机器人自动化：建模、仿真与控制 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[法] 吕克·若兰（Luc Jaulin） 著，黄心汉 译

图书标签:

• 机器人自动化
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• 机器人仿真
• 机器人控制
• 自动化技术
• 工业机器人
• 控制系统
• MATLAB仿真
• Simulink
• 路径规划

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111570424

版次：1

商品编码：12114771

品牌：机工出版

包装：平装

丛书名： 机器人学译丛

开本：16开

出版时间：2017-06-01

用纸：胶版纸

页数：167

内容简介

本书介绍了机器人的建模、仿真和控制方法，主要内容包括：线性系统、机械系统、伺服电动机的建模，非线性系统的计算机仿真，线性系统及其稳定性和状态控制器，线性控制系统的能控性与能观性，线性化控制及非线性系统的稳定性等。本书适合作为自动控制相关专业的教材，也可以作为机器人方面专业人士的参考书。

作者简介

Luc Jaulin，机器人学教授，就职于ENSTA-Bretagne（ENSTA为法国高等科技学院，Bretagne为法国国立海军工程学院，是ENSTA的一个组成部分，隶属于法国国防部，位于法国西北部欧洲海洋科技的中心港口布雷斯特市），在Technopole Brest-Iroise旗下STICC实验室从事水下机器人和航海机器人相关的研究工作。

目录

Automation for Robotics

译者序
前言
第1章建模
1��1线性系统
1��2机械系统
1��3伺服电动机
1��4习题
1��5习题解答
第2章仿真
2��1向量场的概念
2��2图形表示
2��2��1模式
2��2��2旋转矩阵
2��2��3齐次坐标
2��3仿真
2��3��1欧拉法
2��3��2龙格库塔法
2��3��3泰勒法
2��4习题
2��5习题解答
第3章线性系统
3��1稳定性
3��2拉普拉斯变换
3��2��1拉普拉斯变量
3��2��2传递函数
3��2��3拉普拉斯变换
3��2��4输入输出关系
3��3状态方程与传递函数的关系
3��4习题
3��5习题解答
第4章线性控制
4��1能控性和能观性
4��2状态反馈控制
4��3输出反馈控制
4��4小结
4��5习题
4��6习题解答
第5章线性化控制
5��1线性化
5��1��1函数的线性化
5��1��2动态系统的线性化
5��1��3工作点附近的线性化
5��2非线性系统的稳定性
5��3习题
5��4习题解答
术语表
参考文献

前言/序言

　　前言AutomationforRoboticsⅠ��1状态表达式与我们紧密相关的生物、经济和机械系统通常都可以用如下微分方程来描述：

　　x·(t)=f(x(t)+u(t))y(t)=g(x(t)+u(t))假设该系统的时间t是连续的［JAU05］，u(t)是系统的输入（或控制）向量，y(t)是以一定精度检测出的系统输出向量。向量x(t)称为系统的状态，它表示系统的记忆，或者说当系统输入为u(t)时预测系统结果所需的信息。方程组中的第一个方程称为演化方程，该方程是一个微分方程，它给出了t时刻的状态向量x(t)的当前值和施加的控制向量u(t)。第二个方程称为观测方程，它用来计算t时刻在已知状态和控制时的输出向量y(t)。注意，观测方程不同于演化方程，由于它不包含导数项，因此它不是微分方程。这两个方程构成了系统的状态表达式。

　　有时我们用离散时间k来描述上面的状态方程，这里k∈Z，Z是整数集，例如计算机就是一个离散时间系统，它的离散时间k与微处理器的时钟同步。离散时间系统通常用下述递归方程描述：

　　x(k+1)=f(x(k)+u(k))y(k)=g(x(k)+u(k))本书的第一个目的是通过多做习题来了解状态表达的概念。为此，我们在第1章安排了各种各样的习题来揭示如何得到状态表达式，第2章对这些已知系统的状态表达式进行计算机仿真。

　　本书的第二个目的是提出由状态方程描述的系统的控制方法。换句话说，我们试图构建自动机械系统（人除了给出命令或设定点外，并不包含在系统中），控制器能够使系统按人的意愿进行控制（按人的需要对系统的行为进行改变）。为此，控制器将根据输出y(t)（或多或少有噪声）和设定点w(t)计算系统的输入u(t)（见图Ⅰ��1）。

