機器人先進技術與研究應用係列：機器人學導論（翻譯版） [Introduction to Robotics] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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Subir，Kumar，Saha 著，付宜利，張鬆源 譯

圖書標籤:

• 機器人學
• 機器人技術
• 人工智能
• 自動化
• 機械工程
• 控製工程
• 導論
• 翻譯作品
• 工業機器人
• 新興技術

齣版社： 哈爾濱工業大學齣版社

ISBN：9787560363950

版次：1

商品編碼：12154835

包裝：平裝

叢書名： 機器人先進技術與研究應用係列

外文名稱：Introduction to Robotics

開本：16開

齣版時間：2017-04-01

用紙：膠版紙

頁數：240

字數：390000

正文語種：中文

內容簡介

　　《機器人先進技術與研究應用係列：機器人學導論（翻譯版）》側重於對機器人的應用和分析，介紹瞭機器人的用途和組成，包括機器人子係統、驅動器、傳感器等方麵的內容；還從運動學、靜力學、動力學、運動控製、運動規劃等方麵全麵係統地介紹瞭對機器人的分析方法。
　　《機器人先進技術與研究應用係列：機器人學導論（翻譯版）》內容連貫，章節設計符閤讀者對機器人學的認知過程，每章後的習題可使讀者充分理解各章節內容。
　　《機器人先進技術與研究應用係列：機器人學導論（翻譯版）》適閤機械、自動化及計算機等專業本科高年級學生或研究生使用，也可供從事機器人領域研窮的教師或科研人員學習和參考。

目錄

第1章 緒論
1．1 引言
1．2 機器人的概念
1．3 機器人的用途
本章小結
課後習題
基於網絡的習題

第2章 串聯機器人
2．1 機器人子係統
2．2 按應用場閤劃分機器人
2．3 按坐標劃分機器人
2．4 按驅動係統劃分機器人
2．5 按控製方法劃分機器人
2．6 按編程方法劃分機器人
本章小結
課後習題
基於網絡的習題

第3章 驅動器
3．1 氣動驅動器
3．2 液壓驅動器
3．3 電動驅動器
3．4 發電機的選型
本章小結
課後習題
基於網絡的習題

第4章 傳感器
4．1 傳感器的分類
4．2 內置傳感器
4．3 外置傳感器
4．4 視覺係統
4．5 傳感器的選型
本章小結
課後習題
基於網絡的習題

第5章 空間變換
5．1 機器人體係結構
5．2 剛體的姿態
5．3 坐標變換
5．4 DH參數
本章小結
課後習題
基於網絡的習題

第6章 運動學
6．1 位置正解分析
6．2 位置反解分析
6．3 速度分析：雅可比矩陣
6．4 連杆速度
6．5 雅可比矩陣的計算
6．6 利用解耦的自然正交補(DeNoC)的雅可比矩陣
6．7 奇異性
6．8 加速度分析
本章小結
課後習題
基於網絡的習題

第7章 靜力學
7．1 力和力矩平衡
7．2 遞歸計算
7．3 等價關節扭矩
7．4 靜力學中的雅可比矩陣
7．5 力橢圓
本章小結
課後習題
基於網絡的習題

第8章 動力學
8．1 慣性特性
8．2 歐拉一拉格朗日運動方程
8．3 牛頓一歐拉方程
8．4 遞歸式牛頓一歐拉算法
8．5 動力學算法
本章小結
課後習題
基於網絡的習題
基於MATLAB的習題

第9章 控製
9．1 控製技術
9．2 二階綫性係統
9．3 反饋控製
9．4 反饋控製係統的性能
9．5 機器人關節I
9．6 關節控製器
9．7 非綫性軌跡控製
9．8 狀態空間及控製
9．9 穩定性
9．10 笛卡爾和力控製
本章小結
課後習題
基於MATLAB的習題

第10章 運動規劃
10．1 關節空間軌跡規劃
10．2 笛卡爾空間軌跡規劃
10．3 位置和方嚮軌跡
10．4 點到點的軌跡規劃
10．5 連續路徑生成
本章小結
課後習題
基於MATLAB的習題

第11章 機器人用計算機
11．1 運算速度
11．2 硬件要求
11．3 控製要求
11．4 機器人編程
11．5 硬件體係結構
本章小結
課後習題
基於網絡的習題

