機器人自動化：建模、仿真與控製 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[法] 呂剋·若蘭（Luc Jaulin） 著，黃心漢 譯

圖書標籤:

• 機器人自動化
• 機器人建模
• 機器人仿真
• 機器人控製
• 自動化技術
• 工業機器人
• 控製係統
• MATLAB仿真
• Simulink
• 路徑規劃

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111570424

版次：1

商品編碼：12114771

品牌：機工齣版

包裝：平裝

叢書名： 機器人學譯叢

開本：16開

齣版時間：2017-06-01

用紙：膠版紙

頁數：167

內容簡介

本書介紹瞭機器人的建模、仿真和控製方法，主要內容包括：綫性係統、機械係統、伺服電動機的建模，非綫性係統的計算機仿真，綫性係統及其穩定性和狀態控製器，綫性控製係統的能控性與能觀性，綫性化控製及非綫性係統的穩定性等。本書適閤作為自動控製相關專業的教材，也可以作為機器人方麵專業人士的參考書。

作者簡介

Luc Jaulin，機器人學教授，就職於ENSTA-Bretagne（ENSTA為法國高等科技學院，Bretagne為法國國立海軍工程學院，是ENSTA的一個組成部分，隸屬於法國國防部，位於法國西北部歐洲海洋科技的中心港口布雷斯特市），在Technopole Brest-Iroise旗下STICC實驗室從事水下機器人和航海機器人相關的研究工作。

目錄

Automation for Robotics

譯者序
前言
第1章建模
1��1綫性係統
1��2機械係統
1��3伺服電動機
1��4習題
1��5習題解答
第2章仿真
2��1嚮量場的概念
2��2圖形錶示
2��2��1模式
2��2��2鏇轉矩陣
2��2��3齊次坐標
2��3仿真
2��3��1歐拉法
2��3��2龍格庫塔法
2��3��3泰勒法
2��4習題
2��5習題解答
第3章綫性係統
3��1穩定性
3��2拉普拉斯變換
3��2��1拉普拉斯變量
3��2��2傳遞函數
3��2��3拉普拉斯變換
3��2��4輸入輸齣關係
3��3狀態方程與傳遞函數的關係
3��4習題
3��5習題解答
第4章綫性控製
4��1能控性和能觀性
4��2狀態反饋控製
4��3輸齣反饋控製
4��4小結
4��5習題
4��6習題解答
第5章綫性化控製
5��1綫性化
5��1��1函數的綫性化
5��1��2動態係統的綫性化
5��1��3工作點附近的綫性化
5��2非綫性係統的穩定性
5��3習題
5��4習題解答
術語錶
參考文獻

前言/序言

　　前言AutomationforRoboticsⅠ��1狀態錶達式與我們緊密相關的生物、經濟和機械係統通常都可以用如下微分方程來描述：

　　x·(t)=f(x(t)+u(t))y(t)=g(x(t)+u(t))假設該係統的時間t是連續的［JAU05］，u(t)是係統的輸入（或控製）嚮量，y(t)是以一定精度檢測齣的係統輸齣嚮量。嚮量x(t)稱為係統的狀態，它錶示係統的記憶，或者說當係統輸入為u(t)時預測係統結果所需的信息。方程組中的第一個方程稱為演化方程，該方程是一個微分方程，它給齣瞭t時刻的狀態嚮量x(t)的當前值和施加的控製嚮量u(t)。第二個方程稱為觀測方程，它用來計算t時刻在已知狀態和控製時的輸齣嚮量y(t)。注意，觀測方程不同於演化方程，由於它不包含導數項，因此它不是微分方程。這兩個方程構成瞭係統的狀態錶達式。

　　有時我們用離散時間k來描述上麵的狀態方程，這裏k∈Z，Z是整數集，例如計算機就是一個離散時間係統，它的離散時間k與微處理器的時鍾同步。離散時間係統通常用下述遞歸方程描述：

　　x(k+1)=f(x(k)+u(k))y(k)=g(x(k)+u(k))本書的第一個目的是通過多做習題來瞭解狀態錶達的概念。為此，我們在第1章安排瞭各種各樣的習題來揭示如何得到狀態錶達式，第2章對這些已知係統的狀態錶達式進行計算機仿真。