　　图Ⅰ��1闭环控制系统概念图从用户的角度来看，具有输入w(t)和输出y(t)的闭环系统将产生合适的行为，这样就可以说我们控制了该系统。为了实现这个控制目标，首先来看看线性系统，也就是说，函数f和g假定是线性的。因此在连续时间的情况下，系统的状态方程可写成如下形式：

　　x·(t)=Ax(t)+Bu(t)y(t)=Cx(t)+Du(t)在离散时间情况下，它可写为x(k+1)=Ax(k)+Bu(k)y(k)=Cx(k)+Du(k)矩阵A、B、C、D分别称为演化、控制、观测和直接矩阵。系统的详细分析将在第3章进行，第4章将介绍如何使这些系统稳定，最后在第5章将像线性系统分析一样介绍工作点附近的非线性系统行为。对于那些工作点附近的非线性系统，可以采用与线性系统相同的方法进行稳定性的分析。

　　与本书有关的许多MATLAB程序可从以下网址得到：

　　http://www�眅nsta�瞓retagne�眆r/jaulin/isteauto�県tmlⅠ��2习题习题Ⅰ��1——水下机器人法国国立布列塔尼高等先进技术学校（SNSAT）的水下机器人Saucisse控制系统［JAU09］的照片如图Ⅰ��2所示。该系统包含1台计算机、3个螺旋桨、1台摄像机、1个罗盘和1台声呐装置。什么是该系统对应的输入向量u、输出向量y、状态向量x和设定点w？计算机位于控制回路的什么位置？图Ⅰ��2水下机器人的控制习题Ⅰ��2——帆船机器人图Ⅰ��3是法国海洋开发研究所（FRIES）和SNSAT的帆船机器人Vaimos控制系统［JAU12a,JAU12b］。该系统能够自主跟踪航线，它有1台安装在桅杆顶部的风速仪、1个罗盘和1台全球定位系统（GPS）。请给出该系统对应的输入向量u、输出向量y、状态向量x和设定点w。

　　图Ⅰ��3Vaimos依据风帆逆风行驶路线形成的曲折多变的航迹Ⅰ��3习题解答习题Ⅰ��1的解答输入向量u∈R3为3个螺旋桨的给定电压，输出向量y(t)包括罗盘、声呐数据和摄像机获取的图像，状态向量x对应机器人的位置、方向和速度，设定点w由操作者选定。例如，如果我们要进行航线控制，那么设定点w就是机器人的期望速度和路径。控制器是由计算机执行的程序。

　　习题Ⅰ��2的解答输入向量u∈R2为帆船的长度δmaxv和船舵的角度δg，输出向量y∈R4包含GPS的数据m、超声风速仪（桅杆上的风速仪）ψ和罗盘θ，设定点w对应要跟踪的航线段ab。图Ⅰ��4显示了该控制回路。操作者（未出现在图中）以机器人跟踪期望路径的方式分段跟踪航线序列（这里由12条线段形成一个方形路线，然后返回港口）。

