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美 John J Craig 著，貟超 译

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111186816

商品编码：27162791368

出版时间：2006-06-01

页数：321

书名：	机器人学导论（原书第3版）|30515
图书定价：	42元
图书作者：	（美）John J.Craig
出版社：	机械工业出版社
出版日期：	2006/6/1 0:00:00
ISBN号：	9787111186816
开本：	16开
页数：	321
版次：	3-1

作者简介

John J. Craig斯坦福大学荣誉教授。...

内容简介

本书系统讲解机器人学的理论知识，主要内容包括：机器人操作臂的几何性质，引起操作臂运动的力和力矩，与操作臂机械设计有关的问题和控制方法，机器人编程方法等。本书曾作为美国斯坦福大学机器人学导论的教材，经过两次修订。书中还包括大量分级的习题和编程作业，适合教学参考。. 本书可作为高等院校相关专业的教材或参考书，也可供相关技术人员参考。.. 本书源于作者在斯坦福大学教授“机器人学导论”课程的讲义撰写而成。经过两次修订，曾被美国多所大学采用为教材。 Craig教授根据机器人学的特点，将理论和实际应用密切结合，按照刚体力学、分析力学、机构学和控制理论中的原理和定义对机器人运动学、动力学和控制中的原理进行了严谨的阐述，语言精练，内容深入浅出，例题简单易懂，体现出Craig教授在机器人学方面高深的造诣。本书是当今机器人学研究领域的经典之作。...

目录

译者序. 前言 第1章 绪论 1．1 背景 1．2 操作臂的机构与控制 1．3 符号 参考文献 习题 编程习题 MATLAB习题 第2章 空间描述和变换 2．1 概述 2．2 描述：位置、姿态与坐标系 2．3 映射：从坐标系到坐标系的变换 2．4 算子：平移、旋转和变换 2．5 总结和说明 2．6 变换算法 2．7 变换方程 2．8 姿态的其他描述方法 2．9 自由矢量的变换 2．10 计算分析 参考文献 习题 编程习题 MATLAB习题1 MATLAB习题2 第3章 操作臂运动学 3．1 概述 3．2 连杆描述 3．3 关于连杆连接的描述 3．4 对连杆附加坐标系的规定 3．5 操作臂运动学 3．6 驱动器空间、关节空间和笛卡儿空间 3．7 举例：两种典型机器人的运动学问题 3．8 坐标系的标准命名 3．9 工具的定位 3．10 计算问题 参考文献 习题 编程习题 MATLAB习题 第4章 操作臂逆运动学 4．1 概述 4．2 可解性 4．3 当n<6时操作臂子空间的描述 4．4 代数解法与几何解法 4．5 通过化简为多项式的代数解法 4．6 三轴相交的PIEPER解法 4．7 操作臂逆运动学实例 4．8 标准坐标系 4．9 操作臂求解 4．10 重复精度和定位精度 4．11 计算问题 参考文献 习题 编程习题 MATLAB习题 第5章 速度和静力 5．1 概述 5．2 时变位姿的符号表示 5．