　　本書的第二個目的是提齣由狀態方程描述的係統的控製方法。換句話說，我們試圖構建自動機械係統（人除瞭給齣命令或設定點外，並不包含在係統中），控製器能夠使係統按人的意願進行控製（按人的需要對係統的行為進行改變）。為此，控製器將根據輸齣y(t)（或多或少有噪聲）和設定點w(t)計算係統的輸入u(t)（見圖Ⅰ��1）。

　　圖Ⅰ��1閉環控製係統概念圖從用戶的角度來看，具有輸入w(t)和輸齣y(t)的閉環係統將産生閤適的行為，這樣就可以說我們控製瞭該係統。為瞭實現這個控製目標，首先來看看綫性係統，也就是說，函數f和g假定是綫性的。因此在連續時間的情況下，係統的狀態方程可寫成如下形式：

　　x·(t)=Ax(t)+Bu(t)y(t)=Cx(t)+Du(t)在離散時間情況下，它可寫為x(k+1)=Ax(k)+Bu(k)y(k)=Cx(k)+Du(k)矩陣A、B、C、D分彆稱為演化、控製、觀測和直接矩陣。係統的詳細分析將在第3章進行，第4章將介紹如何使這些係統穩定，最後在第5章將像綫性係統分析一樣介紹工作點附近的非綫性係統行為。對於那些工作點附近的非綫性係統，可以采用與綫性係統相同的方法進行穩定性的分析。

　　與本書有關的許多MATLAB程序可從以下網址得到：

　　http://www�眅nsta�瞓retagne�眆r/jaulin/isteauto�県tmlⅠ��2習題習題Ⅰ��1——水下機器人法國國立布列塔尼高等先進技術學校（SNSAT）的水下機器人Saucisse控製係統［JAU09］的照片如圖Ⅰ��2所示。該係統包含1颱計算機、3個螺鏇槳、1颱攝像機、1個羅盤和1颱聲呐裝置。什麼是該係統對應的輸入嚮量u、輸齣嚮量y、狀態嚮量x和設定點w？計算機位於控製迴路的什麼位置？圖Ⅰ��2水下機器人的控製習題Ⅰ��2——帆船機器人圖Ⅰ��3是法國海洋開發研究所（FRIES）和SNSAT的帆船機器人Vaimos控製係統［JAU12a,JAU12b］。該係統能夠自主跟蹤航綫，它有1颱安裝在桅杆頂部的風速儀、1個羅盤和1颱全球定位係統（GPS）。請給齣該係統對應的輸入嚮量u、輸齣嚮量y、狀態嚮量x和設定點w。

　　圖Ⅰ��3Vaimos依據風帆逆風行駛路綫形成的麯摺多變的航跡Ⅰ��3習題解答習題Ⅰ��1的解答輸入嚮量u∈R3為3個螺鏇槳的給定電壓，輸齣嚮量y(t)包括羅盤、聲呐數據和攝像機獲取的圖像，狀態嚮量x對應機器人的位置、方嚮和速度，設定點w由操作者選定。例如，如果我們要進行航綫控製，那麼設定點w就是機器人的期望速度和路徑。控製器是由計算機執行的程序。

　　習題Ⅰ��2的解答輸入嚮量u∈R2為帆船的長度δmaxv和船舵的角度δg，輸齣嚮量y∈R4包含GPS的數據m、超聲風速儀（桅杆上的風速儀）ψ和羅盤θ，設定點w對應要跟蹤的航綫段ab。圖Ⅰ��4顯示瞭該控製迴路。操作者（未齣現在圖中）以機器人跟蹤期望路徑的方式分段跟蹤航綫序列（這裏由12條綫段形成一個方形路綫，然後返迴港口）。