附錄A 數學基礎
附錄B MATLAB的使用
參考文獻

前言/序言

　　在科幻電影和小說中對機器人進行的詳盡描述，引起瞭很多年輕人對機器人學的興趣。從20世紀60年代開始，機器人主要用於工業領域，特彆是在焊接車體的汽車領域。直至今天機器人的主要使用者仍然是汽車巨頭。同時，機器人在醫療手術、采礦和空間探索甚至在傢中照顧老人方麵也得到越來越多的應用。
　　《機器人學導論》旨在掌握如何設計、搭建和使機器人工作的潛在概念。市場上已有很多相關書籍，其中有專門針對機器人分析的（如運動學、動力學、控製等）著作，也有針對機器人特定應用下可行性研究的著作，如機器人的采購、經濟效益等。在本科教學中，學生同時接觸機器人的分析和應用是很有必要的，因此需要一本能同時將這兩方麵都講清楚的書。
　　本書主要用於機械電氣工程和計算機科學專業的本科學生學習機器人學，同時也適用於碩士和博士學習機器人運動學、動力學和控製的的高級課程。本書提供的材料還適用於沒有接觸過機器人學的實踐工程師來使用、維護，甚至是設計機器人。事實上，本書中的眾多例子和習題很適閤學生準備機器人學的考試。
　　本書與其他同期的機器人學書相比具有以下特點：
　　（1）內容連貫。內容的安排是為瞭讓學生能夠有邏輯地抓住要點，例如當我們接觸新事物的時候.會很好奇它的外形和功能，因此在第1、2章中介紹瞭不同機器人的用途及分類。
　　（2）符閤人們對機器人的認知過程。在瞭解瞭機器人的用途後，人們會對機器人的組成感興趣。因此在第3、4章中介紹瞭驅動器和傳感器。在學習瞭機器人結構和組成之後，人們會很自然地想知道機器人是如何移動的，是什麼力導緻它運動，因此需要瞭解機器人的位置變換，運動學、靜力學和動力學，這些內容分彆在5～8章中闡述。第9章闡述瞭機器人的控製原理。當機器人準備實際運用時，用戶需要決定如何針對一個特定的任務來控製機器人的動作，因此，機器人的運動規劃在第10章中得到闡述。最後在第11章中講述瞭驅動機器人的硬件和軟件。
　　（3）每章後附有基於網絡/MATI.AB的習題和課後習題。這些習題會幫助學生與國際上機器人學發生的事件保持同步，同時也從實踐上熟悉如何使用數學概念來解決實際問題。
　　整本書的組織結構如下：
　　第1章：緒論本章依據機器人的應用領域和規模等分種類介紹。
　　第2章：串聯機器人本章闡述瞭串聯機器人分類的方法。
　　第3章：驅動器本章介紹瞭不同的驅動器，例如氣動、液壓和電氣驅動器及其如何選型。
　　第4章：傳感器傳感器作為機器人係統的重要部件在本章講述。
　　第5章：空間變換本章定義瞭機器人的結構，介紹瞭機器人姿態的數學描述以及末端執行器的位置、姿態與DH參數。
　　第6章：運動學本章是機器人設計和控製的基礎。和笛卡爾坐標有關的末端執行器關節坐標方程在本章中推導。
　　第7章：靜力學當機器人移動得足夠慢時，隻需考慮施加在機器人上的力而無須考慮力所産生的運動，這就是靜力學。
　　第8章：動力學動力學有助於機器人係統的控製和虛擬實現。本章對歐拉一拉格朗日方程以及牛頓一歐拉方程等方法進行瞭推導。
　　第9章：控製綫性控製，P、PD、PID控製規則，穩定性分析等在本章中闡述。
　　第10章：運動規劃運動規劃的幾個方麵在本章中提及。關節和基於笛卡爾空間的路徑規劃方程在本章節中進行推導。
　　第11章：機器人用計算機一旦算法被開發，將這些算法在電子硬件中實現是很重要的。因此不同的機器人程序例如ACL等在本章進行瞭介紹。
　　附錄A：數學基礎介紹瞭很多關於綫性代數、控製理論和其他一些知識，以便使讀者理解第5～9章的錶達式。
　　附錄B：MATLAB的使用介紹瞭MATLAB軟件的使用方法。
　　參考文獻包括本書中用到的各種書籍、論文和其他一些資源。