3 刚体的线速度和角速度 5．4 对角速度的进一步研究 5．5 机器人连杆的运动 5．6 连杆间的速度传递 5．7 雅可比 5．8 奇异性 5．9 作用在操作臂上的静力 5．10 力域中的雅可比 5．11 速度和静力的笛卡儿变换 参考文献 习题 编程习题 MATLAB习题 第6章 操作臂动力学 6．1 概述 6．2 刚体的加速度 6．3 质量分布 6．4 牛顿方程和欧拉方程 6．5 牛顿—欧拉迭代动力学方程 6．6 迭代形式与封闭形式的动力学方程 6．7 封闭形式动力学方程应用举例 6．8 操作臂动力学方程的结构 6．9 操作臂动力学的拉格朗日公式 6．10 建立笛卡儿空间的规范化操作臂动力学方程 6．11 计及非刚体效应 6．12 动力学仿真 6．13 计算效率问题 参考文献 习题.. 编程习题 MATLAB习题1 MATLAB习题2 MATLAB习题3 第7章 轨迹的生成 7．1 概述 7．2 关于路径描述和路径生成的综述 7．3 关节空间规划方法 7．4 笛卡儿空间规划方法 7．5 笛卡儿路径的几何问题 7．6 路径的实时生成 7．7 使用机器人编程语言描述路径 7．8 使用动力学模型的路径规划 7．9 无碰撞路径规划 参考文献 习题 编程习题 MATLAB习题 第8章 操作臂的机械设计 8．1 概述 8．2 基于任务需求的设计 8．3 运动学构形 8．4 工作空间属性的定量测量 8．5 冗余机构与闭链机构 8．6 驱动方式 8．7 刚度与变形 8．8 位置检测 8．9 力检测 参考文献 习题 编程习题 MATLAB习题 第9章 操作臂的线性控制 9．1 概述 9．2 反馈与闭环控制 9．3 阶线性系统 9．4 二阶系统的控制 9．5 控制律的分解 9．6 轨迹跟踪控制 9．7 抗干扰 9．8 连续时间控制与离散时间控制 9．9 单关节的建模和控制 9．10 工业机器人控制器的结构 参考文献 习题 编程习题 MATLAB习题 第10章 操作臂的非线性控制 10．1 概述 10．2 非线性系统和时变系统 10．3 多输入多输出控制系统 10．4 操作臂的控制问题 10．5 实际应用中的问题 10．6 当前的工业机器人控制系统 10．7 李雅普诺夫稳定性分析 10．8 基于笛卡儿空间的控制系统 10．9 自适应控制 参考文献 习题 编程习题 第11章 操作臂的力控制 11．1 概述 11．2 工业机器人在装配作业中的应用 11．3 局部约束任务中的控制坐标系 11．4 力啦混合控制问题 11．5 质量-弹簧系统的力控制 11．6 力／位混合控制方法 11．7 当前的工业机器人控制方法 参考文献 习题 编程习题 第12章 机器人编程语言及编程系统 12．1 概述 12．2 机器人编程的三个级别 12．3 应用实例 12．4 机器人编程语言的必要条件 12．5 机器人编程语言的特殊问题 参考文献 习题 编程习题 第13章 离线编程系统 13．1 概述 13．2 离线编程系统的核心问题 13．3 引导仿真器 13．4 离线编程系统的自动子任务 参考文献 习题 编程习题 附录A 三角恒等式 附录B 24种角坐标系的旋转矩阵定义 附录C 逆运动学公式 部分习题答案 索引...

