机器人科学与技术丛书·机械工程前沿著作系列：机构学与机器人学的几何基础与旋量代数 [Geometrical Foundations and Screw Algebra for Mechanisms and Robotics] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

戴建生 著

图书标签:

• 机器人学
• 机构学
• 几何学
• 旋量代数
• 机械工程
• 数学
• 动力学
• 控制
• 设计
• 理论基础

出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040334838

版次：1

商品编码：11508402

包装：精装

丛书名： 机器人科学与技术丛书·机械工程前沿著作系列

外文名称：Geometrical Foundations and Screw Algebra for Mechanisms and Robotics

开本：16开

出版时间：2014-

内容简介

　　《机器人科学与技术丛书·机械工程前沿著作系列：机构学与机器人学的几何基础与旋量代数》起始于直线几何与线性代数，自然过渡到旋量代数与有限位移旋量，紧密联系李群、李代数、对偶数、Hamilton四元数、Clifford对偶四元数等现代数学基础，首次全面、深入地阐述旋量代数在向量空间与射影几何理论下的演变与推理，提出旋量代数与李代数、四元数代数以及有限位移旋量与李群之间的关联理论，展现出旋量理论与经典数学以及现代数学的内在关联，总结提炼出许多论证严密、意义明确的引理、定理与推论，由此阐述第一篇“几何基础、旋量代数与李群、李代数”，给出机构学与机器人学的几何基础与数学理论。
　　在第二篇“旋量系理论及机构约束与自由运动”中，运用集合论与线性代数等经典数学推导并揭示旋量系、旋量多重集及其阶数与基数的本质内涵，提出并阐述旋量系关联关系理论、零空间构造理论、旋量系分解理论及旋量系对偶理论。通过演绎旋量系这四大基本理论在过约束机构、抓持与并联机构约束分析、机构活动度等机构学与机器人学基础理论问题中的推理与应用，提出并系统地建立了完整的旋量系理论，进而奠定机构与机器人约束与自由运动的理论基础。
　　在第三篇“旋量代数与几何基础的机构学与机器人学应用”中，运用旋量代数与旋量系理论研究Sarrus机构、Hoberman机构、Schatz机构、Watt机构等经典机构以及变胞并联机构、闭环支链并联机构等新型机构及其在机器人中的应用，提出并联机构四大基本旋量系、活动度扩展准则、抓持扩展矩阵、弹性系数融合矩阵、多指灵巧手“变胞活动手掌”等能够解决机构学与机器人学中实际问题的一系列新概念与新理论，完整地演绎旋量代数与旋量系理论在机构学与机器人学中的应用。
　　本书全面系统地阐述旋量代数及其几何基础，演绎其推理运算。该书层次清晰，推理严谨，循序渐进，引人入胜，含有许多准确、严密的定义、引理、定理、推论、注释、脚注、证明以及详尽的公式推导过程，适合作为旋量理论、机构学、机器人学、制造系统与自动化、精密仪器、计算机科学及图形学等相关专业的研究生教材或高年级本科生教材，也可作为相关科研人员的参考用书。

作者简介

　　戴建生，天津大学教授，先进机构学与机器人学中心主任，伦敦大学国王学院机构学与机器人学讲座教授。1982年毕业于上海交通大学。1984年获该校硕士学位，1993年获英国Salford大学哲学博士学位。2008年被授予教育部长江学者奖励计划讲座教授，2010年入选国家“千人计划”，2013年被授予“国家特聘专家”。
　　戴建生教授长期从事机构学与机器入学的基础理论与应用研究，在国内外发表学术论文400余篇，其中国际期刊论文200余篇，出版专著4部。戴建生教授为美国机械工程师学会（ASME）Fellow，英国机械工程院（IMechE）Fellow。曾任ASME英国及爱尔兰区主席，在多个国际学术期刊与学术组织任职并获得多项国内外学术奖励与荣誉。

目录

第一章 绪论
第一篇 几何基础、旋量代数与李群、李代数
第二章 直线几何
第三章 旋量代数
第四章 位移算子与指数映射
第五章 WE（3）伴随作用的有限位移旋量

第二篇 旋量系理论及机构约束与自由运动
第六章 互易性与旋量系
第七章 旋量系关联关系理论
第八章 旋量系零空间构造理诊
第九章 旋量系对偶原理
第十章 旋量系分解理论及约束与自由运动

