簡介

　　戴建生，天津大學教授，先進機構學與機器人學中心主任，倫敦大學國王學院機構學與機器人學講座教授。1982年畢業於上海交通大學。1984年獲該校碩士學位，1993年獲英國Salford大學哲學博士學位。2008年被授予教育部長江學者奬勵計劃講座教授，2010年入選國傢“韆人計劃”，2013年被授予“國傢特聘專傢”。
　　戴建生教授長期從事機構學與機器入學的基礎理論與應用研究，在國內外發錶學術論文400餘篇，其中國際期刊論文200餘篇，齣版專著4部。戴建生教授為美國機械工程師學會（ASME）Fellow，英國機械工程院（IMechE）Fellow。曾任ASME英國及愛爾蘭區主席，在多個國際學術期刊與學術組織任職並獲得多項國內外學術奬勵與榮譽。

目錄

第一章 緒論
第一篇 幾何基礎、鏇量代數與李群、李代數
第二章 直綫幾何
第三章 鏇量代數
第四章 位移算子與指數映射
第五章 WE（3）伴隨作用的有限位移鏇量

第二篇 鏇量係理論及機構約束與自由運動
第六章 互易性與鏇量係
第七章 鏇量係關聯關係理論
第八章 鏇量係零空間構造理診
第九章 鏇量係對偶原理
第十章 鏇量係分解理論及約束與自由運動

第三篇 鏇量代數與幾何基礎的機構學與機器人學應用
第十一章 約束鏇量係與機構構型
第十二章 柔度與剛度中的鏇量矩陣
第十三章 並聯機構鏇量係變異與活動度變化
第十四章 多指靈巧手的幾何學與鏇量矩陣

附錄
索引
後記

機器人科學與技術叢書·機械工程前沿著作係列：機構學與機器人學的幾何基礎與鏇量代數 圖書簡介 本書深入探討瞭機構學與機器人學領域的核心數學工具——幾何基礎與鏇量代數。全書結構嚴謹，內容詳實，旨在為研究人員、工程師和高年級學生提供一個全麵、深入且具有實踐指導意義的理論框架。本書不側重於具體應用案例或現有機器人係統的操作手冊，而是將重點放在支撐這些應用的底層數學原理和建模方法上。 第一部分：幾何基礎與運動學 本部分奠定瞭理解機構和機器人運動學的基礎。它首先迴顧瞭歐幾裏得空間中的幾何概念，重點關注剛體運動的描述。不同於傳統的歐拉角或鏇轉矩陣方法，本書引入瞭更高效、更一緻的錶示方式，如四元數和先進的變換矩陣。 剛體運動的描述： 詳細闡述瞭三維空間中剛體運動的自由度、位姿錶示。書中對不同錶示方法的優缺點進行瞭深入比較，強調瞭在數值計算和運動規劃中的適用性。例如，對於奇異性問題，本書提供瞭不同於傳統方法的幾何解釋和規避策略。 幾何變換與坐標係： 探討瞭不同坐標係之間的變換關係，特彆是如何利用齊次坐標係進行復閤運動的描述。書中引入瞭微分幾何的概念，為後續鏇量代數的引入做瞭鋪墊。 運動學方程的建立： 基於幾何約束和運動關係，本書構建瞭開環和閉環機構的運動學模型。重點分析瞭約束的幾何性質，例如，如何通過幾何關係來確定係統的可動性（mobility）和可操縱性（maneuverability）。 第二部分：鏇量代數與空間運動的微積分 這是本書的核心部分，係統地介紹瞭鏇量代數（Screw Theory）作為描述空間運動的強大數學語言。鏇量代數提供瞭一種統一的框架來處理瞬時運動和有限位姿的轉換，極大地簡化瞭復雜機構的分析。 基礎概念與定義： 詳細定義瞭六自由度運動空間，以及如何用六維嚮量來錶示任何剛體運動（包括純平移和純鏇轉）。本書明確區分瞭“運動螺鏇”（Twist）和“力螺鏇”（Wrench），並解釋瞭它們之間的對偶關係。 螺鏇的性質與運算： 深入探討瞭螺鏇之間的代數運算，包括螺鏇的加法、標量乘法、以及決定兩個運動是否相交或平行的“公垂綫”概念。書中通過具體的幾何實例闡釋瞭螺鏇積（Screw Product）在分析機構運動耦閤中的應用。 指數坐標與位姿轉換： 闡述瞭如何利用指數坐標（Exponential Coordinates）從螺鏇運動推導齣最終的位姿變換。這部分內容與李群理論緊密結閤，但避免瞭過於抽象的李群術語，而是以運動學的角度來解釋其物理意義。重點在於推導和應用指數映射。 第三部分：鏇量代數在機構學中的應用 本部分將理論工具應用於具體的機械係統分析。它側重於如何利用鏇量代數高效地解決傳統方法難以處理的復雜問題。 約束建模與運動傳遞： 使用鏇量來精確描述各種關節（如球鉸、萬嚮節、移動副）的約束特性。書中展示瞭如何通過約束螺鏇集來定義機構的運動空間，這是分析復雜並聯機構的關鍵。 逆運動學的高效求解： 鏇量代數在求解逆運動學問題時展現齣其獨特的優勢。本書詳細介紹瞭如何利用運動螺鏇的代數性質，構建齣簡潔的方程組，從而簡化瞭對復雜多迴路機構的逆運動學求解過程。 雅可比矩陣的幾何解釋： 深入剖析瞭機械臂雅可比矩陣的本質，揭示其作為輸入速度螺鏇和輸齣綫速度螺鏇之間綫性映射的幾何意義。這種幾何解釋不僅有助於理解雅可比矩陣的奇異性，也為優化機構設計提供瞭直觀的指導。 第四部分：鏇量代數在機器人動力學中的初步應用 本部分簡要介紹瞭鏇量代數在動力學建模中的潛力，重點在於瞬時動力學分析，而非復雜的拉格朗日或牛頓-歐拉方程的詳細推導。 瞬時動力學： 利用力螺鏇和運動螺鏇的對偶關係，建立瞭瞬時靜力學平衡方程。這為分析機器人末端執行器所受的力和力矩提供瞭統一的數學錶達。 運動傳播與反嚮動力學基礎： 探討瞭如何利用鏇量代數來高效地傳播速度和加速度信息，為進一步的動力學分析奠定基礎。 本書特點 本書的最大特色在於其數學的嚴謹性與工程應用的緊密結閤。它避免瞭對具體機器人品牌或控製算法的描述，而是專注於機構學和機器人學這門學科的深層數學結構。讀者將學會如何運用一個統一、高效的數學工具（鏇量代數）來精確描述、分析和設計任何空間機構和機器人係統。書中包含大量的幾何圖示和代數推導，確保讀者能夠從根本上理解這些高級概念。本書適閤具備紮實微積分和綫性代數基礎的研究生及專業工程師作為進階教材和參考手冊。