　　图Ⅰ��4帆船机器人的控制回路

《量子纠缠的奥秘：超越经典世界的全新视角》 书籍简介 在一个由宏伟星系、微观粒子以及我们赖以生存的物理定律构成的宇宙中，人类对自然的探索从未停止。从古希腊哲学家对原子概念的模糊猜想，到牛顿力学对宏观世界的精准描述，再到爱因斯坦的相对论对时空的颠覆性重塑，每一次科学的飞跃都拓展了我们认知的边界。然而，在20世纪初，一门崭新的学科——量子力学，以其反直觉的特性，将我们带入了一个更加奇妙且难以捉摸的领域。而在这门学科的核心，隐藏着一个令人着迷的概念，它挑战了我们对现实世界最基本的理解，那就是——量子纠缠。 《量子纠缠的奥秘：超越经典世界的全新视角》并非一本技术性的教科书，它旨在以一种既深入浅出又引人入胜的方式，为读者揭示量子纠缠这一非凡现象的本质、发展历程、潜在应用及其深远的哲学意涵。本书将带领您踏上一段智识的旅程，穿越量子世界的奇诡风景，理解那些曾让伟大的物理学家们感到困惑的奇特行为，并思考这些行为可能如何重塑我们对信息、计算乃至现实本身的理解。 第一部分：拨开迷雾，初识量子纠缠 本书的开篇，我们将从宏观世界的直观体验出发，对比经典物理学中“独立性”和“局域性”这两个基本概念。例如，我们知道一个被抛起的球，它的轨迹和运动状态只取决于初始条件和作用于它的力，并且它不会“知道”远方另一颗星星发生了什么。这种“独立”和“局域”的直观感受，构成了我们日常经验的基础。 然而，一旦我们潜入微观世界的深处，这些直观的规律便开始瓦解。我们将通过生动形象的类比，例如一对特殊的手套，引入量子纠缠的概念。想象一下，你有一双手套，一只左手，一只右手，被分装在两个不透明的盒子里，然后随机发送到相距遥远的两地。在你打开其中一个盒子之前，你无法确定里面是左手套还是右手套。然而，一旦你打开一个盒子，发现里面是左手套，你瞬间就能知道另一个盒子里面一定是右手套，无论它离你有多远。 在量子世界，纠缠粒子之间就存在着一种类似但更为奇特的关联。当两个或多个粒子发生纠缠时，它们的状态就紧密地联系在一起，形成一个不可分割的整体。测量其中一个粒子的某个性质（例如自旋），无论另一个粒子与它相隔多远，其相应的性质会瞬间确定。这种“超距作用”——爱因斯坦曾将其称为“幽灵般的超距作用”（spooky action at a distance）——挑战了我们对于信息传播速度不能超过光速的经典认知。本书将详细解释，这种关联并非传统意义上的信息传递，而是量子态本身的一种内在联系。 我们将探讨量子纠缠的起源，以及在不同的量子系统中，如光子、电子、原子等，纠缠是如何产生的。我们会触及到诸如贝尔不等式（Bell's inequality）及其相关的实验验证，这些实验巧妙地排除了“隐变量”理论的可能性，从而有力地证明了量子纠缠的非局域性是量子力学固有的特性，而非我们认识上的局限。 第二部分：纠缠的“奇葩”行为与理论基石 为了更深入地理解量子纠缠，本书将逐步引入一些基础的量子力学概念，但会尽量避免过于繁复的数学推导，而是侧重于概念的理解。我们将介绍量子叠加（superposition）的概念，即一个粒子可以同时处于多种状态的混合体，直到被测量时才坍缩到一个确定的状态。纠缠态，可以看作是多个粒子叠加态之间的一种特殊且强烈的关联。 我们会深入探讨量子纠缠的几个核心表现，例如： 量子态的不可克隆性 (No-Cloning Theorem)：纠缠态的一个重要特性是，你无法复制一个任意的未知量子态，这意味着无法像复制经典比特那样复制量子比特。这对于量子通信的安全性至关重要。 量子隐形传态 (Quantum Teleportation)：这是一种利用量子纠缠来传输量子状态的奇特技术。请注意，这并非科幻小说中的物质传送，而是将一个粒子的量子信息“转移”到另一个粒子上。本书将详细阐述其背后的原理，以及实现隐形传态所需的经典通信和纠缠资源。 量子态的测量与退相干 (Decoherence)：测量行为如何影响纠缠态，以及环境的干扰如何导致纠缠态的消失（退相干），这是理解量子系统稳定性的关键。我们将讨论退相干的机制，以及如何尽可能地保护量子纠缠。 本书还将简要介绍量子力学的一些基本数学工具，例如希尔伯特空间（Hilbert space）和算符（operators），但会以可视化和直观的方式呈现，帮助读者建立对量子态描述的感性认识，而不是沉溺于抽象的数学公式。 第三部分：纠缠的潜能：赋能未来科技 量子纠缠并非仅仅是理论上的奇观，它更是解锁下一代革命性技术的钥匙。本书的第三部分将聚焦于量子纠缠在各个领域的广泛应用前景： 量子计算 (Quantum Computing)：传统的计算机以比特（0或1）作为信息单元，而量子计算机则使用量子比特（qubit），它可以处于0和1的叠加态，并且多个量子比特之间可以形成纠缠态。量子纠缠是量子算法（如Shor算法分解大数、Grover算法搜索数据库）实现指数级加速的核心资源。本书将探讨量子计算如何有望解决传统计算机难以逾越的复杂计算难题，例如药物研发、材料设计、金融建模、人工智能优化等。我们将介绍不同类型的量子计算机架构，例如超导量子比特、离子阱、光量子计算等，并讨论它们各自的优势与挑战。 量子通信 (Quantum Communication)：量子纠缠在保证通信安全方面具有得天独厚的优势。量子密钥分发 (Quantum Key Distribution, QKD) 利用量子纠缠的特性，可以生成无法被窃听的安全密钥。任何窃听行为都会干扰量子态，从而被通信双方立即察觉。本书将详细介绍QKD的原理，以及其在构建下一代安全通信网络中的作用。