第三篇 旋量代数与几何基础的机构学与机器人学应用
第十一章 约束旋量系与机构构型
第十二章 柔度与刚度中的旋量矩阵
第十三章 并联机构旋量系变异与活动度变化
第十四章 多指灵巧手的几何学与旋量矩阵

附录
索引
后记

机器人科学与技术丛书·机械工程前沿著作系列：机构学与机器人学的几何基础与旋量代数 图书简介 本书深入探讨了机构学与机器人学领域的核心数学工具——几何基础与旋量代数。全书结构严谨，内容详实，旨在为研究人员、工程师和高年级学生提供一个全面、深入且具有实践指导意义的理论框架。本书不侧重于具体应用案例或现有机器人系统的操作手册，而是将重点放在支撑这些应用的底层数学原理和建模方法上。 第一部分：几何基础与运动学 本部分奠定了理解机构和机器人运动学的基础。它首先回顾了欧几里得空间中的几何概念，重点关注刚体运动的描述。不同于传统的欧拉角或旋转矩阵方法，本书引入了更高效、更一致的表示方式，如四元数和先进的变换矩阵。 刚体运动的描述： 详细阐述了三维空间中刚体运动的自由度、位姿表示。书中对不同表示方法的优缺点进行了深入比较，强调了在数值计算和运动规划中的适用性。例如，对于奇异性问题，本书提供了不同于传统方法的几何解释和规避策略。 几何变换与坐标系： 探讨了不同坐标系之间的变换关系，特别是如何利用齐次坐标系进行复合运动的描述。书中引入了微分几何的概念，为后续旋量代数的引入做了铺垫。 运动学方程的建立： 基于几何约束和运动关系，本书构建了开环和闭环机构的运动学模型。重点分析了约束的几何性质，例如，如何通过几何关系来确定系统的可动性（mobility）和可操纵性（maneuverability）。 第二部分：旋量代数与空间运动的微积分 这是本书的核心部分，系统地介绍了旋量代数（Screw Theory）作为描述空间运动的强大数学语言。旋量代数提供了一种统一的框架来处理瞬时运动和有限位姿的转换，极大地简化了复杂机构的分析。 基础概念与定义： 详细定义了六自由度运动空间，以及如何用六维向量来表示任何刚体运动（包括纯平移和纯旋转）。本书明确区分了“运动螺旋”（Twist）和“力螺旋”（Wrench），并解释了它们之间的对偶关系。 螺旋的性质与运算： 深入探讨了螺旋之间的代数运算，包括螺旋的加法、标量乘法、以及决定两个运动是否相交或平行的“公垂线”概念。书中通过具体的几何实例阐释了螺旋积（Screw Product）在分析机构运动耦合中的应用。 指数坐标与位姿转换： 阐述了如何利用指数坐标（Exponential Coordinates）从螺旋运动推导出最终的位姿变换。这部分内容与李群理论紧密结合，但避免了过于抽象的李群术语，而是以运动学的角度来解释其物理意义。重点在于推导和应用指数映射。 第三部分：旋量代数在机构学中的应用 本部分将理论工具应用于具体的机械系统分析。它侧重于如何利用旋量代数高效地解决传统方法难以处理的复杂问题。 约束建模与运动传递： 使用旋量来精确描述各种关节（如球铰、万向节、移动副）的约束特性。书中展示了如何通过约束螺旋集来定义机构的运动空间，这是分析复杂并联机构的关键。 逆运动学的高效求解： 旋量代数在求解逆运动学问题时展现出其独特的优势。本书详细介绍了如何利用运动螺旋的代数性质，构建出简洁的方程组，从而简化了对复杂多回路机构的逆运动学求解过程。 雅可比矩阵的几何解释： 深入剖析了机械臂雅可比矩阵的本质，揭示其作为输入速度螺旋和输出线速度螺旋之间线性映射的几何意义。这种几何解释不仅有助于理解雅可比矩阵的奇异性，也为优化机构设计提供了直观的指导。 第四部分：旋量代数在机器人动力学中的初步应用 本部分简要介绍了旋量代数在动力学建模中的潜力，重点在于瞬时动力学分析，而非复杂的拉格朗日或牛顿-欧拉方程的详细推导。 瞬时动力学： 利用力螺旋和运动螺旋的对偶关系，建立了瞬时静力学平衡方程。这为分析机器人末端执行器所受的力和力矩提供了统一的数学表达。 运动传播与反向动力学基础： 探讨了如何利用旋量代数来高效地传播速度和加速度信息，为进一步的动力学分析奠定基础。 本书特点 本书的最大特色在于其数学的严谨性与工程应用的紧密结合。它避免了对具体机器人品牌或控制算法的描述，而是专注于机构学和机器人学这门学科的深层数学结构。