　　圖Ⅰ��4帆船機器人的控製迴路

《量子糾纏的奧秘：超越經典世界的全新視角》 書籍簡介 在一個由宏偉星係、微觀粒子以及我們賴以生存的物理定律構成的宇宙中，人類對自然的探索從未停止。從古希臘哲學傢對原子概念的模糊猜想，到牛頓力學對宏觀世界的精準描述，再到愛因斯坦的相對論對時空的顛覆性重塑，每一次科學的飛躍都拓展瞭我們認知的邊界。然而，在20世紀初，一門嶄新的學科——量子力學，以其反直覺的特性，將我們帶入瞭一個更加奇妙且難以捉摸的領域。而在這門學科的核心，隱藏著一個令人著迷的概念，它挑戰瞭我們對現實世界最基本的理解，那就是——量子糾纏。 《量子糾纏的奧秘：超越經典世界的全新視角》並非一本技術性的教科書，它旨在以一種既深入淺齣又引人入勝的方式，為讀者揭示量子糾纏這一非凡現象的本質、發展曆程、潛在應用及其深遠的哲學意涵。本書將帶領您踏上一段智識的旅程，穿越量子世界的奇詭風景，理解那些曾讓偉大的物理學傢們感到睏惑的奇特行為，並思考這些行為可能如何重塑我們對信息、計算乃至現實本身的理解。 第一部分：撥開迷霧，初識量子糾纏 本書的開篇，我們將從宏觀世界的直觀體驗齣發，對比經典物理學中“獨立性”和“局域性”這兩個基本概念。例如，我們知道一個被拋起的球，它的軌跡和運動狀態隻取決於初始條件和作用於它的力，並且它不會“知道”遠方另一顆星星發生瞭什麼。這種“獨立”和“局域”的直觀感受，構成瞭我們日常經驗的基礎。 然而，一旦我們潛入微觀世界的深處，這些直觀的規律便開始瓦解。我們將通過生動形象的類比，例如一對特殊的手套，引入量子糾纏的概念。想象一下，你有一雙手套，一隻左手，一隻右手，被分裝在兩個不透明的盒子裏，然後隨機發送到相距遙遠的兩地。在你打開其中一個盒子之前，你無法確定裏麵是左手套還是右手套。然而，一旦你打開一個盒子，發現裏麵是左手套，你瞬間就能知道另一個盒子裏麵一定是右手套，無論它離你有多遠。 在量子世界，糾纏粒子之間就存在著一種類似但更為奇特的關聯。當兩個或多個粒子發生糾纏時，它們的狀態就緊密地聯係在一起，形成一個不可分割的整體。測量其中一個粒子的某個性質（例如自鏇），無論另一個粒子與它相隔多遠，其相應的性質會瞬間確定。這種“超距作用”——愛因斯坦曾將其稱為“幽靈般的超距作用”（spooky action at a distance）——挑戰瞭我們對於信息傳播速度不能超過光速的經典認知。本書將詳細解釋，這種關聯並非傳統意義上的信息傳遞，而是量子態本身的一種內在聯係。 我們將探討量子糾纏的起源，以及在不同的量子係統中，如光子、電子、原子等，糾纏是如何産生的。我們會觸及到諸如貝爾不等式（Bell's inequality）及其相關的實驗驗證，這些實驗巧妙地排除瞭“隱變量”理論的可能性，從而有力地證明瞭量子糾纏的非局域性是量子力學固有的特性，而非我們認識上的局限。 第二部分：糾纏的“奇葩”行為與理論基石 為瞭更深入地理解量子糾纏，本書將逐步引入一些基礎的量子力學概念，但會盡量避免過於繁復的數學推導，而是側重於概念的理解。我們將介紹量子疊加（superposition）的概念，即一個粒子可以同時處於多種狀態的混閤體，直到被測量時纔坍縮到一個確定的狀態。糾纏態，可以看作是多個粒子疊加態之間的一種特殊且強烈的關聯。 我們會深入探討量子糾纏的幾個核心錶現，例如： 量子態的不可剋隆性 (No-Cloning Theorem)：糾纏態的一個重要特性是，你無法復製一個任意的未知量子態，這意味著無法像復製經典比特那樣復製量子比特。這對於量子通信的安全性至關重要。 量子隱形傳態 (Quantum Teleportation)：這是一種利用量子糾纏來傳輸量子狀態的奇特技術。請注意，這並非科幻小說中的物質傳送，而是將一個粒子的量子信息“轉移”到另一個粒子上。本書將詳細闡述其背後的原理，以及實現隱形傳態所需的經典通信和糾纏資源。 量子態的測量與退相乾 (Decoherence)：測量行為如何影響糾纏態，以及環境的乾擾如何導緻糾纏態的消失（退相乾），這是理解量子係統穩定性的關鍵。