此外，我们还将探讨量子互联网（Quantum Internet）的构想，它将允许量子设备之间进行远距离的纠缠分发，从而实现全球范围的量子信息网络。 量子传感 (Quantum Sensing)：利用量子纠缠态的极高灵敏度，可以制造出超越经典极限的传感器。这些量子传感器在测量磁场、电场、重力、温度等方面具有巨大的潜力，有望在医学诊断、导航定位、地质勘探、基础科学研究等领域带来突破。本书将介绍量子传感器的基本原理，以及它们如何利用纠缠态来提高测量精度和探测能力。 量子模拟 (Quantum Simulation)：对于一些复杂量子系统的行为，我们很难在经典计算机上进行精确模拟。而利用另一个可控的量子系统（由纠缠态构成）来模拟目标量子系统的行为，则成为一种强大的工具。这对于理解高温超导、复杂分子动力学、量子多体物理等研究至关重要。本书将阐述量子模拟的原理，以及它如何帮助科学家探索尚未理解的物理现象。 第四部分：哲学遐想与未来展望 在本书的最后一章，我们将超越纯粹的技术层面，探讨量子纠缠所带来的深刻哲学思考。 现实的本质：量子纠缠是否意味着现实并非如我们所见的“独立”和“局域”？它是否暗示着宇宙本身存在着一种深层的、非局域的连接？ 观察者的角色：量子力学中的测量问题，以及观察者是否参与了现实的“创造”，这些古老的问题在量子纠缠的语境下，又被赋予了新的含义。 自由意志与决定论：纠缠态的测量结果似乎具有内在的随机性，这是否挑战了我们对决定论的理解？ 意识的奥秘：一些前沿的理论甚至试图将量子纠缠与意识的产生联系起来，虽然这仍是充满争议的领域，但它展示了量子纠缠作为一种基础物理现象，其影响力的深远。 本书的结尾，我们将回顾量子纠缠研究的现状，展望其未来的发展方向。从理论的深化，到实验技术的进步，再到实际应用的落地，量子纠缠的研究正以前所未有的速度向前推进。我们正站在一个新时代的黎明，一个由量子技术驱动的时代，而量子纠缠，无疑是照亮这个时代最耀眼的光芒之一。 《量子纠缠的奥秘：超越经典世界的全新视角》将为您打开一扇通往未知世界的大门，让您在惊叹于自然之精妙的同时，也为人类智慧的不断追求而感到振奋。无论您是科学爱好者，还是对未来科技充满好奇的探索者，本书都将是一次难忘的阅读体验，它将挑战您的认知，激发您的思考，并引领您更深刻地理解我们所处的宇宙。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题《机器人自动化：建模、仿真与控制》听起来非常全面，但我也知道，在实际应用中，这些概念是相互关联、相互促进的。我猜想，书中并非将这三个部分割裂开来讲解，而是会强调它们之间的协同作用。例如，精确的机器人建模是进行有效仿真的基础，而高质量的仿真数据和分析，又能够反过来指导我们优化控制算法的设计。 我希望书中能够展示一个完整的机器人系统开发流程，从最初的概念设计、数学建模，到在仿真环境中进行验证和调优，再到最终将控制算法部署到实际机器人硬件上进行测试和部署。这种端到端的视角，能够帮助读者建立起一个完整的知识体系，避免只停留在某个单一环节。我还期待书中能探讨一些在实际机器人应用中会遇到的常见挑战，例如传感器噪声的处理、执行器延迟的补偿、以及如何处理意外的碰撞和环境变化。如果书中能提供一些关于这些问题的解决方案和经验分享，那将非常有指导意义。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对机器人技术充满好奇的学生，这本书的标题《机器人自动化：建模、仿真与控制》就像是为我量身打造的。我虽然还没有翻开这本书，但我能想象到它会给我带来怎样的启迪。我相信，书中不仅仅会教授枯燥的数学公式和算法，更会引导我理解机器人“思考”和“行动”的逻辑。 我期待书中能够用生动有趣的语言，结合实际的工程案例，来讲解那些看似复杂的概念。比如，在介绍建模时，我希望它能用一个简单的机械臂来举例，一步步地推导出运动学方程，而不是上来就给一堆公式。在仿真部分，我期望它能介绍如何用可视化工具来展示机器人的运动，让我能直观地看到模型和算法的效果。而在控制部分，我希望它能让我明白，为什么不同的控制策略会产生不同的运动轨迹，以及如何在实际应用中选择最合适的策略。如果书中还能包含一些趣味性的挑战或小项目，鼓励我动手实践，那将是最好的。我坚信，这本书将是我探索机器人世界的一块重要基石。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就充满了未来感，银灰色的背景，中央是线条勾勒出的简洁机器人头部轮廓，眼神部分闪烁着数据流的光芒，让人一眼就能感受到其聚焦于“机器人”和“自动化”的科技主题。虽然我还没有开始阅读，但我对书中将要探讨的“建模、仿真与控制”这三个核心概念充满了期待。我知道，要让一个机器人真正地“动起来”，并且按照预设的指令精准地完成任务，背后涉及的是一套严谨而复杂的理论体系。 “建模”听起来就很有深度，它像是给机器人构建一个虚拟的“身体”和“大脑”。我想，书中会详细讲解如何将物理世界中的机器人运动学、动力学特性转化为数学模型，比如描述机器人关节的运动规律、关节之间的耦合关系，甚至是如何考虑机器人的质量、惯性、摩擦等因素。我猜测，可能还会涉及到不同类型的机器人建模方法，例如基于牛顿-欧拉方程的建模，或者是拉格朗日方程的建模，每种方法都有其适用的场景和优缺点。能够清晰地理解这些基础建模方法，对于后续的仿真和控制设计至关重要，就像盖房子需要牢固的地基一样。如果书中能够用清晰的图示和详实的数学推导来阐述这些概念，那将是极大的帮助。我非常好奇它会如何平衡理论的严谨性和实践的可操作性，是否会包含一些实际案例来佐证理论。

