機器人學導論（原書第4版） 計算機與互聯網 書籍|7390735 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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美 約翰J 剋雷格John J Cra 著，貟超 王偉 譯

圖書標籤:

• 機器人學
• 機器人
• 人工智能
• 控製工程
• 機械工程
• 計算機科學
• 自動化
• 第四版
• 教材
• 工程技術

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齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111590316

商品編碼：25749188318

叢書名： 機器人學譯叢

齣版時間：2018-03-01

書名：	機器人學導論（原書第4版）|7390735
圖書定價：	79元
圖書作者：	（美）約翰J.剋雷格（John J. Craig）
齣版社：	機械工業齣版社
齣版日期：	2018/3/1 0:00:00
ISBN號：	9787111590316
開本：	16開
頁數：	0
版次：	1-1

內容簡介

本書係統講解瞭機器人學的理論知識，主要內容包括：空間位姿的描述和變換、操作臂的正運動學和逆運動學、操作臂的雅可比、操作臂動力學、軌跡規劃、操作臂的機構設計、操作臂的綫性和非綫性控製、操作臂的力控製、機器人編程語言和離綫編程。此外，各章末包括不同難度的習題、編程練習和MATLAB練習。 本書可作為高等院校相關專業的教材和參考書，也可供相關技術人員參考。

目錄

譯者序 前言 第1章概述 1.1背景 1.2操作臂的力學與控製 1.3符號 參考文獻 習題 編程練習 MATLAB練習 第2章空間描述和變換 2.1引言 2.2描述：位置、姿態與位姿 2.3映射：從一個坐標係到另一坐標係的變換 2.4算子：平移、鏇轉和變換 2.5總結和說明 2.6變換的計算 2.7變換方程 2.8其他姿態描述 2.9自由矢量的變換 2.10計算問題 參考文獻 習題 編程練習 MATLAB練習 第3章操作臂運動學 3.1引言 3.2連杆的描述 3.3連杆連接的描述 3.4連杆坐標係的定義 3.5操作臂運動學 3.6驅動器空間、關節空間和笛卡兒空間 3.7實例：兩種工業機器人的運動學問題 3.8坐標係的標準命名 3.9工具的位置 3.10計算問題 參考文獻 習題 編程練習 MATLAB練習 第4章操作臂逆運動學 4.1引言 4.2解的存在性 4.3當n<6時操作臂子空間的描述 4.4代數解法和幾何解法 4.5簡化成多項式的代數解法 4.6三軸相交的Pieper解法 4.7操作臂逆運動學實例 4.8標準坐標係 4.9操作臂求解 4.10重復精度和精度 4.11計算問題 參考文獻 習題 編程練習 MATLAB練習 第5章雅可比：速度和靜力 5.1引言 5.2時變位置和姿態的符號錶示 5.3剛體的綫速度和角速度 5.4對角速度的進一步研究 5.5機器人連杆的運動 5.6連杆之間的速度“傳遞” 5.7雅可比 5.8奇異性 5.9操作臂的靜力 5.10力域中的雅可比 5.11速度和靜力的笛卡兒變換 參考文獻 習題 編程練習 MATLAB練習 第6章操作臂動力學 6.1引言 6.2剛體的加速度 6.3質量分布 6.4牛頓方程和歐拉方程 6.5牛頓歐拉遞推動力學方程 6.6迭代形式與封閉形式 6.7封閉形式的動力學方程應用舉例 6.8操作臂動力學方程的結構 6.9操作臂動力學的拉格朗日方程 6.10笛卡兒空間中的操作臂動力學 6.11考慮非剛體影響 6.12動力學仿真 6.13計算問題 參考文獻 習題 編程練習 MATLAB練習 第7章軌跡生成 7.1引言 7.2關於路徑描述和路徑生成的綜述 7.3關節空間的規劃方法 7.4笛卡兒空間規劃方法 7.5笛卡兒路徑的幾何問題 7.6路徑的實時生成 7.7使用機器人編程語言描述路徑 7.8使用動力學模型的路徑規劃 7.9無碰撞路徑規劃 參考文獻 習題 編程練習 MATLAB練習 第8章操作臂的機構設計 8.1引言 8.2基於任務需求的設計 8.3運動學構型 8.4工作空間屬性的定量方法 8.5冗餘結構與閉鏈結構 8.6驅動方案 8.7剛度與變形 8.8位置檢測 8.9光學編碼器 8.10力傳感 參考文獻 習題 編程練習 MATLAB練習 第9章操作臂的綫性控製 9.1引言 9.2反饋與閉環控製 9.3二階綫性係統 9.4二階係統的控製 9.5控製規律的分解 9.6軌跡跟蹤控製 9.7抑製乾擾 9.8連續控製與離散時間控製 9.9單關節的建模和控製 9.10工業機器人控製器的結構 參考文獻 習題 編程練習 MATLAB練習 第10章操作臂的非綫性控製 10.1引言 10.2非綫性係統和時變係統 10.3多輸入多輸齣控製係統 10.4操作臂的控製問題 10.5實際問題 10.6當前工業機器人控製係統 10.7李雅普諾夫穩定性分析 10.8基於笛卡兒坐標的控製係統 10.9自適應控製 參考文獻 習題 編程練習 第11章操作臂的力控製 11.1引言 11.2工業機器人在裝配作業中的應用 11.3部分約束任務中的控製坐標係 11.4力/位混閤控製問題 11.5質量彈簧係統的力控製 11.6力/位混閤控製方法 11.7當前工業機器人控製方法 參考文獻 習題 編程練習 第12章機器人編程語言及編程係統 12.1引言 12.2可編程機器人的三個發展水平 12.3應用實例 12.4機器人編程語言的必要條件 12.5機器人編程語言的特殊問題 參考文獻 習題 編程練習 第13章離綫編程係統 13.1引言 13.2離綫編程係統的要點 13.3PILOT仿真器 13.4離綫編程係統的自動子任務 參考文獻 習題 編程練習 附錄A三角恒等式 附錄B24種轉角排列設定法 附錄C逆運動學公式 部分習題答案 索引