读者将学会如何运用一个统一、高效的数学工具（旋量代数）来精确描述、分析和设计任何空间机构和机器人系统。书中包含大量的几何图示和代数推导，确保读者能够从根本上理解这些高级概念。本书适合具备扎实微积分和线性代数基础的研究生及专业工程师作为进阶教材和参考手册。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在自动化设备领域工作多年的工程师，我一直深感机械运动的本质和精妙。尽管我见过各种各样的连杆、齿轮和凸轮机构，但每次面对一些复杂的新型机器人设计时，总会觉得自己在理解其运动学和动力学特性时，缺乏一种更系统、更普适的分析方法。这本书的题目，《机构学与机器人学的几何基础与旋量代数》，立刻就击中了我的痛点。我越来越觉得，对机构的理解，不能仅仅停留在“它能怎么动”的层面，而应该深入到“它为什么能这么动”的几何和代数根源。我期待这本书能提供一种全新的视角，让我能够用几何的语言去直观地理解机构的构型空间、运动映射，以及各种机构之间的同构关系。而“旋量代数”，这个听起来就充满数学魅力的概念，更是让我充满了好奇。我知道，在现代机器人学中，旋量代数已经成为描述空间运动的标准工具，它能够以一种高度简洁和统一的方式处理力和扭矩、速度和角速度，并且能够非常自然地扩展到复杂的空间机器人。我希望这本书能详细阐述旋量代数的数学框架，并展示它在解决实际机构学和机器人学问题中的强大威力，比如如何用旋量来定义机构的运动轨迹、如何进行逆运动学分析，以及如何处理机构的奇异性问题。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我一拿到这本书，就被它的名字深深吸引住了。《机器人科学与技术丛书·机械工程前沿著作系列：机构学与机器人学的几何基础与旋量代数》。光是这个系列名称，就足以说明它的价值和深度。我一直对机器人技术抱有浓厚的兴趣，尤其是在理解那些精密的机械结构如何协同工作，实现复杂功能方面。传统的机构学教材，虽然讲解了基本原理，但总感觉在处理更高级、更复杂的机器人系统时，会显得力不从心。这本书强调“几何基础”，这让我觉得它将从根本上解决问题。我希望它能提供一套清晰的数学和几何工具，帮助我理解不同类型机构的运动自由度、约束以及它们如何构成复杂的机器人系统。同时，“旋量代数”这个词，更是让我看到了突破口。我之前接触过一些关于旋量的概念，但始终觉得不够系统和深入。我期待这本书能够系统地介绍旋量代数，包括它的基本定义、运算规则，以及如何将其应用于机器人运动学和动力学的分析。我希望通过这本书，我能够掌握一种更优雅、更强大的数学语言来描述和分析机器人系统的运动，从而能够更好地理解和设计各种先进的机器人。这本书的出现，对于我来说，不仅仅是一本书，更像是一扇通往机器人学更深层理论的大门。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书的内容对我而言，绝对是“硬菜”。我一直以来都在机械设计领域摸爬滚打，接触过不少的机构，也尝试过一些动力学分析，但总感觉在某些核心概念上，像是隔着一层窗户纸，没法真正捅破。这本书的书名里提到的“机构学与机器人学的几何基础”，立刻就抓住了我的眼球。我知道，很多时候，机械运动的奥秘就隐藏在最基础的几何关系里。很多教科书会直接丢给你一堆公式，让你去套用，但很少有人去深入讲解这些公式是如何从几何直观推导出来的，或者说，它们在物理空间中究竟代表着什么。我非常期待这本书能帮我填补这方面的空白，让我能够更深入地理解各种连杆机构、齿轮机构等的运动耦合关系，以及它们在三维空间中的复杂性。而“旋量代数”这个词，更是让我眼前一亮。我之前在一些研究文献里零星接触过这个概念，感觉它非常强大，能够用一种统一的方式来描述力和运动，尤其是在处理复杂的空间运动时，比传统的矢量方法要 elegant 很多。我真心希望这本书能将这个抽象的概念讲得通俗易懂，并能够清晰地展示它在机器人学中的实际应用，比如如何用旋量来描述关节的运动、如何分析机器人的雅可比矩阵等等。这本书的出现，对于我这种希望在机械设计和机器人技术方面更进一步的工程师来说，绝对是如获至宝。

