基於Spong和Vidyasagar所著的十分成功的經典教材《RobotDynamicsandControl》(Wiley,1989),本書對機器人領域做瞭徹底更新且十分完備的介紹。本書所介紹的基礎和高級內容不僅易讀,並且在數學推導上十分嚴謹。
譯者序
前言
第1章導論1
1.1機器人的數學模型2
1.1.1機器人的符號錶示2
1.1.2位形空間3
1.1.3狀態空間3
1.1.4工作空間3
1.2機器人作為一種機械裝置4
1.2.1機器人機械臂的分類4
1.2.2機器人係統5
1.2.3精度和重復精度5
1.2.4手腕和末端執行器6
1.3常見的運動學配置7
1.3.1關節型機械臂(RRR)7
1.3.2球坐標機械臂(RRP)7
1.3.3SCARA型機械臂(RRP)8
1.3.4圓柱型機械臂(RPP)8
1.3.5笛卡兒型機械臂(PPP)9
1.3.6並聯機械臂9
1.4本書概要10
習題14
附注與參考15
第2章剛性運動和齊次變換18
2.1位置的錶示方法18
2.2鏇轉的錶示方法19
2.2.1平麵內的鏇轉19
2.2.2三維空間內的鏇轉21
2.3鏇轉變換22
2.3.1相似變換24
2.4鏇轉的疊加25
2.4.1相對於當前坐標係的鏇轉25
2.4.2相對於固定坐標係的鏇轉26
2.4.3鏇轉變換的疊加定律26
2.5鏇轉的參數化27
2.5.1歐拉角27
2.5.2滾動角、俯仰角和偏航角29
2.5.3轉軸/角度錶示29
2.6剛性運動31
2.7齊次變換32
2.8本章總結33
習題34
附注與參考37
第3章正運動學和逆運動學38
第4章速度運動學——雅可比矩陣61
第5章路徑和軌跡規劃85
第6章獨立關節控製108
第7章動力學127
第8章多變量控製155
第9章力控製173
第10章幾何非綫性控製183
第11章計算機視覺204
第12章基於視覺的控製220
前言
Robot Modeling and Control自從20世紀80年代早期機器人機械臂被“吹捧”為自動化製造的終極解決方案以來,機器人領域發生瞭眾多令人興奮的變化。早期的預測是,如果必要的話未來整個工廠僅需要極少數人工操作者。有些人甚至預言連電力照明都是多餘的,因為機器人會“很高興地”在黑暗環境裏完成工作。這些預言在今天看來有些可笑,盡管如此,尋找為什麼此類預言沒有實現的原因發人深省。第一個原因可簡述如下:機器人很難代替或者在某種程度上等同於人類。人類十分擅長於自己的工作。自動化製造並不像安裝一個機器人並將工人從産品裝配綫上移走這麼簡單,它涉及復雜的係統集成問題。通常,整個工作單元需要重新設計,包括對裝配過程本身的分析、重新設計零件和設備、工作單元布局、傳感器開發、控製係統設計、軟件驗證以及大量的相互連接問題。結果是:除去如點焊、噴塗和碼垛等簡單任務,(使用機器人)所節省的人工成本並不能抵消上述開發成本。
因此,機器人技術在20世紀80年代晚期不再受人歡迎。現在,我們正在見證機器人技術的一次復興,不僅在製造領域,還包括很多其他領域,比如醫療機器人技術、搜索和救援、娛樂和服務機器人技術。近年來,我們看到機器人探測火星錶麵、定位沉船、搜索地雷以及尋找倒塌建築物下的災民。機器人技術被認為是更廣泛的機電一體化(mechatronics)領域的一部分。機電一體化被定義為機械、電子、控製和計算機科學的有機結閤。機器人是終極的機電一體化係統。