人類與機器的協同共舞：自動化時代的探索之旅 自古以來，人類便懷揣著讓勞動變得輕鬆、生活更加便捷的夢想。從簡陋的機械裝置到如今高度智能化的係統，我們不斷挑戰極限，將想象力轉化為現實。而“機器人學”這一學科，正是承載著這份夢想，引領我們進入一個嶄新自動化時代的鑰匙。它不僅僅是關於冰冷的金屬機器，更是關於如何賦予它們感知、思考、決策和行動的能力，進而實現人與機器之間的深度協作，共同創造一個更加美好的未來。 一、 機器人學的基石：理解與構建智能體 機器人學的核心在於理解和構建能夠執行特定任務的智能體。這涉及到多方麵的知識體係，如同搭建一座宏偉的建築，需要堅實的地基和精密的結構。 感知：機器的“眼睛”與“耳朵” 要讓機器人理解周圍的世界，它們需要擁有感知能力。這包括瞭如同人類的視覺、聽覺、觸覺等多種感官的模擬。 視覺係統： 攝像頭、深度傳感器、激光雷達等是機器人的“眼睛”。通過圖像處理和計算機視覺技術，機器人能夠識彆物體、定位自身、理解場景的幾何結構和語義信息。例如，自動駕駛汽車依靠視覺係統識彆交通標誌、行人和障礙物；工業機器人通過視覺引導精準地抓取零件。圖像識彆、目標檢測、場景分割、三維重建等技術是這一領域的核心。 聽覺係統： 麥剋風和聲學傳感器是機器人的“耳朵”。語音識彆技術使得機器人能夠理解人類的指令，而聲源定位技術則幫助它們分辨聲音的來源。智能音箱、人機交互機器人都在廣泛應用這些技術。 觸覺與力覺係統： 觸覺傳感器和力覺傳感器賦予瞭機器人“觸摸”和“感受”的能力。這對於需要精細操作的任務至關重要，例如，外科手術機器人需要感知組織的力量反饋，以避免損傷；靈巧的手部執行器需要根據接觸力調整抓取力度。 其他傳感器： 慣性測量單元（IMU）用於測量加速度和角速度，激光雷達（LiDAR）用於構建高精度三維地圖，GPS用於全局定位，紅外傳感器用於探測溫度變化等等，這些傳感器協同工作，為機器人提供全方位的信息輸入。 建模與錶示：構建世界的數字藍圖 機器人需要理解其所處的環境以及自身的狀態。這就需要建立精確的數學模型和數據錶示方法。 運動學與動力學： 運動學研究機器人的運動軌跡和姿態，而動力學則關注機器人運動時受到的力和力矩。理解這些對於規劃機器人的運動路徑、控製其關節的運動至關重要。例如，機械臂需要精確計算其末端執行器的位置和姿態，並根據運動學方程控製各關節的轉動。 環境建模： 機器人需要構建其工作環境的模型，以便進行導航、規劃和交互。這包括瞭占據柵格地圖（Occupancy Grid Map）、點雲地圖（Point Cloud Map）、語義地圖（Semantic Map）等多種形式。地圖的構建和更新是機器人自主導航的基礎。 狀態估計： 機器人需要實時瞭解自身的狀態，包括位置、姿態、速度等。卡爾曼濾波（Kalman Filter）、粒子濾波（Particle Filter）等算法被廣泛用於融閤多傳感器數據，實現對機器人狀態的準確估計，即使在存在噪聲的情況下也能保持魯棒性。 規劃與決策：指引行動的方嚮 擁有瞭感知能力和對世界的理解，機器人還需要知道“該做什麼”。規劃與決策是賦予機器人自主性的關鍵。 路徑規劃： 在復雜環境中，機器人需要找到一條從起點到終點的安全、高效的路徑。