机器人技术基础（第2版 配光盘） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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刘极峰，丁继斌 编

图书标签:

• 机器人技术
• 机器人
• 自动化
• 控制工程
• 电子工程
• 机械工程
• 人工智能
• 配光盘
• 教材
• 第2版

出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040363524

版次：2

商品编码：11855703

包装：平装

丛书名： “十二五”普通高等教育本科国家级规划教材

开本：16开

出版时间：2012-12-01

用纸：胶版纸

页数：307

字数：390000

正文语种：中文

内容简介

　　《机器人技术基础（第2版）》本次修订的基本思路是：全书系统介绍机器人技术的基础知识，以国内外较流行的莫托曼机器人为主线，在相关章节充实国内外机器人的新技术，引入包括各编者已结题的工程实例，推介流行实用的编程语言和方法，各章结尾安排一定量的计算练习、编程或思考题，并在书后给出计算题等部分习题的参考答案，供学习时参考；附录中增加了获得中国机器人大赛等一等奖的竞赛机器人设计实例和机器人实验项目实例。
　　《机器人技术基础（第2版）》可作为应用型本科机类、近机类各专业的教材，也可作为远程教育、高职高专教育的教学用书，亦可供有关工程技术人员参考。

内页插图

目录

主要符号表

第1章 绪论
1．1 概述
1．1．1 机器人发展简史
1．1．2 机器人的定义
1．1．3 机器人技术的研究领域与相关学科
1．2 机器人的分类
1．2．1 按机器人的开发内容与应用分类
1．2．2 按机器人的发展程度分类
1．2．3 按机器人的性能指标分类
1．2．4 按机器人的结构形式分类
1．2．5 按坐标形式分类
1．2．6 按控制方式分类
1．2．7 按驱动方式分类
1．2．8 按机器人工作时的机座可动性分类
1．3 机器人的组成
1．4 机器人的技术参数
1．4．1 机器人的主要技术参数
1．4．2 MOTOMANUP6型通用工业机器人的技术参数
1．4．3 MOTOMANEA1400型弧焊机器人的技术参数
习题

第2章 机器人本体结构
2．1 概述
2．1．1 机器人本体的基本结构形式
2．1．2 机器人本体材料的选择
2．2 机身及臂部结构
2．2．1 机身结构的基本形式和特点
2．2．2 臂部结构的基本形式和特点
2．2．3 机器人的平稳性和臂杆平衡方法
2．3 腕部及手部结构
2．3．1 腕部结构的基本形式和特点
2．3．2 手部结构的基本形式和特点
2．4 传动及行走机构
2．4．1 传动机构的基本形式和特点
2．4．2 行走机构的基本形式和特点
习题

第3章 机器人运动学
3．1 齐次坐标与位姿表示
3．1．1 齐次坐标
3．1．2 位姿表示
3．2 齐次变换
3．2．1 旋转的齐次变换
3．2．2 平移的齐次变换
3．2．3 复合变换
3．3 机器人的位姿分析
3．3．1 杆件坐标系的建立
3．3．2 连杆坐标系间的变换矩阵
3．4 机器人正向运动学
3．4．1 斯坦福机器人运动方程
3．4．2 PUMA560型机器人运动学方程
3．5 机器人逆向运动学
3．5．1 逆向运动学的解
3．5．2 逆向运动学求解实例
3．6 苹果采摘机械手运动学分析实例
习题

第4章 机器人动力学
4．1 机器人雅可比
4．1．1 机器人雅可比的定义
4．1．2 机器人速度分析
4．1．3 机器人雅可比讨论
4．2 机器人静力分析
4．2．1 操作臂的力和力矩平衡
4．2．2 机器人力雅可比
4．2．3 机器人静力计算
4．3 机器人动力学方程
4．3．1 欧拉方程
4．3．2 拉格朗日方程
4．3．3 平面关节机器人动力学分析
4．4 机器人的动态特性
习题