编辑推荐

Craig教授根据机器人学的特点，将理论和实际应用密切结合，按照刚体力学、分析力学、机构学和控制理论中的原理和定义对机器人运动学、动力学和控制中的原理进行了严谨的阐述，语言精练，内容深入浅出，例题简单易懂，体现出Craig教授在机器人学方面高深的造诣。《机器人学导论》（原书第3版）是当今机器人学研究领域的经典之作。 更多精彩好书推荐，请点击以下图片查看：

机械的智慧之眼：探索智能机器的奥秘 在科技飞速发展的今天，机器人早已不是科幻电影中的虚影，而是渗透到我们生活方方面面的现实力量。从精准执行工业生产的机械臂，到探索未知星球的太空探测器，再到协助人类完成复杂手术的医疗机器人，它们无一不展现着人类智慧的结晶和对未来的无限憧憬。而这一切的背后，是一门深刻而迷人的科学——机器人学。 本书将带领你踏上一段激动人心的探索之旅，深入揭示智能机器的核心原理与前沿技术。我们并非要描绘一个冰冷、机械化的未来，而是要展现一个人类与机器人协同共生、共同创造更美好世界的宏大图景。这是一次对“智能”本质的追寻，对“运动”规律的解析，对“感知”能力的模拟，以及对“决策”机制的构建。 第一章：机器人的概念与发展历程 在正式开启我们的探索之前，我们首先要明确“机器人”究竟是什么。本书将从历史的长河中溯源，回溯机器人概念的萌芽与演变。你将了解到，机器人并非一日之功，而是集机械工程、电子工程、计算机科学、控制论、人工智能等诸多学科智慧的结晶。我们将穿越工业革命的蒸汽时代，见证第一台自动化设备的诞生；我们将走进信息时代的蓬勃发展，观察计算机技术如何赋能机器人；我们将触及人工智能的曙光，思考机器是否能够真正“思考”。 这一章将带你领略不同时期、不同类型的机器人代表作，它们各自的特点、应用场景以及所代表的技术突破。你将理解，机器人不仅仅是简单的工具，它们是人类对自身能力的延伸，是对复杂任务的简化，更是对未知领域探索的先锋。通过梳理机器人发展史上的重要里程碑，你将对这项技术有一个宏观而深刻的认识，为后续更深入的学习打下坚实的基础。 第二章：机器人运动学：身体的语言 想象一下，一个机器人要从A点移动到B点，它该如何规划自己的“身体”动作？这正是运动学所要解决的核心问题。在本章中，我们将聚焦于机器人的“身体”，也就是其机械结构。你将学习到如何描述机器人的关节、连杆，以及它们之间的相对运动。 我们将深入探讨正运动学和逆运动学。正运动学就好比描述一个人的肢体如何协同工作来完成某个动作，比如抬起手臂、伸出手指。它回答的是“已知关节角度，如何计算末端执行器（例如机器人的手）的位置和姿态”的问题。而逆运动学则更具挑战性，它更像是我们的大脑思考“我想要把手放在那个杯子上，我的关节需要以怎样的角度去运动”的问题。求解逆运动学是机器人实现精准控制的关键，也是机器人能够执行复杂任务的基础。 我们将介绍各种机器人臂的构型，如串联机器人、并联机器人，以及它们各自的运动学特性和应用优势。你将理解，理解机器人的运动学，就像理解人体的骨骼与肌肉如何协同发力，是操控机器人的第一步，也是最基础的一步。 第三章：机器人动力学：力的秘密 如果说运动学描述的是机器人的“身体语言”，那么动力学研究的就是驱动这具“身体”的“内在力量”。即使我们知道了机器人身体的运动规律，如果缺乏足够的动力去支撑，也无法完成任何任务。 本章将深入探讨机器人关节处的力学原理。你将学习如何计算驱动机器人运动所需的力矩或力，以及机器人运动过程中产生的惯性力、科里奥利力等。我们将引入拉格朗日方程、牛顿-欧拉方程等经典动力学模型，让你理解如何从物理定律出发，建立起机器人的动力学模型。 动力学分析对于机器人设计的鲁棒性和效率至关重要。一个准确的动力学模型能够帮助工程师优化电机的选型，预测机器人在高速运动时的性能，以及设计出更稳定、更节能的机器人。你将明白，动力学是实现机器人精确、高效运动的内在驱动力。 第四章：机器人感知：机器人的“眼睛”与“耳朵” 智能的机器人必须能够“感知”周围的环境。本章将聚焦于机器人的感知系统，探讨它们如何获取关于外部世界的信息。我们将从最直观的视觉感知开始，介绍各种摄像头、图像传感器以及图像处理的基本技术。你将学习如何让机器人“看懂”图像，识别物体、理解场景。 除了视觉，我们还将探讨其他重要的感知方式，如听觉、触觉、距离感知等。例如，激光雷达（LiDAR）和超声波传感器如何帮助机器人测量距离，从而构建环境地图；触觉传感器如何让机器人“感受”物体的纹理、硬度和温度，从而实现更精细的操作。 我们还将介绍传感器融合技术，即如何将来自不同传感器的数据有机地结合起来，从而获得更全面、更准确的环境信息。理解机器人的感知能力，就像理解我们人类如何通过眼睛、耳朵、鼻子、皮肤等器官与世界互动，是机器人实现自主导航、避障和交互的基础。 