本書起初是作為由John Wiley & Sons公司於1989年齣版的《Robot Dynamics and Control》(由M. W. Spong和M. Vidyasagar所著)的第2版進行編寫的。但在編寫初期,我們發現由於第1版距今的時間跨度和本領域在此期間內的發展,本版最終將會是一本全新的書籍。我們在保留第1版的基本原理和優秀部分的基礎上,增添瞭很多新內容。本書所涉及的運動規劃、計算機視覺和視覺伺服控製都是全新的。我們重寫瞭關於控製的章節,以反映20世紀80年末期到90年代初期機器人控製領域的逐步成熟。本書的運動學和動力學基礎部分與第1版基本一緻,但從教學方麵對其進行瞭擴展和提高。
本書結構本書分為12章,前6章是基礎,後6章涉及高等內容。這些章節從概念上可以分為三組。在導論章節後,第2章到第5章涉及機器人運動的幾何問題。第6章到第10章涉及動力學和控製。最後,第11和12章討論瞭計算機視覺以及如何將其添加到機器人控製係統中。
下麵是對各章更為詳細的敘述。
第1章介紹機器人技術的曆史和術語,並就最通用的機器人設計和應用進行瞭討論。
第2章介紹剛性運動的數學知識,以及鏇轉、平移和齊次變換。
第3章介紹應用Denavit�睭artenberg方法對運動學進行正嚮求解,以及應用幾何方法對運動學進行逆嚮求解,該幾何方法十分適用於帶有球形手腕的機械臂。
第4章篇幅較長,涉及速度運動學和機械臂的雅可比矩陣。幾何雅可比矩陣由叉積形式推導得齣。我們還介紹瞭分析型雅可比矩陣,它用於後續的任務空間控製。該章還討論瞭可操作性的概念。
第5章介紹運動規劃和軌跡生成。該章介紹瞭有關運動規劃和避障的幾種最為流行的方法,包括人工勢場法、隨機算法以及概率路綫圖方法。我們把軌跡生成問題本質上當作多項式樣條插補問題來介紹。對於關節空間內的插補,我們推導瞭基於三次和五次多項式的軌跡生成以及梯形速度軌跡。
第6章介紹獨立關節的控製。我們用基於PD、PID和狀態空間的綫性控製來實現綫性驅動器和傳動係統動力學的跟蹤和抗乾擾等問題。為研究對時變參考軌跡的跟蹤問題,我們介紹瞭前饋控製的概念。
第7章詳細介紹瞭機器人動力學。基於第一性原理,本書推導瞭歐拉拉格朗日方程,並且詳細討論瞭其結構特性。本書還介紹瞭機器人動力學的遞推牛頓歐拉形式。
第8章討論多變量控製。該章綜述瞭20世紀80年代末和90年代初有關機器人控製的大多數研究,介紹瞭最通用的魯棒和自適應控製算法的簡單推導,為讀者進一步閱讀有關機器人控製的大量文獻打好基礎。
第9章解決力控製問題,討論瞭阻抗控製和混閤控製。
混閤阻抗控製方法是其他書中很少涉及的,它適用於控製阻抗,並同時對運動和力進行調控。
第10章介紹瞭幾何非綫性控製。相比其他章節,該章內容要高深很多,適閤研究生階段的非綫性控製和機器人學課程使用。盡管如此,該章內容在形式上可讀性好,也適閤高年級本科生閱讀。我們推導和證明瞭單輸入/單輸齣係統的局部反饋綫性化的充要條件,並將其用於柔性關節控製問題。我們也簡要討論瞭周氏定理在非完整約束控製係統問題中的應用。
第11章介紹計算機視覺。我們主要介紹適用於機器人應用方麵的計算機視覺,例如閾值、圖像分割和相機標定。
第12章討論視覺伺服控製問題,也就是利用安裝在機器人上或工作空間內的相機的反饋來控製機器人。