第5章 机器人轨迹规划
5．1 概述
5．1．1 机器人轨迹的概念
5．1．2 轨迹规划的一般性问题
5．1．3 轨迹的生成方式
5．1．4 轨迹规划涉及的主要问题
5．2 插补方式分类与轨迹控制
5．2．1 插补方式分类
5．2．2 机器人轨迹控制过程
5．3 机器人轨迹插值计算
5．3．1 直线插补
5．3．2 圆弧插补
5．3．3 定时插补与定距插补
5．3．4 关节空间插补
5．4 机器人手部路径的轨迹规划
5．4．1 操作对象的描述
5．4．2 作业的描述
习题

第6章 机器人控制系统
6．1 机器人传感器
6．1．1 机器人传感器的特点和要求
6．1．2 机器人内部传感器
6．1．3 机器人外部传感器
6．2 驱动与运动控制系统
6．2．1 概述
6．2．2 基于计算机和芯片的运动控制器设计
6．2．3 基于PC技术的运动控制（卡）器
6．2．4 机器人的伺服执行机构
6．2．5 MOTOMANUP6型机器人的运动控制
6．3 控制理论与算法
6．3．1 机器人分解运动的速度控制
6．3．2 机器人分解运动的加速度控制
6．3．3 力和力矩的控制
习题

第7章 机器人语言与编程
7．1 概述
7．2 编程语言类型
7．2．1 动作级编程语言
7．2．2 对象级编程语言
7．2．3 任务级编程语言
7．3 编程语言系统
7．3．1 编程语言系统的组成
7．3．2 编程语言系统的基本功能
7．4 常用的机器人编程语言
7．4．1 VAL语言
7．4．2 SIGIA语言
7．4．3 IML语言
7．4．4 AL语言
7．5 机器人离线编程
7．5．1 机器人离线编程的特点及功能
7．5．2 机器人离线编程系统的结构
7．5．3 MOTOMANUP6型机器人离线编程仿真系统
习题

第8章 工业机器人
8．1 焊接机器人
8．1．1 概述
8．1．2 弧焊机器人工作站
8．1．3 弧焊机器人工作站柔性焊接夹具设计实例
8．2 搬运及码垛机器人工作站
8．2．1 纸浆成品搬运机器人工作站
8．2．2 汽车搬运机器人工作站
8．2．3 码垛机器人工作站
8．3 喷涂机器人
8．3．1 EP-500S小型电动喷涂机器人
8．3．2 EP-500S小型电动喷涂机器人在自动喷涂生产线上的应用
8．4 装配机器人
8．4．1 FANUC公司的电动机自动装配线
8．4．2 西屋公司的APAS系统
8．4．3 日立经验学习机器人装配系统
习题

第9章 操纵型机器人
9．1 概述
9．1．1 操纵型机器人的分类与应用
9．1．2 操纵型机器人的结构特点
9．2 操纵型机器人的控制
9．2．1 操纵型机器人的控制特点
9．2．2 操纵型机器人的控制设计
9．3 操纵型机器人实例
9．3．1 服务机器人
9．3．2 水下机器人
9．3．3 清扫机器人
9．3．4 割草机器人
9．3．5 果蔬采摘机器人
习题

第10章 智能机器人
10．1 概述
10．1．1 智能机器人技术的形成
10．1．2 智能机器人的应用
10．1．3 智能机器人的普及
10．2 智能机器人的新型驱动元件
10．2．1 静电驱动器
10．2．2 形状记忆合金驱动器
10．2．3 压电效应驱动器
10．2．4 磁致伸缩驱动器
10．2．5 人工肌肉
10．3 智能机器人的控制技术
10．3．1 智能机器人的模糊控制
10．3．2 智能机器人的人工神经网络控制
10．4 智能机器人的视觉技术
10．4．1 人的视觉原理
10．4．2 机器人视觉系统的组成
10．4．3 图像的预处理
10．4．4 图像的分割
10．4．5 机器人视觉系统的应用
10．5 智能机器人的发展与展望
10．5．1 智能机器人的发展趋势
10．5．2 智能机器人的发展展望
10．6 机器人焊缝视觉跟踪技术实例
习题

