機器人學, 4/e

本書介紹機器人學的基本原理、關鍵技術及其應用。全書共12章，涉及機器人學的起源、發展、定義、特點、結構與分類，機器人學的數理基礎、運動學、動力學與控制（包括位置控制、力控制和高級智能控制），機器人傳感器、高層規劃、軌跡規劃和程序設計，以及機器人的應用和機器人學的展望等內容。全書與時俱進，全面反映國內外機器人學的**進展，是一部高水平的機器人學教材與專著。本書學術水平高，為國家級“智能科學基礎系列課程教學團隊”的機器人學課程配套教材，其第一版曾獲得教育部國家級優秀教材一等獎等重要獎勵。本修訂版在原有基礎上力求提高學術水平，為培養高素質高水平人才服務。 本書內容系統全面，反映出國內外機器人學的**進展，特別是全面修訂機器人的數理基礎和運動學，調整機器人控制和規劃內容，改進人才培養效果。本書密切理論聯系實際，加強計算能力培養，使學生學以致用。

目錄

 

 

第1章緒論

1.1機器人學的起源與發展

1.1.1機器人學的起源

1.1.2國際機器人學的發展

1.1.3中國機器人學的發展

1.2機器人的定義和特徵

1.2.1機器人的定義

1.2.2機器人的主要特徵

1.3機器人的構成與分類

1.3.1機器人系統的構成

1.3.2機器人的自由度

1.3.3機器人的分類

1.4機器人學的研究領域

1.5機器人學的應用領域

1.5.1工業機器人

1.5.2探索機器人

1.5.3服務機器人

1.5.4軍用機器人

1.6本書概要

1.7本章小結

習題1

 

第2章數學基礎

2.1位姿和坐標系描述

2.2平移和旋轉坐標系映射

2.3平移和旋轉齊次坐標變換

2.4物體的變換和變換方程

2.5通用旋轉變換

2.6本章小結

習題2

 

第3章機器人運動學

3.1機器人運動方程的表示

3.1.1機械手運動姿態和方向角的表示

3.1.2平移變換的不同坐標系表示

3.1.3廣義連桿和廣義變換矩陣

3.1.4建立連桿坐標系的步驟和舉例

3.2機器人運動方程的求解

3.2.1逆運動學求解的一般問題

3.2.2逆運動學的解析解法

3.2.3逆運動學的數值解法

3.3機器人運動的分析與綜合舉例

3.3.1機器人正向運動學舉例

3.3.2機器人逆向運動學舉例

3.4機器人的雅可比公式

3.4.1機器人的微分運動

3.4.2雅可比矩陣的定義與求解

3.4.3機器人雅可比矩陣計算舉例

3.5本章小結

習題3

 

第4章機器人動力學

4.1剛體的動力學方程

4.1.1剛體的動能與位能

4.1.2拉格朗日方程和牛頓歐拉方程

4.2機械手動力學方程的計算與簡化

4.2.1質點速度的計算

4.2.2質點動能和位能的計算

4.2.3機械手動力學方程的推導

4.2.4機械手動力學方程的簡化

4.3機械手動力學方程舉例

4.3.1二連桿機械手動力學方程

4.3.2三連桿機械手的速度和加速度方程

4.4機器人的動態特性

4.4.1動態特性概述

4.4.2穩定性

4.4.3空間分辨率

4.4.4精度

4.4.5重復性

4.5機械手的靜態特性

4.5.1靜力和靜力矩的表示

4.5.2不同坐標系間的靜力變換

4.5.3關節力矩的確定

4.5.4負荷質量的確定

4.6本章小結

習題4

 

第5章機器人位置和力控制

5.1機器人控制與傳動概述

5.1.1機器人控制的分類、變量與層次

5.1.2機器人傳動系統

5.2機器人的位置控制

5.2.1直流控制系統原理與數學模型

5.2.2機器人位置控制的一般結構

5.2.3單關節位置控制器的結構與模型

5.2.4多關節位置控制器的耦合與補償

5.3機器人的力和位置混合控制

5.3.1柔順運動與柔順控制

5.3.2主動阻力控制

5.3.3力和位置混合控制方案和規律

5.3.4柔順運動位移和力混合控制的計算

5.4本章小結

習題5

 