评分☆☆☆☆☆

我一直对能够让机械臂进行流畅、精确抓取的操作感到惊叹，而这本书的名字《机器人自动化：建模、仿真与控制》恰好点出了实现这一切的关键。我猜想，书中关于“仿真”的部分，会是让理论走向实践的桥梁。我希望它能详细介绍各种仿真软件的应用，比如ROS（机器人操作系统）下的Gazebo，或者MATLAB/Simulink中的Robotics System Toolbox。这些工具能够帮助我们在虚拟环境中验证模型的准确性，并在实际部署前发现潜在的问题。 我特别期待书中能深入讲解如何构建一个逼真的仿真环境，包括如何精确地模拟机器人的物理属性，如碰撞检测、重力影响，甚至是传感器的数据输出（例如相机图像、激光雷达点云）。更重要的是，我希望它能指导读者如何利用仿真结果来优化机器人的运动轨迹，减少不必要的能量消耗，提高运动的平稳性和效率。能否通过仿真来测试不同的控制算法，比较它们的性能，也是我非常关注的一点。一本好的技术书籍，不仅要讲清楚“是什么”，更要告诉我们“怎么做”，并且最好能提供一些“为什么”的深刻洞见。如果书中能通过丰富的仿真截图和代码片段来展示这些过程，那将非常有价值。

评分☆☆☆☆☆

“控制”无疑是机器人自动化中最具挑战性也最引人入胜的部分。我理解，这里的控制是指如何设计算法，让机器人能够根据传感器信息和预设的目标，主动地调整自身的动作，从而实现精确的运动和任务完成。我猜测，书中会介绍各种经典的机器人控制策略，例如PID控制，这是一种非常基础但应用广泛的控制方法，理解它的原理和参数调整对初学者至关重要。 除此之外，我非常希望书中能涉及更高级的控制技术，比如模型预测控制（MPC），它能够考虑未来的系统状态和约束，实现更优化的控制。还有自适应控制和鲁棒控制，在面对不确定性和干扰时，这些技术能让机器人表现得更加稳定和可靠。我尤其好奇书中是否会讲解如何将机器学习与机器人控制相结合，例如利用强化学习来训练机器人学习复杂的运动技能。如果书中能清晰地阐述不同控制方法的数学原理，并辅以实际的控制系统设计流程，那将是对我极大的启发。能够掌握如何让一个冰冷的机器按照人类的意愿“思考”和“行动”，这本身就是一件令人兴奋的事情。

评分☆☆☆☆☆

学习学习，努力提升，趋势科技

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书不错，内容很深，发货速度很快。。。

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正品图书，学习新知识了

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物有所值 是我想要的。下次还会买！

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很好的一本书！

评分☆☆☆☆☆

机器人的教材，理论讲的不错。做为非专业的，当参考书也可以

评分☆☆☆☆☆

书籍不错，质量也挺好

评分☆☆☆☆☆

不错的书，要认真看看了！

评分☆☆☆☆☆

听说不错，开始学习啦啦