附录 机器人课程实验示例
实验示例一 慧鱼机器人模型组装综合实验
实验示例二 MOTOMAN机器人焊枪动作与编程实验

参考文献

前言/序言

　　21世纪是机器人技术创新、创造、发明和普及的新时代，各类机器人技术的发展日新月异，在全球范围内，机器人技术正悄然走进人类生活的方方面面：机器人医生、机器人护士、机器人厨师、机器人导游、机器人保姆、机器人花匠……以及自动按摩床、自动按摩椅、自动存取款机、自动售票机、自动售货机，厨房及房间的烟雾自动检测报警器，住宅小区立体车库的搬运机器人，人类生活中这些机器人产品，正为人类带来便捷和安全。
　　2007年比尔·盖茨在拉斯维加斯电子展演讲中讲到：“现在，我看着多种技术发展的趋势开始汇为一股推动机器人技术前进的洪流，我完全能够想象，机器人将成为人类日常生活的一部分。”他在《科学美国人》杂志向世界预言：“机器人领域即将重复个人计算机崛起的道路，只要点燃机器人普及的‘导火索’，这场革命必将与个人计算机一样，彻底改变人类的生活方式。”

机器人技术基础（第2版 配光盘） 内容简介 《机器人技术基础（第2版）》是一本深入浅出、系统全面介绍机器人技术核心知识与实践应用的权威教材。本书旨在为读者构建扎实的机器人技术理论框架，并结合实际操作，引导读者掌握机器人设计、构建、编程和应用的关键技能。本版在原有的基础上进行了修订与完善，引入了最新的行业发展动态和技术前沿，并配备了丰富的学习资源，力求为广大读者，尤其是高校学生、科研人员及机器人行业从业者，提供一份兼具学术深度和工程实用性的参考。 第一部分：机器人学概论与基础理论 本书首先从机器人学的宏观视角出发，为读者勾勒出机器人技术的整体图景。 机器人学导论： 详细阐述了机器人学的定义、发展历程、研究内容以及其在现代社会中的重要地位和广泛应用前景。从早期工业机器人的萌芽，到如今服务机器人、特种机器人、协作机器人等多元化发展，本书将带领读者回顾机器人技术波澜壮阔的演进之路，并展望未来发展趋势。 机器人学基本概念： 深入解析了机器人的基本组成部分，包括感知系统（传感器）、决策系统（控制器）和执行系统（执行器）的相互关系和协同工作原理。阐述了机器人本体的运动学和动力学基础，包括坐标变换、连杆变换、关节空间与工作空间的关系、雅可比矩阵、惯性矩阵、科里奥利力等关键概念，为后续的学习打下坚实的理论基础。 机器人学数学基础： 详细讲解了机器人学研究所必需的数学工具，包括线性代数（矩阵运算、特征值分解）、向量分析、微积分、概率论与数理统计等。重点强调这些数学工具在机器人运动学、动力学、状态估计、路径规划等方面的应用，帮助读者理解复杂的理论推导过程。 第二部分：机器人感知系统 感知是机器人“认识”世界、做出决策的基础。本部分将详尽介绍各类机器人传感器及其应用。 视觉感知： 深入剖析了机器视觉的原理和技术，包括图像采集、图像处理（滤波、边缘检测、形态学操作）、特征提取（SIFT, SURF, ORB等）、目标识别与跟踪。重点介绍单目视觉、双目视觉、RGB-D相机等不同视觉传感器的特性与应用场景。读者将了解如何利用视觉信息进行场景理解、物体定位、SLAM（同步定位与地图构建）等。 距离与位置感知： 详细介绍激光雷达（LiDAR）、超声波传感器、红外传感器等测量距离和环境信息的传感器。讲解其工作原理、性能参数、优缺点以及在避障、测距、环境建模等方面的应用。 姿态与力矩感知： 深入探讨了惯性测量单元（IMU，包括加速度计和陀螺仪）、磁力计、编码器、力/力矩传感器等用于测量机器人自身姿态、速度、关节角度以及与环境交互力的传感器。分析这些传感器在机器人导航、运动控制、人机交互中的作用。 其他传感器： 简要介绍触摸传感器、声音传感器、化学传感器等，拓展读者的感知技术视野。 第三部分：机器人运动控制 精准可靠的运动控制是机器人实现预定任务的关键。本部分将系统介绍机器人控制理论与方法。 机器人运动学： 详细讲解正运动学（根据关节变量计算末端执行器位姿）和逆运动学（根据期望末端执行器位姿计算关节变量）的理论与求解方法。介绍解析法、数值法等求解逆运动学的技术。 机器人动力学： 阐述机器人动力学模型（牛顿-欧拉法、拉格朗日法）的建立过程，分析机器人运动时的惯性力、科里奥利力、重力等影响。重点介绍动力学方程的应用，如轨迹规划、力控制等。 机器人控制器设计： 详尽介绍PID控制、基于模型的控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制等各类机器人控制器设计方法。通过具体的实例，展示如何设计和调整控制器参数以实现鲁棒、精确的运动控制。 路径规划与轨迹生成： 讲解如何在复杂环境中为机器人规划出一条安全、高效的运动路径。介绍全局路径规划算法（A、Dijkstra）和局部路径规划算法（Potential Field、Dynamic Window Approach）。