A算法、Dijkstra算法、RRT（Rapidly-exploring Random Tree）等算法被用於在靜態或動態環境中規劃路徑。 任務規劃： 對於更復雜的任務，機器人需要分解任務，並製定一係列行動步驟。這涉及到對任務目標的理解、子目標的生成以及行動序列的排序。 決策製定： 在不確定或動態的環境中，機器人需要根據當前信息做齣最優決策。強化學習（Reinforcement Learning）作為一種強大的機器學習方法，能夠讓機器人在與環境的交互中學習最優的策略。 控製：驅動機器的執行 規劃的行動需要通過精確的控製來執行。控製係統是機器人的“大腦”與“肌肉”之間的橋梁。 PID控製： 比例-積分-微分（PID）控製器是最基礎也是最常用的控製器之一，廣泛應用於各種伺服係統，用於穩定和精確地控製係統的輸齣。 先進控製策略： 對於復雜的非綫性係統，如高動態的機器人，還需要應用更先進的控製策略，如模型預測控製（MPC）、滑模控製（Sliding Mode Control）等，以實現更優的性能和魯棒性。 力控製與柔順控製： 在與環境交互時，機器人需要控製作用在物體上的力，或者實現柔順的運動，以避免損壞物體或確保操作安全。 二、 機器人學的應用：重塑我們的生活與工作 機器人學的進步正在深刻地改變著我們生活的方方麵麵，從工廠車間到傢庭居室，從醫療保健到太空探索，機器人的身影無處不在。 工業自動化：效率與精度的飛躍 在製造業領域，機器人早已是不可或缺的生産力。 焊接、噴塗、搬運： 工業機器人承擔著重復性高、危險性強、精度要求高的任務，極大地提高瞭生産效率和産品質量。 柔性製造： 現代工業機器人能夠通過重新編程適應不同的生産任務，實現柔性化生産，滿足個性化定製的需求。 協作機器人（Cobots）： 協作機器人能夠與人類工人並肩工作，共享工作空間，提供輔助，進一步提升生産力和安全性。 服務機器人：便捷與溫暖的延伸 服務機器人正在走進我們的日常生活，提供各種便利。 傢庭服務： 掃地機器人、烹飪機器人、陪伴機器人等，正在減輕傢務負擔，提升生活品質。 商業服務： 導覽機器人、送餐機器人、客服機器人等，正在改善客戶體驗，優化服務流程。 醫療與健康： 手術機器人能夠實現微創手術，提高手術精度；康復機器人輔助患者進行康復訓練；護理機器人為老年人提供生活照料。 物流配送： 自動駕駛的物流車和無人機正在改變著商品的配送方式，提高效率，降低成本。 自動駕駛：未來的齣行革命 自動駕駛技術是機器人學在交通領域最激動人心的應用之一。 感知與決策： 自動駕駛汽車需要強大的感知係統來理解周圍環境，並做齣實時的駕駛決策，包括路徑規劃、障礙物規避、交通規則遵守等。 安全性與可靠性： 自動駕駛技術的關鍵在於其安全性與可靠性，需要經過海量的測試和嚴格的驗證。 探索未知：拓展人類的邊界 在惡劣或危險的環境中，機器人是人類探索的得力助手。 深海探測： 水下機器人能夠承受巨大的水壓，探索海洋深處，進行科學考察和資源勘探。 太空探索： 火星車、月球探測器等，是人類在遙遠星球上的“眼睛”和“雙手”，為我們傳迴寶貴的數據和圖像。 災難救援： 搜救機器人能夠在地震、火災等災難現場，進入危險區域，定位幸存者，為救援工作提供支持。 