機器人學導論：開啓智能機器時代的大門 在科技飛速發展的今天，機器人早已不再是科幻小說中的縹緲構想，而是深刻影響著我們生活、工作乃至整個社會的現實力量。從工廠車間的精密組裝，到醫療手術的精準操作，再到無人駕駛的齣行方式，機器人技術以其前所未有的速度和廣度滲透進各行各業。理解機器人學的核心原理，掌握其前沿發展動態，洞悉其未來應用前景，已成為順應時代潮流、把握未來機遇的關鍵。 《機器人學導論（翻譯版）》 並非一本單純的技術手冊，它更像是一扇通往智能機器世界的大門，為讀者係統性地、深入淺齣地揭示瞭機器人學這一跨學科領域的精髓。本書旨在構建一個堅實的基礎知識框架，讓每一位對機器人技術心懷好奇、渴望探索的讀者，都能輕鬆跨越入門的門檻，邁入這個充滿無限可能的研究與應用領域。 一、 認識機器人的本質：從概念到構成 機器人究竟是什麼？本書將首先從最根本的概念入手，廓清機器人學的定義邊界。它不是一個單一的學科，而是集閤瞭機械工程、電子工程、計算機科學、人工智能、控製理論、材料科學等多個學科的智慧結晶。我們將一同探討機器人的基本構成要素，理解其如何通過感知、決策和執行這三個核心環節來與物理世界進行交互。 感知係統 (Perception Systems): 機器人如何“看見”、“聽見”、“觸摸”和“感受”周圍的環境？本書將詳細介紹各類傳感器的工作原理與應用，包括視覺傳感器（攝像頭、激光雷達）、觸覺傳感器、力覺傳感器、聲學傳感器等。我們將深入理解這些“眼睛”和“耳朵”如何將原始的物理信號轉化為計算機可以理解的數據，為機器人的智能決策提供基礎。例如，我們會學習圖像識彆的基本算法，瞭解如何讓機器人識彆物體、追蹤運動，甚至理解場景的含義。 決策與控製係統 (Decision and Control Systems): 擁有瞭感知到的信息，機器人如何思考並做齣判斷？這便是決策與控製係統的核心任務。本書將涵蓋機器人運動規劃、路徑規劃、障礙物規避等關鍵技術。我們將接觸到經典的控製理論，如PID控製，理解如何精確地控製機器人的關節運動，使其按照預定的軌跡平穩、準確地移動。同時，我們還會探討更高級的決策算法，例如基於規則的係統、狀態機，以及如何利用機器學習模型來讓機器人自主學習和適應環境。 執行機構 (Actuation Systems): 如何將決策轉化為實際的物理動作？執行機構是機器人的“身體”，是其實現功能的直接載體。本書將詳細介紹各類驅動技術，包括電機（直流電機、步進電機、伺服電機）、液壓係統、氣動係統等，以及它們在機器人關節、末端執行器（如夾爪、手臂）中的應用。我們將理解不同驅動方式的優缺點，以及如何根據具體任務需求選擇閤適的執行機構，從而賦予機器人力量、靈活性和精度。 二、 機器人學的核心理論與數學基礎 要深入理解機器人，數學和物理是不可或缺的語言。本書將係統地介紹支撐機器人學發展的關鍵數學工具和物理原理。 運動學 (Kinematics): 這是機器人學中最基礎也是最重要的部分之一。我們將學習正嚮運動學和逆嚮運動學。正嚮運動學解答的是：當已知機器人各關節的角度時，其末端執行器（如機械臂的手）的位置和姿態如何？逆嚮運動學則更為復雜，它解決的是：當需要末端執行器達到某個特定的位置和姿態時，各個關節應該如何運動？本書將藉助齊次變換矩陣、Denavit-Hartenberg (D-H) 參數等工具，幫助讀者理解機器人連杆的運動軌跡和空間關係。 動力學 (Dynamics): 運動學描述的是運動本身，而動力學則關注産生運動的原因，即力與力矩。本書將介紹牛頓-歐拉法、拉格朗日法等經典動力學建模方法，幫助讀者理解機器人運動過程中慣性、重力、摩擦力等因素的影響，並學會如何建立機器人的動力學模型。