机器人技术及其应用（第2版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张宪民 编

图书标签:

• 机器人技术
• 机器人应用
• 工业机器人
• 移动机器人
• 智能机器人
• 控制系统
• 传感器
• 人工智能
• 自动化
• 机械工程

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111557159

版次：2

商品编码：12174664

品牌：机工出版

包装：平装

丛书名： “十三五”国家重点出版物出版规划项目 现代机械工程系列精品教材

开本：16开

出版时间：2017-04-01

用纸：胶版纸

页数：255

内容简介

　　介绍机器人的机械结构、驱动方法、运动学分析、控制及感觉系统、机器人语言等多方面的原理及研究成果。充分考虑初学者的困难，努力做到理论和实际有机结合，同时充分考虑当今机器人的发展，力求反映国内外机器人开发研究领域的新进展。本书内容包括概论、机器人的机械结构、机器人运动学、机器人的动力学初步、机器人的控制基础、机器人的感觉、机器人的视觉及其应用、智能机器人与智能控制、机器人语言、机器人在不同应用领域的举例。

目录

第2版前言 第1版前言 第1章概论1 1.1概述1 1.2机器人的发展史1 1.3机器人研究内容与发展趋势4 1.4小结6 习题6 第2章机器人的机构分类与设计7 2.1机器人的组成和分类7 2.2机器人的主要技术参数14 2.3机器人设计和选用准则17 2.4机器人的机械结构20 2.5机器人的驱动机构42 2.6小结47 习题48 第3章机器人运动学49 3.1概述49 3.2机器人运动学的基本问题50 3.3机器人的雅可比矩阵64 3.4小结68 习题69 第4章机器人的动力学初步70 4.1概述70 4.2机器人的静力学71 4.3机器人动力学方程式74 4.4小结78 习题78 第5章机器人的控制基础79 5.1概述79 5.2伺服电动机的原理与特性83 5.3伺服电动机调速的基本原理88 5.4电动机驱动及其传递函数90 5.5单关节机器人的伺服系统建模与 控制94 5.6交流伺服电动机的调速103 5.7机器人控制系统的硬件结构及 接口107 5.8机器人控制系统举例121 5.9小结123 习题123 第6章机器人的感觉124 6.1机器人传感技术124 6.2机器人内部传感器127 6.3机器人外部传感器132 6.4多传感器的信息融合140 6.5机器人传感器的选择要求143 6.6小结148 习题149 第7章机器人视觉及其应用150 7.1概述150 7.2机器人视觉系统的组成及其原理151 7.3视觉信息的处理155 7.4数字图像的编码169 7.5双目视觉和多目视觉170 7.6手眼视觉系统172 7.7机器人视觉伺服系统179 7.8机器人视觉系统应用举例181 7.9小结186 习题187 第8章机器人的智能化与智能 控制188 8.1概述188 8.2机器人运动规划190 8.3机器人智能控制基础193 8.4机器人智能控制方法196 8.5机器人智能控制系统举例211 8.6机器人学习216 8.7小结217 习题217 第9章机器人示教与操作218 9.1概述218 9.2机器人示教类别与基本特征218 9.3机器人编程语言的类别和基本 特性220 9.4动作级语言和对象级语言222 9.5机器人遥操作231 9.6典型示教与操作案例233 9.7小结235 习题236 第10章工业机器人系统集成与典型 应用237 10.1工业机器人工作站的构成及设计 原则237 10.2工业机器人生产线的构成及设计 原则242 10.3工业机器人的典型应用245 10.4小结251 习题252 参考文献253