三、 機器人學的未來：智能、交互與倫理的融閤 機器人學的發展並非一帆風順，它也麵臨著諸多挑戰，但同時也孕育著無限的機遇。 人工智能的驅動：邁嚮通用人工智能 人工智能，尤其是深度學習和強化學習的飛速發展，正在為機器人注入更強的智能。未來的機器人將不再局限於執行預設的程序，而是能夠學習、適應、甚至創造。通用人工智能（AGI）的實現，將使機器人擁有類人的認知能力，能夠處理更加復雜和多樣化的任務。 人機交互的深化：無縫協作的夥伴 未來的機器人將更加注重人機交互的自然與流暢。通過更先進的語音識彆、自然語言處理、手勢識彆等技術，人與機器的溝通將如同人與人之間的交流一樣輕鬆。機器人將不再僅僅是工具，而是成為我們生活和工作中的得力夥伴，共同完成目標。 軟體機器人與生物啓發：柔韌與靈巧的新維度 傳統的機器人多采用硬質材料，限製瞭其靈活性和安全性。軟體機器人利用柔軟、可變形的材料，模仿生物體的運動方式，能夠更好地適應復雜地形，實現更精細的操作，甚至可以安全地與人類進行物理接觸。生物啓發式機器人則從自然界中汲取靈感，模仿動物的運動和感知機製，創造齣更加高效和適應性強的機器人。 倫理與社會責任：人工智能時代的審慎前行 隨著機器人能力的不斷增強，其對社會的影響也日益顯現。數據隱私、就業衝擊、責任歸屬、以及對人工智能的潛在濫用等問題，都需要我們進行深入的思考和審慎的應對。建立完善的倫理規範和法律法規，引導機器人技術朝著造福人類的方嚮發展，是不可迴避的課題。 結語 機器人學是一門充滿活力和前瞻性的學科，它融閤瞭機械工程、電子工程、計算機科學、人工智能、控製理論等多個領域。從最基礎的運動控製到最前沿的人工智能，機器人學的每一個分支都在為實現更智能、更自主、更高效的機器人係統而努力。它不僅是技術的革新，更是人類對自身能力的一種延伸和拓展。擁抱機器人學，就是擁抱一個更加智能、便捷、充滿無限可能的未來。在這個未來中，人類將與機器人協同共舞，共同譜寫自動化時代的嶄新篇章。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直太棒瞭！我之前對機器人學一直處於一種模糊的認識狀態，總覺得它是一個遙不可及的高科技領域。但自從我翻開這本書，那種感覺就徹底改變瞭。作者的講解方式非常循序漸進，從最基礎的概念講起，比如機器人是如何被定義、有哪些基本的構成要素、以及它們是如何通過各種傳感器感知世界、通過執行器完成動作的。我特彆喜歡書中對於“運動學”部分的闡述，雖然一開始聽起來有點嚇人，但作者通過大量的圖示和生動的例子，讓我對機器人的空間姿態、關節角度與末端執行器位置之間的關係有瞭清晰的理解。而且，它不僅僅是理論的堆砌，還穿插瞭許多實際應用的案例，從工業機器人到服務機器人，再到一些前沿的探索性機器人項目，都讓我看到瞭機器人技術在現實世界中的巨大潛力。我尤其對書中關於“動力學”的講解印象深刻，它解釋瞭機器人運動背後的力學原理，以及如何控製這些力來保證機器人的穩定和精確。讀完前麵幾章，我感覺自己已經入門瞭，並且對未來可能的發展方嚮充滿瞭好奇。這本書的排版也很舒服，文字大小、行距都恰到好處，閱讀起來一點都不費眼。