這對於精確控製機器人、預測其行為以及設計高效的運動軌跡至關重要。 控製理論 (Control Theory): 如何讓機器人按照我們的意願精確地執行任務？控製理論是實現這一目標的基石。我們將從基礎的反饋控製概念入手，介紹如何設計控製器來穩定機器人係統、跟蹤期望軌跡，並抑製外部乾擾。PID控製器、最優控製、自適應控製等多種控製策略都將在本書中得到深入淺齣的講解，讓讀者理解如何為不同類型的機器人設計有效的控製方案。 三、 機器人學的關鍵技術領域 在紮實的理論基礎上，本書將進一步深入探討機器人學的幾個關鍵技術分支，展現其在不同場景下的應用潛力。 機器人導航與定位 (Robot Navigation and Localization): 機器人如何在未知或復雜的環境中自主移動並確定自身位置？本書將介紹SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) 技術，即“同步定位與地圖構建”。我們將學習不同的SLAM算法，如基於激光雷達的SLAM、基於視覺的SLAM，理解機器人如何一邊構建環境地圖，一邊估計自身在地圖中的位置。這對於自動駕駛汽車、無人機、服務機器人等至關重要。 機器人視覺與識彆 (Robot Vision and Recognition): 機器人的“眼睛”如何理解所看到的世界？本書將介紹計算機視覺的基礎知識，包括圖像處理、特徵提取、物體識彆、場景理解等。我們將探討深度學習在機器人視覺領域的應用，如捲積神經網絡（CNNs）如何幫助機器人識彆行人、交通標誌、商品等。 人機交互 (Human-Robot Interaction - HRI): 機器人如何與人類安全、高效、自然地協同工作？本書將探討人機交互的設計原則和技術挑戰，包括自然語言處理（NLP）讓機器人理解人類的指令，手勢識彆，以及如何設計友好的用戶界麵。隨著機器人越來越多地進入傢庭和工作場所，HRI已成為機器人學發展的重要方嚮。 群體機器人學 (Multi-Robot Systems): 如何讓多個機器人協同工作，共同完成復雜的任務？本書將介紹群體機器人學的基本概念，如協調、通信、分布式控製等。我們將探討如何設計算法讓機器人編隊飛行、協同搬運、集體感知，以實現比單個機器人更強大的能力。 四、 機器人學的未來展望與倫理考量 展望未來，機器人技術將如何演進，又將帶來怎樣的變革？本書不會止步於當前的技術介紹，還會對機器人學的未來發展趨勢進行探討。 人工智能的深度融閤: 隨著人工智能技術的飛速發展，機器人將變得越來越智能，具備更強的自主學習、推理和決策能力。通用人工智能（AGI）的實現是否會為機器人帶來革命性的變化？ 軟體機器人與生物啓發機器人: 傳統的剛性機器人正在嚮更具柔性和適應性的軟體機器人發展，模仿生物體的運動方式，並在醫療、探索等領域展現齣獨特的優勢。 機器人倫理與社會影響: 隨著機器人能力的增強，其對就業、隱私、安全以及社會結構可能帶來的影響也日益受到關注。本書將引導讀者思考機器人技術發展中的倫理挑戰，以及如何負責任地開發和應用機器人技術。 《機器人學導論（翻譯版）》 是一本集理論深度、技術廣度和前沿視野於一體的權威著作。它以嚴謹的學術態度，清晰的邏輯結構，豐富的案例分析，為讀者提供瞭一場關於機器人學的全麵而深入的探索之旅。無論您是學生、研究者、工程師，還是僅僅對未來科技充滿好奇的愛好者，本書都將是您瞭解、學習和參與機器人技術發展不可多得的寶貴資源。翻開它，您將不僅僅是閱讀一本圖書，更是踏上瞭一段探索智能機器時代奧秘的精彩旅程。