第五章：机器人路径规划与导航：在未知中前行 拥有了感知能力，机器人便能开始思考如何“走出去”。路径规划与导航是机器人实现自主移动的关键技术。在本章中，你将学习如何让机器人规划出一条从起点到终点的最优路径，同时避开障碍物。 我们将介绍各种经典的路径规划算法，如A算法、Dijkstra算法等，它们就像是为机器人绘制一张“地图”并寻找“最佳路线”。你将了解如何构建环境地图，如何在地图上表示机器人的位置和姿态，以及如何根据地图和环境信息实时更新路径。 此外，我们还将探讨机器人定位技术。机器人如何在未知的环境中确定自己的位置？这涉及到SLAM（Simultaneous Localization and Mapping，即同步定位与地图构建）等前沿技术。通过理解这些技术，你将明白机器人如何做到“一边探路，一边建图”，从而在复杂环境中自信地穿梭。 第六章：机器人控制：精准的指令 感知和规划只是“思考”，而控制则是“行动”。本章将深入探讨如何设计有效的控制策略，让机器人按照预定的指令精确地执行动作。 我们将从最基础的PID（比例-积分-微分）控制器入手，理解其工作原理和应用。然后，我们将进阶到更复杂的控制方法，如模型预测控制（MPC）、自适应控制等，这些方法能够让机器人在面对不确定性和动态变化的环境时，依然能够保持优异的控制性能。 你将学习到如何根据机器人的动力学模型，设计出能够克服各种干扰、实现精确跟踪的控制算法。一个好的控制系统，能够让机器人的手臂以毫秒级的精度抓取微小的物体，或者让自动驾驶汽车平稳地穿越车流。这就像是为机器人的“大脑”与“身体”之间架起一座高效、可靠的“通信桥梁”。 第七章：机器人力控与触觉：细腻的互动 在许多应用场景中，机器人不仅仅需要“到”某个位置，更需要以“某种方式”去接触和作用于物体。例如，在装配过程中，螺丝刀需要以合适的力度拧紧螺钉；在医疗手术中，机械臂需要轻柔地触摸组织。这就是力控制的范畴。 本章将深入探讨机器人如何感知和控制接触力。你将了解阻抗控制、混合力/位置控制等技术，它们能够让机器人与环境进行更“聪明”的互动。通过力反馈，机器人可以“感受”到物体的阻力，并据此调整自身的运动，实现更安全、更精细的操作。 力控制技术的进步，使得机器人能够胜任更多需要精细操作和人机协作的任务，为机器人走进日常生活、承担更复杂的社会功能打开了新的可能性。 第八章：机器人抓取与操作：灵巧的双手 “抓取”是机器人最基本但也最具挑战性的任务之一。一个能够灵活抓取和操作物体的机器人，才能真正实现其在生产、服务等领域的价值。 本章将专注于机器人抓取与操作相关的技术。你将学习如何设计机械手，如何选择合适的抓取策略，以及如何利用视觉和触觉信息来完成抓取任务。我们将探讨不同类型的抓手（如夹持器、吸盘等）及其适用性。 此外，你还将了解更高级的操作技术，如物体识别与位姿估计、抓取点选择、物体操作（如放置、堆叠、穿戴等）。这就像是教会机器人“如何用手”，让它们能够灵活地处理各种形状、大小和材质的物品，从而在自动化生产线、物流仓储以及家庭服务等领域发挥更大的作用。 第九章：人机交互：和谐的共舞 随着机器人技术的发展，人与机器人之间的协作将变得越来越普遍。如何设计安全、高效、自然的人机交互方式，是机器人走向普及的关键。 本章将探讨人机交互的各种形式。你将了解如何通过语音、手势、触控屏等多种方式与机器人进行沟通。我们将介绍如何让机器人理解人类的意图，如何提供清晰的反馈，以及如何建立信任和默契。 良好的用户体验是机器人能够被广泛接受和喜爱的基础。从工业协作机器人到服务机器人，再到陪伴机器人，人机交互的设计贯穿始终，它决定了机器人能否真正融入我们的生活，成为我们可靠的伙伴。 第十章：机器人应用与未来展望 在本书的最后，我们将目光投向机器人技术的广阔应用领域和激动人心的未来。你将了解到机器人已经在工业制造、医疗健康、交通运输、农业生产、科学探索、家庭服务等众多领域取得了显著的成就。 我们将分析当前机器人技术面临的挑战，如安全性、鲁棒性、成本、伦理道德等问题。同时，我们也将展望机器人技术的未来发展趋势，如更强的通用性、更高的智能化水平、更深度的融合、更广泛的社会影响等。 这是一次对过去成就的回顾，也是对未来可能性的畅想。机器人学是一个充满活力、不断创新的领域，它将持续推动人类社会的发展，为我们带来更便捷、更安全、更美好的生活。 结语 本书旨在为你打开一扇通往机器人世界的大门，让你理解智能机器的底层逻辑，掌握其核心技术。我们希望通过严谨的理论阐述和生动的案例分析，激发你对机器人学的浓厚兴趣，培养你独立思考和解决问题的能力。无论你是学生、研究者，还是对智能科技充满好奇的探索者，都能在这本书中找到属于自己的那份收获。让我们一起，用智慧之光，点亮通往未来智能机器的道路。