同时，阐述轨迹生成技术，将路径转化为机器人的关节运动指令。 第四部分：机器人导航与定位 机器人在未知或动态环境中自主导航是其核心能力之一。本部分将深入探讨机器人导航与定位的理论与技术。 定位技术： 详细介绍里程计（Wheel Odometry）、惯性导航（INS）、GPS、信标定位等机器人自身位置估计方法。 SLAM（同步定位与地图构建）： 重点阐述SLAM技术，包括基于激光雷达的SLAM（如Gmapping, Cartographer）和基于视觉的SLAM（如ORB-SLAM, VINS-Fusion）。讲解SLAM的基本原理，包括传感器数据融合、特征匹配、后端优化等。 路径跟踪与避障： 讲解机器人在已知地图中如何沿着规划好的路径精确运动，以及如何实时检测并规避动态障碍物。 第五部分：机器人规划与决策 机器人如何根据环境信息和任务目标做出智能决策，是实现高级功能的前提。 任务规划： 介绍机器人任务规划的方法，包括基于状态空间的规划、基于行为的规划、以及AI规划技术（如STRIPS）。 行为决策： 阐述如何让机器人根据感知信息做出实时行为选择，例如避障行为、跟随行为、抓取行为等。 机器学习在机器人中的应用： 介绍强化学习、监督学习、无监督学习等机器学习方法在机器人感知、控制、决策等方面的最新应用。 第六部分：机器人系统集成与实践 理论学习需要与实践相结合。本部分将引导读者进行机器人系统的实际构建与开发。 机器人硬件平台： 介绍常见的机器人硬件平台，如ROS（Robot Operating System）兼容的机器人底盘、机械臂、无人机等。讲解不同平台的设计理念、核心组件和接口。 ROS（Robot Operating System）： 作为机器人开发的事实标准，本书将详细介绍ROS的架构、核心概念（节点、话题、服务、动作）、工具链（RViz, Rviz, Gazebo）以及如何利用ROS进行机器人程序的开发和集成。 机器人仿真： 讲解使用Gazebo等仿真平台进行机器人模型构建、环境搭建、算法测试和验证的重要性，以及如何在仿真环境中进行高效的开发。 案例研究： 通过介绍多个实际机器人应用案例，如工业自动化中的协作机器人、服务机器人（扫地机器人、送餐机器人）、自动驾驶汽车中的关键技术等，帮助读者理解理论知识在实际工程中的落地应用。 附带光盘内容 本书附带的光盘提供了丰富的配套学习资源，极大地增强了本书的学习价值。光盘中包含： 仿真软件与模型： 预置了Gazebo等主流机器人仿真软件的安装包，以及本书案例研究所需的机器人模型、传感器模型和环境模型。读者无需额外配置即可直接启动仿真环境，进行实践操作。 源代码示例： 提供了本书中介绍的各种算法和控制器的C++和Python实现源代码，方便读者学习、修改和扩展。这些代码经过精心设计和测试，可以直接运行或作为二次开发的基础。 数据集： 包含了一些常用的机器人学数据集，如图像数据集、点云数据集、传感器数据等，用于读者进行算法的训练和验证。 教学视频： 部分核心章节和关键技术的教学视频，以直观的方式讲解理论知识和操作步骤，辅助读者理解。 参考资料与链接： 收集了大量与机器人技术相关的学术论文、技术文档、开源项目链接等，方便读者进行更深入的研究和学习。 在线社区支持： 指引读者加入相关的在线技术社区，与其他学习者和专家进行交流，解决学习中遇到的问题。 总结 《机器人技术基础（第2版）》以其系统性的理论体系、丰富的实践指导和全面的学习资源，致力于成为机器人技术领域的一本必备参考书。无论您是初学者，还是希望深化专业知识的从业者，本书都将为您提供一条清晰的学习路径，帮助您掌握机器人技术的精髓，为未来的创新和发展奠定坚实基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书写风格非常独特，给人的感觉是一种“严谨又不失幽默”的学术探讨。作者在讲解一些非常复杂的理论，比如“机器人动力学”的时候，虽然内容本身很硬核，但作者却能用一种非常引人入胜的方式来呈现。他会巧妙地引用一些历史上著名的机器人实验，或者一些有趣的科技新闻来引出话题，然后逐步深入到理论分析。我尤其欣赏他在数学推导中的严谨性，每一个公式的来源、每一步推导的逻辑都解释得清清楚楚，让我这种数学功底不是特别扎实的人也能跟得上。而光盘的内容，更像是作者为读者量身定制的“实践宝典”。它里面有大量的程序代码，但不是那种“拿来主义”的黑箱代码，而是带有详细注释的、可以让你深入理解其实现思路的代码。我曾经花了一段时间，研究了光盘里关于“路径规划”的算法实现，通过调试代码，我才真正明白了A算法和Dijkstra算法的区别和应用场景。这本书让我觉得，学习机器人技术，不仅要掌握理论，更重要的是要学会如何将理论转化为实际的工程项目，而这本书，恰恰为我提供了这样一个绝佳的平台。