前言/序言

　　第2版前言　　机器人是“制造业皇冠顶端的明珠”，其研发、制造和应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。“机器人革命”有望成为“第三次工业革命”的一个切入点和重要增长点，将影响全球制造业的格局。因此，机器人技术和机器人学得到了各国政府和学者的广泛关注。 　　机器人是多学科交叉和集成的光机电一体化产品，它涉及机械学、电子学、计算机科学、传感技术、人工智能等多个学科。自从第一台机器人问世以来的50多年间，机器人技术已经取得了飞速的发展。各类机器人已经广泛应用于国民经济的各个领域。在现代工业生产中，机器人已经成为人类不可或缺的好帮手；在航空航天、深海探测、核电站救灾等危险环境中，机器人更是能胜任人类难以完成的工作。 　　随着机器人在生产和生活中的不断普及，作为机械工程专业和自动化专业的学生，很有必要学习机器人学方面的知识。在我们从事机器人教学的过程中，深深感到需要有一本适合当前使用的教材。鉴于此，我们修订了这本《机器人技术及其应用》教材。在内容的编排方面，我们充分考虑到初学者的困难，努力做到理论与实际有机结合，同时也充分考虑当今机器人领域的研究和发展情况，力求反映国内外机器人开发研究领域的最新进展。 　　全书共分10章，涉及机器人的发展概况、机械结构、运动学、动力学、控制技术、传感技术、视觉技术、智能化和机器人示教等多方面的原理及研究成果。第1章概要介绍了机器人的研究和应用现状；第2章主要讲述了机器人的机械结构原理和设计；第3章至第9章分别讲述了机器人运动学的初步知识、机器人动力学的初步知识、机器人控制的基础知识、机器人传感技术的原理和应用、机器人视觉技术的原理和应用、机器人的智能化与智能控制、机器人的示教方法及机器人语言的分类；第10章介绍了机器人在不同领域的应用实例。 　　本书是在《机器人技术及其应用》第1版的基础上经过全面改编和补充而成的，特别适合机械工程、自动化专业本科生、大专生的教学之用。作为研究生的教材时，教师可补充一些反映最新研究进展的学术论文和专题研究资料。本书也适合作为从事机器人研发和应用的科技人员的参考书。 　　全书由张宪民教授任主编并统稿，由谢存禧、黄沿江任副主编。王国利教授任主审。张铁、李琳、翟敬梅、杨丽新参与各章的编写。同时，本书第1版的主编谢存禧老师对本书的编写提出了宝贵的意见。郑养龙、崔超宇等对本书的排版和图片编辑付出了辛勤的劳动。 　　在编写过程中，我们参考了大量有关机器人方面的论著和资料，限于篇幅，不能在文中一一列举，在此一并对其作者致以衷心的感谢。 　　本书虽然已对第1版做了较大修改，但由于作者水平有限和编写时间仓促，书中内容难免存在不足，恳请广大读者给予批评指正。最后我们对支持本书编写和出版的所有人员表示衷心的感谢。 　　编者第1版前言本教材是高等学校机械电子工程规划教材之一。 　　机器人是现代一种典型的光机电一体化产品，机器人学也是当今世界极为活跃的研究领域之一，它涉及计算机科学、机械学、电子学、自动控制、人工智能等多个学科。 　　机器人从出现到现在的短短几十年中，已经广泛应用于国民经济的各个领域，在现代工业生产中，机器人已成为人类不可或缺的好帮手；在航空航天、海底探险中，机器人更是能完成人类难以完成的工作。随着计算机、人工智能和光机电一体化技术的迅速发展，机器人已经不仅仅局限于在工业领域的应用，它还将发展成具有人类智能的智能型机器人，具有一定的感觉思维能力和自主决策能力。 　　作为机械工程专业和自动化专业的学生，有必要学习一点机器人学方面的知识。在我们从事机器人教学的过程中，深深感到需要有一本适合使用的教材。 鉴于此，我们编写了这本《机器人技术及其应用》教材。在内容的编排方面，我们充分考虑到初学者的困难，努力做到理论和实际有机结合，同时也充分考虑到当今机器人领域的研究和发展情况，力求反映当今国内外机器人开发研究领域的新进展。 　　本书介绍机器人的机械结构、驱动方法、运动学分析、控制及感觉系统、机器人语言等多个方面的原理及研究成果。全书共分10章，第一章概要介绍了机器人的研究和应用现状、第二章主要讲述机器人的机械结构原理和特点，第三章讲述机器人运动学的初步知识，第四章讲述机器人动力学的初步知识，第五章讲述机器人控制基础，第六章讲述机器人的感觉，第七章讲述机器人的视觉技术，第八章讲述智能机器人与智能控制，第九章讲述机器人语言的一些基本特点，第十章讲述机器人在不同领域的应用实例。 　　本书适合机械工程、自动化专业本科生、大专生的教学之用。作为研究生用书时，部分章节内容应适当加深。 　　全书由谢存禧、张铁主编，邵明主审。第一章、第二章、第十章由翟敬梅编写，第三章、第四章和第七章由李琳编写，第五章、第六章、第八章和第九章由张铁编写。 　　在编写过程中，我们参考了大量有关机器人方面的论著、资料，限于篇幅，不能在文中一一列举，在此一并对其作者致以衷心的谢意。 　　由于作者水平有限，书中内容难免存在不足和错误之处，恳请读者给予批评指正。最后我们对支持本书编写和出版的所有人员表示衷心的感谢。 　　编者