《機器人建模與控製》這本書,給我的感覺更像是一次深度探索,它帶領我深入到機器人“心髒”和“大腦”的構造之中。我之前對機器人建模的理解主要停留在概念層麵,這本書則將我帶入瞭具體的數學框架和物理原理。書中關於關節空間和任務空間建模的詳細對比,以及它們在不同機器人架構下的應用,讓我對如何描述機器人的運動有瞭更清晰的認識。作者在講解機器人動力學時,並沒有止步於靜態分析,而是著重於動態行為的建模,這對於理解機器人如何快速、準確地執行任務至關重要。我尤其欣賞書中對“柔順控製”概念的闡釋,這是一種在機器人與環境交互時,能夠感知並適應接觸力的控製策略,對於人機協作機器人和手術機器人等應用場景來說,簡直是“點睛之筆”。書中關於各種控製算法的介紹,從傳統的PID到更前沿的強化學習在機器人控製中的應用,都進行瞭非常全麵的概述,並給齣瞭相應的代碼示例和仿真結果,這對於想要將理論付諸實踐的讀者來說,無疑是巨大的福音。我曾嘗試按照書中的例子,在仿真軟件中復現一些控製算法,過程雖然充滿挑戰,但也收獲頗豐。這本書的深度和廣度都非常令人驚嘆,它不僅僅是一本教科書,更像是一本指引方嚮的“寶典”,能夠幫助讀者在機器人控製領域不斷前進。
評分我最近有幸拜讀瞭《機器人建模與控製》這本著作,可以說,這本書徹底改變瞭我對於機器人控製理論的看法。它所呈現的不僅僅是冰冷的公式和算法,更是一種對智能機器背後邏輯的深刻洞察。作者在書中對於機器人運動學和動力學模型的構建,處理得非常細緻入微。我特彆喜歡書中關於“雅可比矩陣”和“廣義逆”在運動學逆解中的應用講解,這些概念曾一度讓我感到睏惑,但書中通過圖示和逐步推導,將它們解釋得清晰透徹,讓我能夠理解它們在機器人末端執行器位置與關節角度之間轉換的關鍵作用。書中對於不同類型機器人(如串聯機器人、並聯機器人)的建模差異也進行瞭深入的剖析,讓我對機器人設計的靈活性和局限性有瞭更深刻的認識。在控製部分,書中對各種先進控製策略的介紹,讓我大開眼界。例如,關於“滑模控製”和“自適應魯棒控製”在處理機器人模型不確定性和外部擾動時的有效性,書中給齣瞭詳實的理論分析和仿真驗證。我曾嘗試將書中介紹的某些控製方法應用到我自己的一個小型機器人項目中,雖然過程中遇到瞭不少問題,但書中提供的思路和方法論,無疑為我指明瞭方嚮,讓我能夠更有效地解決問題。這本書的結構非常閤理,邏輯清晰,閱讀起來流暢而富有啓發性,仿佛一位博學的導師,在循循善誘地引導我進入機器人控製的奇妙世界。
評分《機器人建模與控製》這本書,就如同一個經驗豐富的嚮導,帶領我在復雜的機器人控製領域進行瞭一次精彩的徒步旅行。我之前對機器人控製的理解,更多地停留在錶麵,這本書則將我帶入瞭其核心的精髓。書中對機器人動力學建模的闡述,讓我理解瞭為什麼機器人會有慣性、阻尼和重力等影響其運動的因素,以及如何用數學語言精確地描述它們。我特彆欣賞書中對於“牛頓-歐拉法”和“拉格朗日法”在動力學建模中的比較和應用講解,這兩種方法的不同側重點和適用場景,在書中都得到瞭清晰的呈現,讓我能夠根據實際需求選擇閤適的建模方法。在控製章節,這本書將我帶入瞭更高級的控製理論的殿堂。我曾為書中關於“模型預測控製”(MPC)的講解所吸引,它能夠根據未來的預測信息來優化機器人的控製策略,這在處理復雜動力學係統和滿足多重約束條件時,展現齣瞭強大的能力。書中對MPC的原理、算法和應用場景都進行瞭詳細的介紹,並輔以大量的圖錶和公式推導,讓我能夠深入理解其工作機製。閱讀這本書,我常常能感受到作者對於機器人控製領域深厚的熱情和紮實的功底,他將復雜的理論巧妙地轉化為易於理解的內容,為讀者提供瞭寶貴的知識財富。這本書不僅拓寬瞭我的視野,更激發瞭我對機器人技術更深層次的探索欲望。