第6章機器人高級控制

6.1機器人的變結構控制

6.1.1變結構控制的特點和原理

6.1.2機器人的滑模變結構控制

6.1.3機器人軌跡跟蹤滑模變結構控制

6.2機器人的自適應控制

6.2.1自適應控制器的狀態模型和結構

6.2.2機器人模型參考自適應控制器

6.3機器人的智能控制

6.3.1智能控制與智能控制系統概述

6.3.2主要智能控制系統簡介

6.3.3機器人自適應模糊控制

6.3.4多指靈巧手的神經控制

6.4基於深度學習的機器人控制

6.4.1基於深度學習的機器人控制概述

6.4.2基於深度學習的機器人控制示例

6.5本章小結

習題6

 

第7章機器人傳感器

7.1機器人傳感器概述

7.1.1機器人傳感器的特點與分類

7.1.2應用傳感器時應考慮的問題

7.2內傳感器

7.2.1位移（位置）傳感器

7.2.2速度和加速度傳感器

7.2.3姿態傳感器

7.2.4力覺傳感器

7.3外傳感器

7.3.1觸覺傳感器

7.3.2應力傳感器

7.3.3接近度傳感器

7.3.4其他外傳感器

7.4機器人視覺裝置

7.4.1機器人眼

7.4.2視頻信號數字變換器

7.4.3固態視覺裝置

7.4.4激光雷達

7.5本章小結

習題7

 

第8章機器人規劃

8.1機器人規劃概述

8.1.1規劃的概念和作用

8.1.2機器人規劃系統的任務與方法

8.2積木世界的機器人規劃

8.2.1積木世界的機器人問題

8.2.2積木世界機器人規劃的求解

8.3基於消解原理的機器人規劃系統

8.3.1STRIPS的組成

8.3.2STRIPS規劃過程

8.4基於專家系統的機器人規劃

8.4.1規劃系統結構和機理

8.4.2機器人規劃專家系統

8.5機器人路徑規劃

8.5.1機器人路徑規劃的主要方法和發展趨勢

8.5.2基於近似VORONOI圖的機器人路徑規劃

8.5.3基於免疫進化和示例學習的機器人路徑規劃

8.5.4基於蟻群算法的機器人路徑規劃

8.6基於機器學習的機器人規劃

8.7本章小結

習題8

 

第9章機器人程序設計

9.1機器人編程要求與語言類型

9.1.1對機器人編程的要求

9.1.2機器人編程語言的類型

9.2機器人語言系統結構和基本功能

9.2.1機器人語言系統的結構

9.2.2機器人編程語言的基本功能

9.3機器人操作系統ROS

9.4常用的工業機器人編程語言

9.4.1VAL語言

9.4.2SIGLA語言

9.4.3IML

9.4.4AL

9.5解釋型腳本語言Python

9.5.1Python語言的基本數據結構

9.5.2選擇結構和循環結構

9.5.3函數

9.6基於MATLAB的機器人學模擬

9.7機器人的離線編程

9.7.1機器人離線編程的特點和主要內容

9.7.2機器人離線編程系統的結構

9.7.3機器人離線編程模擬系統HOLPSS

9.8本章小結

習題9第10章機器人學展望

10.1機器人技術與市場的現狀和預測

10.1.1世界機器人發展現狀和發展預測

10.1.2中國工業機器人市場統計數據分析

10.2機器人技術的發展趨勢

10.3各國雄心勃勃的機器人發展計劃

10.4應用機器人引起的社會問題

10.5克隆技術對智能機器人的挑戰

10.6本章小結

習題10

 

參考文獻

英漢術語對照表