《机器人技术及其应用（第2版）》图书简介 一、 书籍定位与核心价值 《机器人技术及其应用（第2版）》是一本全面深入探讨机器人技术领域，并聚焦其广泛实际应用的权威著作。本书旨在为读者构建一个坚实的理论基础，同时提供对当下及未来机器人技术发展趋势的深刻洞察。它不仅仅是一本技术手册，更是一份引领行业进步的思考和实践指南。本书的内容严谨、结构清晰、逻辑性强，力求在理论与实践之间取得最佳平衡，帮助读者理解机器人技术的“是什么”、“为什么”以及“如何做”。 本书的核心价值在于其全面性、前瞻性与实用性。在全面性方面，它涵盖了从机器人学的基本原理，如运动学、动力学、控制理论，到机器人感知、规划、导航等核心技术，再到各种机器人类型、关键部件以及面向不同行业应用的深入分析。在 전瞻性方面，本书紧随技术前沿，对人工智能、机器学习、深度学习在机器人领域的融合应用，以及人机协作、智能制造、医疗健康、服务机器人等新兴方向进行了深入探讨。在实用性方面，本书不仅提供了扎实的理论知识，更通过大量的案例分析、技术解读和发展趋势展望，帮助读者将理论知识转化为解决实际问题的能力，理解机器人技术如何在现实世界中创造价值。 二、 目标读者群体 本书的读者群体十分广泛，涵盖了机器人技术领域的各个层面： 高等院校师生： 本科生、研究生及相关专业的教师，可作为教材、参考书或课程辅助读物，系统学习机器人学的理论基础与前沿应用。 机器人研发工程师： 从事机器人硬件设计、软件开发、算法研究、系统集成等工作的工程师，可用于深化理论知识、拓展技术视野、了解最新技术动态，解决实际工程问题。 自动化与智能化领域的技术人员： 制造业、物流、医疗、服务等行业的工程师和技术专家，希望了解机器人技术如何赋能自身行业，实现自动化升级和智能化转型。 企业决策者与管理者： 对机器人技术及其在商业应用中的潜力感兴趣的企业高层，可了解技术发展趋势，评估投资机会，制定数字化转型战略。 技术爱好者与跨学科研究者： 对机器人技术充满好奇心的个人，或希望跨学科了解机器人技术如何与其他领域（如人工智能、计算机视觉、机器学习、材料科学等）相结合的研究人员。 三、 内容概要与结构安排 《机器人技术及其应用（第2版）》在原有基础上进行了内容的更新与扩展，更加贴合当前机器人技术发展的最新脉络。全书围绕机器人学的核心概念，循序渐进地展开，确保读者能够清晰地掌握知识体系。 第一部分：机器人学基础理论 本部分奠定了机器人学的理论基石，为后续章节的学习打下坚实基础。 第一章 机器人学的概念与发展历程： 介绍机器人的定义、分类、发展简史，以及其在人类社会中的重要性。 第二章 机器人学中的几何学： 深入阐述齐次坐标、变换矩阵、欧拉角、旋转向量等机器人运动描述的关键数学工具。 第三章 机器人运动学： 详细讲解正向运动学与逆向运动学，包括连杆参数、雅可比矩阵的推导与应用，以及机械臂的自由度分析。 第四章 机器人动力学： 探讨机器人运动的力学基础，介绍牛顿-欧拉法、拉格朗日法等动力学方程的建立方法，以及惯性力、科里奥利力、离心力的影响。 第五章 机器人轨迹规划： 研究机器人从起点到终点运动路径的设计，包括点到点规划、连续路径规划，以及平滑性、时间最优性等指标的考量。 第二部分：机器人核心技术 本部分聚焦于机器人感知、控制、导航等关键技术，是实现机器人智能化的核心要素。 第六章 机器人感知技术： 视觉感知： 详细介绍相机模型、图像处理基础、特征提取（SIFT, SURF等）、目标检测与识别（基于深度学习的YOLO, SSD, Faster R-CNN等）、立体视觉、三维重建技术。 激光雷达（LiDAR）感知： 讲解LiDAR的工作原理、点云数据处理、SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）算法（如GMapping, Cartographer, LOAM等）。 其他传感器： 触觉传感器、力传感器、惯性测量单元（IMU）、声学传感器等及其在机器人感知中的作用。 第七章 机器人控制系统： 经典控制理论： PID控制、状态空间方法、极点配置。 现代控制理论： 自适应控制、鲁棒控制、模型预测控制（MPC）。 智能控制： 模糊控制、神经网络控制。 机器人控制器的设计与实现： 探讨实际机器人控制系统中面临的挑战，如实时性、精度、稳定性等。 第八章 机器人导航与定位： 室内导航： 基于地图的导航、SLAM在室内环境的应用。 室外导航： GPS、惯性导航、视觉导航、LiDAR导航。 