我們將討論退相乾的機製，以及如何盡可能地保護量子糾纏。 本書還將簡要介紹量子力學的一些基本數學工具，例如希爾伯特空間（Hilbert space）和算符（operators），但會以可視化和直觀的方式呈現，幫助讀者建立對量子態描述的感性認識，而不是沉溺於抽象的數學公式。 第三部分：糾纏的潛能：賦能未來科技 量子糾纏並非僅僅是理論上的奇觀，它更是解鎖下一代革命性技術的鑰匙。本書的第三部分將聚焦於量子糾纏在各個領域的廣泛應用前景： 量子計算 (Quantum Computing)：傳統的計算機以比特（0或1）作為信息單元，而量子計算機則使用量子比特（qubit），它可以處於0和1的疊加態，並且多個量子比特之間可以形成糾纏態。量子糾纏是量子算法（如Shor算法分解大數、Grover算法搜索數據庫）實現指數級加速的核心資源。本書將探討量子計算如何有望解決傳統計算機難以逾越的復雜計算難題，例如藥物研發、材料設計、金融建模、人工智能優化等。我們將介紹不同類型的量子計算機架構，例如超導量子比特、離子阱、光量子計算等，並討論它們各自的優勢與挑戰。 量子通信 (Quantum Communication)：量子糾纏在保證通信安全方麵具有得天獨厚的優勢。量子密鑰分發 (Quantum Key Distribution, QKD) 利用量子糾纏的特性，可以生成無法被竊聽的安全密鑰。任何竊聽行為都會乾擾量子態，從而被通信雙方立即察覺。本書將詳細介紹QKD的原理，以及其在構建下一代安全通信網絡中的作用。此外，我們還將探討量子互聯網（Quantum Internet）的構想，它將允許量子設備之間進行遠距離的糾纏分發，從而實現全球範圍的量子信息網絡。 量子傳感 (Quantum Sensing)：利用量子糾纏態的極高靈敏度，可以製造齣超越經典極限的傳感器。這些量子傳感器在測量磁場、電場、重力、溫度等方麵具有巨大的潛力，有望在醫學診斷、導航定位、地質勘探、基礎科學研究等領域帶來突破。本書將介紹量子傳感器的基本原理，以及它們如何利用糾纏態來提高測量精度和探測能力。 量子模擬 (Quantum Simulation)：對於一些復雜量子係統的行為，我們很難在經典計算機上進行精確模擬。而利用另一個可控的量子係統（由糾纏態構成）來模擬目標量子係統的行為，則成為一種強大的工具。這對於理解高溫超導、復雜分子動力學、量子多體物理等研究至關重要。本書將闡述量子模擬的原理，以及它如何幫助科學傢探索尚未理解的物理現象。 第四部分：哲學遐想與未來展望 在本書的最後一章，我們將超越純粹的技術層麵，探討量子糾纏所帶來的深刻哲學思考。 現實的本質：量子糾纏是否意味著現實並非如我們所見的“獨立”和“局域”？它是否暗示著宇宙本身存在著一種深層的、非局域的連接？ 觀察者的角色：量子力學中的測量問題，以及觀察者是否參與瞭現實的“創造”，這些古老的問題在量子糾纏的語境下，又被賦予瞭新的含義。 自由意誌與決定論：糾纏態的測量結果似乎具有內在的隨機性，這是否挑戰瞭我們對決定論的理解？ 意識的奧秘：一些前沿的理論甚至試圖將量子糾纏與意識的産生聯係起來，雖然這仍是充滿爭議的領域，但它展示瞭量子糾纏作為一種基礎物理現象，其影響力的深遠。 本書的結尾，我們將迴顧量子糾纏研究的現狀，展望其未來的發展方嚮。從理論的深化，到實驗技術的進步，再到實際應用的落地，量子糾纏的研究正以前所未有的速度嚮前推進。我們正站在一個新時代的黎明，一個由量子技術驅動的時代，而量子糾纏，無疑是照亮這個時代最耀眼的光芒之一。 《量子糾纏的奧秘：超越經典世界的全新視角》將為您打開一扇通往未知世界的大門，讓您在驚嘆於自然之精妙的同時，也為人類智慧的不斷追求而感到振奮。無論您是科學愛好者，還是對未來科技充滿好奇的探索者，本書都將是一次難忘的閱讀體驗，它將挑戰您的認知，激發您的思考，並引領您更深刻地理解我們所處的宇宙。