評分這本《機器人建模與控製》絕對是一部機器人學領域的“百科全書”式的著作,它以其宏大的視野和嚴謹的學術態度,為我打開瞭通往機器人世界的另一扇大門。我必須承認,一開始我對這本書的厚度和內容深度有些望而卻步,但當我真正沉浸其中,纔發現它所包含的知識是如此的豐富和係統。書中不僅僅涵蓋瞭機器人本體的建模,還深入探討瞭驅動係統、傳感器融閤以及末端執行器的設計考量。我特彆喜歡其中關於視覺伺服控製的章節,作者詳細介紹瞭如何利用相機圖像信息來指導機器人的運動,這對於需要精確定位的機器人應用來說至關重要。書中的算法講解也非常細緻,從基本的運動學逆解到復雜的路徑規劃,每一個步驟都經過反復推敲,力求清晰明瞭。讓我印象深刻的是,書中並沒有迴避一些現實世界中可能遇到的復雜問題,例如機器人運動中的不確定性、環境的動態變化以及執行器本身的非綫性特性。作者通過引入各種魯棒控製和自適應控製技術,為讀者提供瞭應對這些挑戰的有力工具。閱讀過程中,我常常會停下來思考,書中提齣的概念如何應用到我所熟悉的領域,甚至激發瞭我一些新的研究思路。這本書的語言風格也相當專業,沒有過多的華麗辭藻,但字字珠璣,充滿瞭科學的嚴謹性。它更像是一本值得反復研讀的參考書,每次翻閱都能有新的發現和體會,不斷地加深我對機器人係統整體運作機製的理解。
評分哇,我最近讀到瞭一本讓我驚喜不已的書,《機器人建模與控製》!這本書真的顛覆瞭我對機器人學的一些固有認知,讓我從一個全新的角度去理解這些精密的機器。這本書的作者在理論闡述上可謂是嘔心瀝血,將復雜的概念拆解得淋灕盡緻,仿佛一位技藝精湛的魔術師,將深奧的數學公式和物理定律轉化為通俗易懂的圖解和生動的比喻。我尤其欣賞書中對不同類型機器人建模方法的對比分析,比如從傳統的歐拉-拉格朗日方法到更現代的基於嚮量的錶示,書中都進行瞭深入淺齣的講解,並且輔以大量的實例,讓我能夠親眼看到這些抽象的理論如何在實際的機器人設計中落地生根。其中關於多體係統動力學的部分,我曾一度覺得是學習的難點,但這本書中的講解方式,結閤瞭圖示和清晰的推導過程,讓我茅塞頓開,甚至能夠自己嘗試對一些簡單的機器人機構進行建模。這本書並非僅僅停留在理論層麵,它更注重將理論與實際應用相結閤,讓我對機器人控製策略的理解也上升瞭一個層次。書中對於PID控製器、模糊邏輯控製器以及更先進的自適應控製和模型預測控製的介紹,都非常具有啓發性。我喜歡作者在講解控製算法時,不僅僅是羅列公式,而是會深入分析算法背後的原理,以及它們在應對不同機器人係統中的優勢和劣勢。閱讀過程中,我常常能感受到作者在字裏行間流露齣的對機器人技術的熱情和深刻洞察,仿佛在與一位經驗豐富的導師對話,娓娓道來,引人入勝。
評分不錯不錯,講的很透徹!
評分書的質量不錯,可參考,送貨也快
評分物有所值,非常棒!支持京東!
評分好
評分努力看書學習知識武裝自己。哈
評分正版圖書,脈絡清晰。
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評分趁京東做活動買瞭,真便宜
評分書的裝幀是很可以的,理論內容很多,我更希望是實踐內容居多的
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