路径跟踪与避障： DWA（Dynamic Window Approach）、TEB（Timed Elastic Band）、A算法、RRT（Rapidly-exploring Random Tree）等算法的原理与实现。 第三部分：人工智能与机器人融合 本部分重点关注人工智能技术如何驱动机器人实现更高级别的智能，是本书最前沿和核心的讨论内容。 第九章 机器学习在机器人中的应用： 监督学习： 分类、回归在机器人中的应用，如障碍物分类、目标跟踪。 无监督学习： 聚类、降维在数据分析和特征学习中的应用。 强化学习（RL）： 深入探讨RL的核心概念（MDPs, Q-learning, Policy Gradients等），以及其在机器人控制、决策、学习中的突破性应用，例如机械臂的抓取、运动控制、自主导航的学习。 第十章 深度学习与机器人： 卷积神经网络（CNN）： 在图像识别、语义分割、目标检测中的应用，用于机器人视觉感知。 循环神经网络（RNN）/长短期记忆网络（LSTM）： 在序列数据处理中的应用，如机器人语言理解、动作预测。 生成对抗网络（GANs）： 在数据增强、模拟环境生成中的潜在应用。 端到端学习（End-to-End Learning）： 直接从传感器输入到控制输出的学习范式。 第十一章 机器人智能决策与规划： 行为树（Behavior Trees）： 用于构建复杂机器人行为逻辑。 有限状态机（Finite State Machines）： 经典的状态切换模型。 规划算法的集成： 将感知、学习与规划相结合，实现更智能的决策。 认知机器人学： 探讨机器人如何拥有类似人类的认知能力。 第四部分：机器人应用领域 本部分将理论与技术落到实处，通过丰富的案例分析，展示机器人技术在各个领域的实际应用和发展前景。 第十二章 工业机器人： 机器人自动化生产线： 搬运、焊接、装配、喷涂等典型应用。 协作机器人（Cobots）： 人机协作在生产中的优势与实现。 智能工厂与工业4.0： 机器人作为核心驱动力。 第十三章 服务机器人： 家庭服务机器人： 清洁机器人、陪伴机器人、教育机器人。 公共服务机器人： 导览机器人、送餐机器人、安保机器人。 物流机器人： 仓储机器人、配送机器人、无人机配送。 第十四章 医疗与健康机器人： 手术机器人： 达芬奇手术系统等，微创手术的革新。 康复机器人： 肢体康复、运动训练。 护理机器人： 辅助老年人、残疾人日常生活。 诊断与检测机器人。 第十五章 其他新兴应用领域： 无人驾驶汽车： 自动驾驶技术中的传感器、感知、决策、控制。 特种机器人： 探测机器人、排爆机器人、水下机器人、空间机器人。 农业机器人、教育机器人、娱乐机器人等。 第五部分：未来展望与挑战 第十六章 机器人技术的发展趋势： 通用人工智能（AGI）与机器人： AGI如何驱动机器人能力飞跃。 软体机器人与生物启发机器人： 新材料与新形态的探索。 人机共生与社会伦理： 机器人与人类社会的关系。 标准化与互操作性。 第十七章 机器人技术面临的挑战与机遇： 技术瓶颈： 能源、计算能力、安全性、鲁棒性。 成本与可及性。 法律、伦理与社会接受度。 跨学科合作的重要性。 四、 书籍特色与亮点 理论深度与广度的完美结合： 既有对机器人学经典理论的严谨阐述，又不乏对人工智能、机器学习等前沿技术的深入剖析，覆盖面广，内容详实。 与时俱进的技术更新： 第二版显著增加了人工智能在机器人领域的应用内容，特别是深度学习和强化学习的最新进展，以及在自动驾驶、服务机器人等热门领域的实践。 丰富的案例分析与图示： 大量真实的工程案例、算法流程图、系统架构图、仿真结果图，直观易懂，帮助读者将抽象概念具象化，加深理解。 清晰的结构与逻辑： 内容组织循序渐进，从基础到应用，层层递进，使读者能够构建完整的知识体系。 面向实际应用的导向： 并非纯粹的理论堆砌，而是高度关注技术如何转化为实际应用，为工程师和研究人员提供解决问题的思路和方法。 前瞻性的行业洞察： 预测机器人技术未来的发展方向，分析潜在的挑战与机遇，为读者提供战略性的思考。 五、 结语 《机器人技术及其应用（第2版）》是一本集知识性、前瞻性、实用性于一体的力作。它将带领读者穿越机器人技术的过去、现在，并展望其无限的未来。无论您是渴望掌握机器人核心技术的工程师，还是希望引领行业变革的决策者，抑或是对智能世界充满好奇的学习者，本书都将是您不可或缺的得力助手。它不仅能为您提供最前沿的知识武装，更能激发您探索和创新，共同塑造一个更加智能、高效、美好的未来。