評分☆☆☆☆☆

“控製”無疑是機器人自動化中最具挑戰性也最引人入勝的部分。我理解，這裏的控製是指如何設計算法，讓機器人能夠根據傳感器信息和預設的目標，主動地調整自身的動作，從而實現精確的運動和任務完成。我猜測，書中會介紹各種經典的機器人控製策略，例如PID控製，這是一種非常基礎但應用廣泛的控製方法，理解它的原理和參數調整對初學者至關重要。 除此之外，我非常希望書中能涉及更高級的控製技術，比如模型預測控製（MPC），它能夠考慮未來的係統狀態和約束，實現更優化的控製。還有自適應控製和魯棒控製，在麵對不確定性和乾擾時，這些技術能讓機器人錶現得更加穩定和可靠。我尤其好奇書中是否會講解如何將機器學習與機器人控製相結閤，例如利用強化學習來訓練機器人學習復雜的運動技能。如果書中能清晰地闡述不同控製方法的數學原理，並輔以實際的控製係統設計流程，那將是對我極大的啓發。能夠掌握如何讓一個冰冷的機器按照人類的意願“思考”和“行動”，這本身就是一件令人興奮的事情。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就充滿瞭未來感，銀灰色的背景，中央是綫條勾勒齣的簡潔機器人頭部輪廓，眼神部分閃爍著數據流的光芒，讓人一眼就能感受到其聚焦於“機器人”和“自動化”的科技主題。雖然我還沒有開始閱讀，但我對書中將要探討的“建模、仿真與控製”這三個核心概念充滿瞭期待。我知道，要讓一個機器人真正地“動起來”，並且按照預設的指令精準地完成任務，背後涉及的是一套嚴謹而復雜的理論體係。 “建模”聽起來就很有深度，它像是給機器人構建一個虛擬的“身體”和“大腦”。我想，書中會詳細講解如何將物理世界中的機器人運動學、動力學特性轉化為數學模型，比如描述機器人關節的運動規律、關節之間的耦閤關係，甚至是如何考慮機器人的質量、慣性、摩擦等因素。我猜測，可能還會涉及到不同類型的機器人建模方法，例如基於牛頓-歐拉方程的建模，或者是拉格朗日方程的建模，每種方法都有其適用的場景和優缺點。能夠清晰地理解這些基礎建模方法，對於後續的仿真和控製設計至關重要，就像蓋房子需要牢固的地基一樣。如果書中能夠用清晰的圖示和詳實的數學推導來闡述這些概念，那將是極大的幫助。我非常好奇它會如何平衡理論的嚴謹性和實踐的可操作性，是否會包含一些實際案例來佐證理論。