评分☆☆☆☆☆

这本《机器人技术基础（第2版 配光盘）》绝对是我近期读到最让我兴奋的一本技术类书籍了！作为一个对机器人领域充满好奇但又略显小白的爱好者，我一直希望能找到一本既权威又易于理解的入门读物。而这本书，可以说完全超出了我的预期。从目录的设置就能看出作者的用心良苦，内容循序渐进，从最基础的机械结构、传动原理讲起，到传感器、控制器、决策规划，再到最后的实际应用案例，层层递进，逻辑清晰。尤其让我印象深刻的是，书中对于一些核心概念的解释，不再是枯燥的公式堆砌，而是穿插了大量的图示和生动的比喻，让那些抽象的技术术语变得鲜活起来。我曾经在理解“逆运动学”时感到十分困惑，翻阅了多本书籍都不得要领，但在这本书里，作者通过一个类比游戏的方式，将复杂的计算过程可视化，让我瞬间豁然开朗。更不用说那张配套的光盘了，简直是如虎添翼！里面包含了大量的仿真软件、算法示例代码，甚至还有一些完整的机器人项目源代码。这对于我这种喜欢动手实践的人来说，是无价之宝。我迫不及待地下载了几个仿真器，尝试着搭建了一个简单的机器人模型，通过修改代码，观察它的运动轨迹，这种成就感是看书本身无法比拟的。这本书不仅教会了我“是什么”，更重要的是教会了我“怎么做”，让我真正体会到了机器人技术的魅力所在。