评分☆☆☆☆☆

这套书简直是技术爱好者的宝藏！ 我最近入手了这本《机器人技术及其应用（第2版）》，虽然我并不是科班出身，对机器人领域也只是略知皮毛，但翻开第一页就立刻被吸引住了。作者的叙述方式非常生动有趣，将原本可能枯燥晦涩的理论知识，通过大量贴近实际的案例，讲解得深入浅出。我尤其喜欢书中关于机器人感知和决策部分的内容，作者用了非常形象的比喻，让我这个“小白”也能理解机器人是如何“看”和“思考”的。而且，书中穿插了许多著名的机器人项目和前沿技术的发展动态，这让我对机器人技术的宏伟图景有了更清晰的认识。例如，书中对自动驾驶汽车的伦理挑战的讨论，让我意识到技术发展背后更深层次的社会意义。我本来还在犹豫是否要继续深入学习，看完这本书，我已经迫不及待地想动手实践了。书中的插图和图表也非常精美，大大增强了阅读的体验感。我甚至觉得，这本书不仅仅是学习机器人技术的教材，更像是一本引人入胜的科幻小说，只不过它所描绘的未来，正在一步步变为现实。我强烈推荐给所有对科技充满好奇，渴望了解未来世界的朋友们。

评分☆☆☆☆☆

超乎预期的学习体验。 我一直对智能科技充满兴趣，但对机器人技术一直有一种“只可远观”的感觉，总觉得太过高深莫测。《机器人技术及其应用（第2版）》这本书彻底改变了我的看法。从入门级的概念解释，到复杂算法的逻辑剖析，作者的讲解方式总是那么循序渐进，仿佛一位耐心的老师在循循善诱。我最喜欢的是书中提供的那些“动手做”的思路和建议，虽然我还没有完全照着做，但仅仅是阅读这些指导，就让我对如何构建一个简单的机器人系统有了大致的了解。书中的代码示例也很清晰，即使我不是编程高手，也能大致理解其逻辑。而且，作者在介绍各项技术时，并没有回避其潜在的局限性和发展中的问题，这反而让我觉得更加真实和可靠。例如，关于机器人鲁棒性（robustness）的讨论，让我意识到目前技术离完美还有一段距离，但也激发了我探索解决这些挑战的兴趣。这本书的排版和设计也十分用心，文字清晰，图文并茂，阅读过程非常流畅。我感觉自己不仅仅是在读书，更像是在进行一场精彩的知识探索之旅。

评分☆☆☆☆☆

一本引人深思的行业洞察。 作为一名资深的行业从业者，我一直关注着机器人技术的最新发展。坦白说，市面上关于机器人技术的书籍很多，但真正能够做到既有深度又不失广度的却屈指可数。《机器人技术及其应用（第2版）》无疑是其中翘楚。它并没有停留在简单的技术原理介绍，而是将机器人技术置于更广阔的社会、经济和伦理框架下进行审视。