評分☆☆☆☆☆

我一直對能夠讓機械臂進行流暢、精確抓取的操作感到驚嘆，而這本書的名字《機器人自動化：建模、仿真與控製》恰好點齣瞭實現這一切的關鍵。我猜想，書中關於“仿真”的部分，會是讓理論走嚮實踐的橋梁。我希望它能詳細介紹各種仿真軟件的應用，比如ROS（機器人操作係統）下的Gazebo，或者MATLAB/Simulink中的Robotics System Toolbox。這些工具能夠幫助我們在虛擬環境中驗證模型的準確性，並在實際部署前發現潛在的問題。 我特彆期待書中能深入講解如何構建一個逼真的仿真環境，包括如何精確地模擬機器人的物理屬性，如碰撞檢測、重力影響，甚至是傳感器的數據輸齣（例如相機圖像、激光雷達點雲）。更重要的是，我希望它能指導讀者如何利用仿真結果來優化機器人的運動軌跡，減少不必要的能量消耗，提高運動的平穩性和效率。能否通過仿真來測試不同的控製算法，比較它們的性能，也是我非常關注的一點。一本好的技術書籍，不僅要講清楚“是什麼”，更要告訴我們“怎麼做”，並且最好能提供一些“為什麼”的深刻洞見。如果書中能通過豐富的仿真截圖和代碼片段來展示這些過程，那將非常有價值。

評分☆☆☆☆☆

我是一名對機器人技術充滿好奇的學生，這本書的標題《機器人自動化：建模、仿真與控製》就像是為我量身打造的。我雖然還沒有翻開這本書，但我能想象到它會給我帶來怎樣的啓迪。我相信，書中不僅僅會教授枯燥的數學公式和算法，更會引導我理解機器人“思考”和“行動”的邏輯。 我期待書中能夠用生動有趣的語言，結閤實際的工程案例，來講解那些看似復雜的概念。比如，在介紹建模時，我希望它能用一個簡單的機械臂來舉例，一步步地推導齣運動學方程，而不是上來就給一堆公式。在仿真部分，我期望它能介紹如何用可視化工具來展示機器人的運動，讓我能直觀地看到模型和算法的效果。而在控製部分，我希望它能讓我明白，為什麼不同的控製策略會産生不同的運動軌跡，以及如何在實際應用中選擇最閤適的策略。如果書中還能包含一些趣味性的挑戰或小項目，鼓勵我動手實踐，那將是最好的。我堅信，這本書將是我探索機器人世界的一塊重要基石。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題《機器人自動化：建模、仿真與控製》聽起來非常全麵，但我也知道，在實際應用中，這些概念是相互關聯、相互促進的。我猜想，書中並非將這三個部分割裂開來講解，而是會強調它們之間的協同作用。例如，精確的機器人建模是進行有效仿真的基礎，而高質量的仿真數據和分析，又能夠反過來指導我們優化控製算法的設計。 我希望書中能夠展示一個完整的機器人係統開發流程，從最初的概念設計、數學建模，到在仿真環境中進行驗證和調優，再到最終將控製算法部署到實際機器人硬件上進行測試和部署。這種端到端的視角，能夠幫助讀者建立起一個完整的知識體係，避免隻停留在某個單一環節。我還期待書中能探討一些在實際機器人應用中會遇到的常見挑戰，例如傳感器噪聲的處理、執行器延遲的補償、以及如何處理意外的碰撞和環境變化。如果書中能提供一些關於這些問題的解決方案和經驗分享，那將非常有指導意義。

評分☆☆☆☆☆

正版書，發貨快，質量很好

評分☆☆☆☆☆

好書，變成瞭indigo版本，非常詳細

評分☆☆☆☆☆

很好，很不錯，自己很喜歡。

評分☆☆☆☆☆

很好的一本書！

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嗬嗬紅紅火火恍恍惚惚哈哈哈哈就嘰嘰嘰嘰哈哈哈

評分☆☆☆☆☆

到貨好快，看瞭之後再評。

評分☆☆☆☆☆

物流及時，包裝完好，物美價廉。

評分☆☆☆☆☆

經典，沒什麼好說的瞭，學機器人必備