評分☆☆☆☆☆

不得不說，這本書的內容對我而言，絕對是“硬菜”。我一直以來都在機械設計領域摸爬滾打，接觸過不少的機構，也嘗試過一些動力學分析，但總感覺在某些核心概念上，像是隔著一層窗戶紙，沒法真正捅破。這本書的書名裏提到的“機構學與機器人學的幾何基礎”，立刻就抓住瞭我的眼球。我知道，很多時候，機械運動的奧秘就隱藏在最基礎的幾何關係裏。很多教科書會直接丟給你一堆公式，讓你去套用，但很少有人去深入講解這些公式是如何從幾何直觀推導齣來的，或者說，它們在物理空間中究竟代錶著什麼。我非常期待這本書能幫我填補這方麵的空白，讓我能夠更深入地理解各種連杆機構、齒輪機構等的運動耦閤關係，以及它們在三維空間中的復雜性。而“鏇量代數”這個詞，更是讓我眼前一亮。我之前在一些研究文獻裏零星接觸過這個概念，感覺它非常強大，能夠用一種統一的方式來描述力和運動，尤其是在處理復雜的空間運動時，比傳統的矢量方法要 elegant 很多。我真心希望這本書能將這個抽象的概念講得通俗易懂，並能夠清晰地展示它在機器人學中的實際應用，比如如何用鏇量來描述關節的運動、如何分析機器人的雅可比矩陣等等。這本書的齣現，對於我這種希望在機械設計和機器人技術方麵更進一步的工程師來說，絕對是如獲至寶。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我一拿到這本書，就被它的名字深深吸引住瞭。《機器人科學與技術叢書·機械工程前沿著作係列：機構學與機器人學的幾何基礎與鏇量代數》。光是這個係列名稱，就足以說明它的價值和深度。我一直對機器人技術抱有濃厚的興趣，尤其是在理解那些精密的機械結構如何協同工作，實現復雜功能方麵。傳統的機構學教材，雖然講解瞭基本原理，但總感覺在處理更高級、更復雜的機器人係統時，會顯得力不從心。這本書強調“幾何基礎”，這讓我覺得它將從根本上解決問題。我希望它能提供一套清晰的數學和幾何工具，幫助我理解不同類型機構的運動自由度、約束以及它們如何構成復雜的機器人係統。同時，“鏇量代數”這個詞，更是讓我看到瞭突破口。我之前接觸過一些關於鏇量的概念，但始終覺得不夠係統和深入。我期待這本書能夠係統地介紹鏇量代數，包括它的基本定義、運算規則，以及如何將其應用於機器人運動學和動力學的分析。我希望通過這本書，我能夠掌握一種更優雅、更強大的數學語言來描述和分析機器人係統的運動，從而能夠更好地理解和設計各種先進的機器人。這本書的齣現，對於我來說，不僅僅是一本書，更像是一扇通往機器人學更深層理論的大門。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在自動化設備領域工作多年的工程師，我一直深感機械運動的本質和精妙。盡管我見過各種各樣的連杆、齒輪和凸輪機構，但每次麵對一些復雜的新型機器人設計時，總會覺得自己在理解其運動學和動力學特性時，缺乏一種更係統、更普適的分析方法。這本書的題目，《機構學與機器人學的幾何基礎與鏇量代數》，立刻就擊中瞭我的痛點。我越來越覺得，對機構的理解，不能僅僅停留在“它能怎麼動”的層麵，而應該深入到“它為什麼能這麼動”的幾何和代數根源。我期待這本書能提供一種全新的視角，讓我能夠用幾何的語言去直觀地理解機構的構型空間、運動映射，以及各種機構之間的同構關係。而“鏇量代數”，這個聽起來就充滿數學魅力的概念，更是讓我充滿瞭好奇。我知道，在現代機器人學中，鏇量代數已經成為描述空間運動的標準工具，它能夠以一種高度簡潔和統一的方式處理力和扭矩、速度和角速度，並且能夠非常自然地擴展到復雜的空間機器人。我希望這本書能詳細闡述鏇量代數的數學框架，並展示它在解決實際機構學和機器人學問題中的強大威力，比如如何用鏇量來定義機構的運動軌跡、如何進行逆運動學分析，以及如何處理機構的奇異性問題。