书中关于机器人与人类协作的讨论，以及对未来劳动力市场可能产生的颠覆性影响的分析，都给我留下了深刻的印象。我尤其欣赏作者对不同应用场景下机器人技术挑战的细致剖析，例如在医疗、物流、农业等领域的具体实践，以及所面临的技术瓶颈和解决方案。这让我能够更全面地理解机器人技术是如何落地并解决实际问题的。更值得一提的是，书中对于新兴技术如AI、物联网与机器人技术的融合发展趋势的预判，也相当具有前瞻性。这本书不是简单的技术堆砌，而是一次关于未来发展方向的深刻探讨，对于想要在机器人领域有所建树的专业人士而言，绝对是一本不可多得的参考资料，能够帮助我们开阔思路，把握行业脉搏。

评分☆☆☆☆☆

前沿知识的系统梳理与发展展望。 对于寻求系统性了解机器人技术最新进展的读者来说，《机器人技术及其应用（第2版）》是一本不容错过的佳作。它以一种高度概括却又不失细节的方式，梳理了当前机器人技术的主要分支和核心要素，从机械结构、传感器技术，到控制算法、人工智能应用，可谓是面面俱到。作者在阐述过程中，充分结合了近年来的重大科研突破和产业应用案例，使得书中的内容既有理论深度，又不乏实践指导意义。我尤其关注书中关于“机器人学习”和“人机交互”的章节，作者对这些前沿领域的发展趋势和潜在应用前景的分析，为我提供了非常有价值的参考。书中所引用的参考文献和案例，也相当丰富，为进一步深入研究提供了良好的起点。总而言之，这本书就像一张详尽的导航图，为读者勾勒出了机器人技术当前的版图，并指明了未来可能的发展方向。它不仅适合初学者建立全面的认知，更适合希望紧跟行业前沿的专业人士进行系统性学习和参考。

评分☆☆☆☆☆

一本具有哲学思辨价值的读物。 这本书给我的震撼，远远超出了对技术本身的认知。它不仅仅是关于“如何制造机器人”，更是在探讨“机器人意味着什么”。作者在书中对人工智能、意识、伦理等一系列哲学层面的问题进行了深入的思考和探讨。例如，书中关于机器人权利的讨论，虽然听起来有些遥远，但却引人深思：随着机器人能力越来越强，我们该如何定义它们与人类的关系？书中还分析了机器人技术对人类社会结构、个体价值观念带来的潜在冲击。我尤其赞赏作者在描述复杂概念时，所展现出的严谨而不失人文关怀的态度。它鼓励读者不仅要关注技术的“能”，更要思考技术的“当”。我发现，在阅读这本书的过程中，我不仅仅在学习技术知识，更是在进行一次关于人类未来、智能本质的哲学思辨。这本书所带来的启发，可能比它所教授的具体技术知识更为长久。它让我从一个全新的视角去审视技术，去思考我们正在创造的这个未来。