评分☆☆☆☆☆

我之前对机器人学一直是个门外汉，感觉这领域太高深了，离自己太远。偶然间看到了这本《机器人学导论（原书第3版）》，抱着试试看的心态买了下来。没想到，它彻底改变了我对机器人学的看法。这本书的写作风格非常通俗易懂，即使是一些复杂的概念，作者也能用清晰的语言和生动的例子来解释，让人感觉一点也不枯燥。 我尤其欣赏书中对于机器人控制理论的讲解。从PID控制到更复杂的模型预测控制，它都循序渐进地进行了介绍，并且提供了很多具体的算法实现和仿真示例。这让我深刻体会到，要让机器人精确地执行指令，背后有着多么精妙的控制逻辑。这本书不仅让我学到了理论知识，更重要的是，它激发了我对机器人技术进一步探索的兴趣。感觉读完之后，自己仿佛打开了一扇新世界的大门。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对科技发展充满好奇的普通读者，我一直在寻找能够系统了解前沿技术的书籍，直到我发现了这本《机器人学导论（原书第3版）》。这本书给我带来的不仅仅是知识，更是一种全新的视角。它让我看到了机器人技术是如何从概念走向现实，并在我们的生活中扮演着越来越重要的角色。 书中对机器人与人工智能的交叉融合部分尤其引人入胜。它探讨了如何让机器人拥有“思考”的能力，如何通过机器学习和深度学习来提升机器人的智能化水平。这让我意识到，机器人不仅仅是执行指令的工具，更是未来社会智能化变革的关键推动者。此外，书中还对机器人安全性和伦理道德方面的讨论，让我从更宏观的层面思考机器人技术的发展方向。这本书的深度和广度都让我印象深刻，它是一本能够启发思考、拓宽视野的优秀读物。

评分☆☆☆☆☆

刚开始拿到这本《机器人学导论（原书第3版）》时，我并没有抱太高的期望，只是觉得名字听起来比较权威，内容应该会比较全面。没想到，它真的给了我很大的惊喜。这本书的知识体系构建得非常严谨，从最基本的机器人定义、发展历史，到核心的运动控制、感知技术，再到一些前沿的机器人应用，几乎涵盖了机器人学的所有重要方面。 我特别喜欢书中关于机器人感知系统的介绍，它详细阐述了各种传感器的工作原理，以及如何利用这些传感器来“看”、“听”、“感知”周围的环境。这让我了解到，机器人之所以能够做出智能的决策，很大程度上依赖于它们强大的感知能力。此外，书中还对机器人规划和导航方面的内容做了深入的探讨，这些都是让机器人能够独立自主地完成任务的关键技术。总而言之，这本书就像一座宝库，里面蕴藏着丰富的机器人学知识，对于任何想要了解机器人技术的人来说，都是一本不可多得的好书。

评分☆☆☆☆☆

最近心血来潮，想深入了解一下机器人领域，就随手在网上搜了搜，结果看到了这本《机器人学导论（原书第3版）》。说实话，一开始对“机器人学”这个概念还有点模糊，感觉它离我们普通人挺遥远，像是只存在于科幻电影里的东西。但翻开这本书，我才意识到自己错了。它不像我想象中那么晦涩难懂，而是用一种非常系统、清晰的方式，从最基础的概念讲起，一步步带领读者进入机器人的世界。 我印象最深的是它对机器人运动学和动力学的讲解。虽然这两个词听起来有点专业，但作者的叙述方式非常形象生动，还配有很多图示，把那些复杂的数学公式和理论变得直观易懂。读到运动学部分，我才明白原来机器人手臂的每一个关节是如何协同工作，才能精准地完成抓取、搬运等动作的。而动力学则让我看到了，在执行这些动作时，需要考虑到的力、力矩等物理原理，这背后蕴含着多么精妙的工程设计。这本书让我不再觉得机器人是冰冷的机器，而是充满了智慧和工程之美的产物。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉就像是拥有了一位经验丰富的导师，它不会直接告诉你答案，而是引导你一步步去思考、去探索。我尤其喜欢它在讲解过程中穿插的那些真实世界的案例分析，比如工业机器人是如何在生产线上工作的，或者服务型机器人是如何与人类互动的。这些案例让我能够将书本上的理论知识与实际应用联系起来，深刻理解机器人技术在不同领域是如何发挥作用的。 还有一点让我觉得非常赞赏的是，这本书的排版和设计都非常用心。文字清晰，图片质量也很高，阅读体验非常舒适。即使在处理一些比较抽象的概念时，它也能通过精美的插图和表格，帮助读者更好地理解。读完之后，我感觉自己对机器人学不再是“一知半解”，而是建立了一个扎实的知识框架，这对于我以后进一步学习更深入的机器人理论，打下了坚实的基础。