評分☆☆☆☆☆

這本 introduction to robotics，作為一本翻譯過來的專業書籍，其語言風格確實比一些國內原創的教材要顯得更加嚴謹和係統。我之所以選擇它，是因為我聽聞過其在國際機器人學界的名聲，希望通過閱讀它來提升自己對機器人學理論的理解深度。我特彆關注書中關於“機器人規劃與決策”的內容，因為這涉及到機器人如何根據自身目標和環境信息，製定一係列行動步驟，這在我看來是機器人智能化的核心體現。例如，書中對“路徑規劃算法”的講解，不僅提供瞭理論上的支撐，還可能包含瞭一些具體的算法實現思路，這對於我進行相關的研究非常有價值。另外，我對“人機協作機器人”的章節也充滿期待，因為我堅信未來的機器人不會是孤立的個體，而是會與人類協同工作，共同完成任務。這本書是否能夠為我提供關於這種新型協作模式的深入洞察，以及相關的技術實現方法，是我最為關心的一點。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對人工智能領域長期關注的觀察者，我一直覺得“機器人學”這個詞帶有一種天然的科幻色彩，它預示著一個未來世界的圖景，在那裏，機器不再是簡單的工具，而是具備一定智能、能夠與人類互動的存在。這本書，introduction to robotics，以一種更加務實和係統的方式，將我腦海中那些零散的畫麵串聯瞭起來。我尤其被“機器人傳感器技術”這一章節所吸引，它詳細闡述瞭機器人如何“看”、“聽”和“感受”周圍的世界，這不僅僅是簡單的數據采集，更涉及到復雜的信號處理和信息融閤。比如，書中提到的激光雷達和視覺傳感器，我一直很好奇它們是如何協同工作的，又如何剋服各自的局限性。此外，關於“機器人手臂的機械設計”和“運動學建模”的介紹，雖然聽起來頗為技術化，但其背後蘊含的力學原理和數學模型，卻讓我聯想到工業生産中的精密操作，以及未來醫療手術中機器人輔助的可能性。這本書似乎不隻是在介紹機器人是什麼，更是在探索機器人是如何“成為”它的，其背後有著怎樣的工程智慧和科學原理。

評分☆☆☆☆☆

作為一個業餘愛好者，我一直對各種新奇的科技産品充滿瞭熱情。最近幾年，機器人技術的發展速度令我驚嘆，從傢用掃地機器人到工業生産綫上的自動化設備，再到那些在科幻電影中齣現的、具備高度智能的機器人，都讓我著迷。我購買這本 introduction to robotics，並非為瞭深入研究某個技術細節，而是希望能夠對整個機器人學領域有一個宏觀的瞭解。我希望它能幫我理清不同類型的機器人，比如工業機器人、服務機器人、仿生機器人等，它們各自的特點和應用場景。我尤其想瞭解“機器人動力學”這一部分，雖然聽起來很專業，但我猜想它與機器人的運動能力和穩定性息息相關，這對於理解一個機器人是如何“行動”至關重要。這本書能否用一種相對通俗易懂的方式，為我揭示機器人學背後那些有趣且令人興奮的科學原理，我對此非常好奇，也很期待。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計很吸引人，硬殼封麵，紙張厚實且泛著淡淡的書香，拿到手裏就有一種沉甸甸的專業感。雖然我本人並非直接從事機器人研發的工程師，但我一直對這個領域充滿好奇。在翻閱之前，我設想的是一本枯燥的技術手冊，充斥著晦澀的公式和復雜的圖錶。然而，打開目錄後，我發現它包含瞭一係列我從未接觸過的、但聽起來卻頗為引人入勝的主題，比如“機器人感知係統”、“機器人動力學與控製”以及“機器人倫理與社會影響”。尤其是最後一個部分，讓我感到非常驚喜，因為我一直認為機器人學僅僅是關於技術本身的，卻忽略瞭它對人類社會可能産生的深遠影響。這本翻譯版的 introduction to robotics，似乎在努力為我這個門外漢打開一扇通往機器人世界的窗戶，用一種相對易懂的方式介紹復雜的概念。我對其中關於“機器人運動規劃”的章節特彆感興趣，因為我總覺得，讓一個機器人在復雜環境中自主移動，一定是一項極其精妙的挑戰，就像是賦予它一套“身體語言”。這本書能否成功地將這些理論化為我能理解的邏輯，我非常期待。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在校大學生，主修的是偏嚮軟件開發的專業。平時接觸的更多是算法、數據結構和編程語言，對於物理世界的交互和硬件層麵的知識瞭解相對有限。因此，當我看到這本 introduction to robotics 並且知道它是翻譯版時，我猶豫瞭很久是否要購買。我擔心裏麵的內容對我來說太過高深，可能難以理解。但最終，我還是被它標題中“導論”這兩個字吸引瞭。我希望這本書能夠幫助我瞭解機器人學的基礎知識，並為我未來可能接觸到的機器人相關項目打下基礎。尤其是我對“機器人與環境的交互”這個話題非常感興趣，因為在我的認知裏，一個真正有用的機器人，必然需要能夠理解和適應它所處的物理環境，並能夠與之進行有效的互動。書中關於“機器人導航算法”的介紹，讓我看到瞭解決這個問題的可能性，我很好奇這些算法是如何通過數學模型來實現的，以及它們在實際應用中會遇到哪些挑戰。這本書能否成為我進入機器人學領域的敲門磚，我對此充滿期待。