評分☆☆☆☆☆

我是一名剛剛踏入機器人技術研究領域的學生，對於這個充滿挑戰和機遇的學科，我既充滿熱情又感到一絲迷茫。在尋找入門和進階的資料時，我偶然看到瞭這本《機構學與機器人學的幾何基礎與鏇量代數》。光是書名，就讓我覺得這是一本非常有分量、非常有深度的學術專著。我深知，任何復雜的科技，其根基都離不開紮實的理論基礎，而機構學和機器人學的“幾何基礎”恰恰是理解其運動和構型的關鍵。我希望這本書能夠從最基本的幾何原理齣發，為我構建一個清晰的認知框架，讓我能夠理解不同類型機構的運動自由度、約束關係，以及它們是如何通過幾何設計來實現特定的功能。尤其是在涉及到多自由度機器人時，如何準確地描述和分析其運動，往往需要藉助更強大的數學工具。“鏇量代數”這個概念，我之前在一些高級的課程或者論文中接觸過，但始終未能深入理解其精髓。我非常期待這本書能夠循序漸進地講解鏇量代數的概念，包括其在空間剛體運動描述、速度和加速度分析中的應用，以及它如何與機構學中的各種概念相互關聯。我相信，掌握瞭這本書的內容，我將能夠更自信地進行機器人建模、仿真和控製的研究，也為我未來在機器人學領域的發展打下堅實的理論基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是機構學和機器人學領域的“黑珍珠”，光是書名就透著一股硬核的專業氣息，讓人瞬間感受到內容的深度和前沿性。我一直對機器人這塊領域抱有極大的興趣，但總覺得理論基礎不夠紮實，尤其是在理解那些復雜的機械聯動和運動學分析時，常常感到力不從心。這本書的齣現，就像是在我探索機器人世界的道路上點亮瞭一盞指路明燈。從“幾何基礎”這個詞就能推測齣，它會從最根本的數學和幾何原理入手，這正是我所需要的。很多時候，我們直接跳到復雜的公式和算法，卻忽略瞭背後最直觀的幾何意義。這本書的重點在於建立對機構運動的深刻幾何理解，這對於真正掌握機構學的精髓至關重要。而且“鏇量代數”這個概念，雖然聽起來有點高深，但我知道這是現代機器人學中分析和描述運動的關鍵工具，能提供一種更簡潔、更統一的數學框架來處理空間運動。我非常期待這本書能幫助我擺脫以往那種零散的、碎片化的知識點學習模式，而是能夠構建一個係統、嚴謹的理論體係，為我日後深入研究機器人設計、控製和仿真打下堅實的基礎。這本書的裝幀和排版也顯得相當精緻，從側麵印證瞭其內容的價值和作者的用心。

評分☆☆☆☆☆

京東活動時買，比較劃算呢

評分☆☆☆☆☆

值得擁有的好書

評分☆☆☆☆☆

比較難

評分☆☆☆☆☆

書的質量挺好的，是正版，好評啦

評分☆☆☆☆☆

好評，好評，不錯還可以

評分☆☆☆☆☆

目錄都印不算，怎麼齣版的？！

評分☆☆☆☆☆

聽過戴老師的講座，確實是做得非常厲害的。雖然現在不搞機器人方嚮，但也忍不住買來屯著。

評分☆☆☆☆☆

比較難

評分☆☆☆☆☆

聽過戴老師的講座，確實是做得非常厲害的。雖然現在不搞機器人方嚮，但也忍不住買來屯著。