评分☆☆☆☆☆

我是一名刚刚踏入机器人技术研究领域的学生，对于这个充满挑战和机遇的学科，我既充满热情又感到一丝迷茫。在寻找入门和进阶的资料时，我偶然看到了这本《机构学与机器人学的几何基础与旋量代数》。光是书名，就让我觉得这是一本非常有分量、非常有深度的学术专著。我深知，任何复杂的科技，其根基都离不开扎实的理论基础，而机构学和机器人学的“几何基础”恰恰是理解其运动和构型的关键。我希望这本书能够从最基本的几何原理出发，为我构建一个清晰的认知框架，让我能够理解不同类型机构的运动自由度、约束关系，以及它们是如何通过几何设计来实现特定的功能。尤其是在涉及到多自由度机器人时，如何准确地描述和分析其运动，往往需要借助更强大的数学工具。“旋量代数”这个概念，我之前在一些高级的课程或者论文中接触过，但始终未能深入理解其精髓。我非常期待这本书能够循序渐进地讲解旋量代数的概念，包括其在空间刚体运动描述、速度和加速度分析中的应用，以及它如何与机构学中的各种概念相互关联。我相信，掌握了这本书的内容，我将能够更自信地进行机器人建模、仿真和控制的研究，也为我未来在机器人学领域的发展打下坚实的理论基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是机构学和机器人学领域的“黑珍珠”，光是书名就透着一股硬核的专业气息，让人瞬间感受到内容的深度和前沿性。我一直对机器人这块领域抱有极大的兴趣，但总觉得理论基础不够扎实，尤其是在理解那些复杂的机械联动和运动学分析时，常常感到力不从心。这本书的出现，就像是在我探索机器人世界的道路上点亮了一盏指路明灯。从“几何基础”这个词就能推测出，它会从最根本的数学和几何原理入手，这正是我所需要的。很多时候，我们直接跳到复杂的公式和算法，却忽略了背后最直观的几何意义。这本书的重点在于建立对机构运动的深刻几何理解，这对于真正掌握机构学的精髓至关重要。而且“旋量代数”这个概念，虽然听起来有点高深，但我知道这是现代机器人学中分析和描述运动的关键工具，能提供一种更简洁、更统一的数学框架来处理空间运动。我非常期待这本书能帮助我摆脱以往那种零散的、碎片化的知识点学习模式，而是能够构建一个系统、严谨的理论体系，为我日后深入研究机器人设计、控制和仿真打下坚实的基础。这本书的装帧和排版也显得相当精致，从侧面印证了其内容的价值和作者的用心。

评分☆☆☆☆☆

听过戴老师的讲座，确实是做得非常厉害的。虽然现在不搞机器人方向，但也忍不住买来屯着。

评分☆☆☆☆☆

华人机器人大师的作品推荐

评分☆☆☆☆☆

还不错。内容很丰富。

评分☆☆☆☆☆

邮寄坏了，中评

评分☆☆☆☆☆

比较难

评分☆☆☆☆☆

帮同事买的，希望对他有帮助。

评分☆☆☆☆☆

书还可以，是正版的，以后还买。

评分☆☆☆☆☆

书还可以，是正版的，以后还买。

评分☆☆☆☆☆

很好，字迹清晰，下次会再来！