评分☆☆☆☆☆

这本书的视角真的太独特了！作为一本技术书籍，它竟然能读出故事感来，我简直惊呆了。作者似乎不是在讲述枯燥的理论，而是在娓娓道来机器人技术是如何一步步发展到今天这样辉煌的。从早期的机械臂设计，到后来引入的智能算法，再到如今高度仿生的机器人，每一个里程碑式的进步都被作者赋予了生命。我特别喜欢其中关于“人工智能”在机器人发展中扮演角色的章节，它没有直接讲复杂的神经网络模型，而是从早期人工智能的梦想，到后来如何一步步克服技术瓶颈，最终赋能机器人实现自主决策的过程。读着读着，我仿佛看到了那些在实验室里不眠不休的科学家们，他们对未知的好奇心和探索精神，以及他们如何将科学幻想变成现实。光盘里的内容也同样让我惊喜，它不仅仅是代码的堆砌，更像是作者精心准备的“研究笔记”。里面有各种实验的演示视频，让我直观地看到了理论是如何转化为实际的工程成果的。我尤其喜欢其中关于“视觉伺服”的案例，看着机器人如何通过摄像头识别物体并精准地进行抓取，简直像看一部科幻大片！这本书让我看到了机器人技术背后的人文关怀和历史沉淀，而不仅仅是冰冷的机器和代码。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书最大的感受是它的“接地气”！作为一个在工业界摸爬滚打多年的工程师，我深知理论知识和实际应用之间的鸿沟。很多书讲的都是高大上的理论，但一到实际项目中，却发现寸步难行。而《机器人技术基础（第2版 配光盘）》这本书，恰恰弥补了这一点。它在讲解原理的同时，非常注重工程实现细节。例如，在讲到“电机选型”的时候，它不仅会介绍不同电机的优缺点，还会详细讲解如何根据负载、转速、精度等要求进行计算和选择，甚至还给出了一些实际的选型案例和注意事项。这对于我们这些需要直接落地项目的人来说，简直是福音！光盘里的内容更是直接解决了实践中的痛点。里面有大量的“现成”模块和工具，比如常用的传感器驱动库、运动控制算法的实现代码，还有一些故障排除的指南。我记得前段时间我负责的一个项目，遇到了一个棘手的“编码器信号干扰”问题，我花了几天时间都找不到原因，后来抱着试试看的心态去光盘里翻找，结果发现里面正好有一个关于“信号滤波与去噪”的专题讲解，提供了几种非常实用的处理方法，我照着操作，问题竟然迎刃而解了！这本书，真的能帮助我们把知识转化为生产力。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉是，它不仅仅是一本教材，更像是一个“智能伙伴”。我不是科班出身，对很多专业术语理解起来比较吃力，但这本书的设计真的很贴心。作者好像特别了解初学者的困惑点，所以在讲解每个概念的时候，都会提供非常详细的解释和相关的背景知识。比如，在讲解“PID控制器”的时候，它会先介绍它在现实生活中的应用（比如恒温器、汽车巡航控制），然后再逐步深入到其工作原理和参数调整，让我在理解理论的同时，也能体会到它在实际中的重要性。我特别喜欢它提供的那种“交互式”学习方式。光盘里有一些互动式的模拟场景，你可以通过调整参数来观察机器人行为的变化，甚至还可以尝试自己编写简单的控制程序。这比单纯看书要有趣得多，也更容易加深理解。我曾经花了一个下午的时间，用光盘里的仿真器搭建了一个简单的“避障机器人”，我不断地尝试修改避障算法，看着它在虚拟环境中灵活地躲避障碍物，那种感觉太棒了！这本书让我觉得学习机器人技术不再是枯燥的，而是充满乐趣和挑战的。