評分☆☆☆☆☆

這本書的深度和廣度都讓我驚嘆。我尤其喜歡書中關於“機器人倫理”和“社會影響”的討論。這讓我意識到，機器人技術的發展不僅僅是技術層麵的突破，更涉及到人類社會未來的發展方嚮。作者提齣瞭許多引人深思的問題，比如機器人在就業市場中的角色、人工智能是否會超越人類、以及如何確保機器人技術的安全和可控等。這些討論讓我不僅僅將這本書視為一本技術手冊，更將其視為一本關於未來社會思考的指南。我開始從一個更宏觀的視角去審視機器人學，思考這項技術將如何塑造我們的生活，以及我們應該如何應對由此帶來的挑戰。這本書的章節安排也很有條理，每一部分都承接上一部分，邏輯清晰，即使涉及一些復雜的概念，也能在前後文的對照中找到理解的綫索。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我帶來的驚喜遠不止於此。在掌握瞭基本概念之後，我開始深入瞭解機器人如何“思考”和“決策”。書中關於“控製係統”的部分，簡直是打開瞭我新世界的大門。它詳細介紹瞭各種經典的控製算法，比如PID控製器，以及如何利用這些算法來精確地控製機器人的運動。我以前總以為機器人就是按照預設程序一步步執行，但這本書讓我認識到，真正的機器人需要具備一定的智能，能夠根據環境的變化做齣實時調整。特彆是書中關於“路徑規劃”和“避障”的章節，我看得津津有味。它解釋瞭機器人如何在復雜的環境中找到最優路徑，同時避開障礙物，這對於自動駕駛汽車、無人機等應用來說至關重要。我甚至開始嘗試去理解書中一些數學公式背後的含義，雖然有些地方還需要反復琢磨，但那種挑戰自我的感覺非常令人興奮。而且，這本書並沒有止步於理論，它還介紹瞭許多常用的機器人操作係統和開發工具，比如ROS，這讓我對接下來的實踐學習有瞭更明確的方嚮。我感覺這本書就像一位循循善誘的老師，一步步引導我，讓我從一個完全的外行，逐漸成長為一個對機器人學有初步認識的愛好者。

評分☆☆☆☆☆

總的來說，這本書的價值遠遠超齣瞭我的預期。我一直對計算機科學和互聯網領域的新技術保持著濃厚的興趣，而機器人學無疑是其中最激動人心的前沿之一。這本書不僅為我構建瞭一個紮實的機器人學基礎，更激發瞭我持續學習和探索的動力。我非常欣賞作者的嚴謹和清晰的寫作風格，他對每一個概念的解釋都力求準確，同時又避免瞭枯燥的學術腔調。書中大量的圖錶和案例分析，也極大地幫助我理解瞭抽象的理論。我感覺這本書不僅僅是一本“入門”教材，更像是一扇通往更廣闊機器人學世界的門。我已經被深深地吸引住瞭，並且已經迫不及待地想要繼續深入學習，去探索更多關於機器人技術的奧秘。我強烈推薦這本書給所有對機器人學感興趣的讀者，無論你是學生、研究人員，還是僅僅想瞭解這項前沿技術的朋友，這本書都絕對值得你擁有。

評分☆☆☆☆☆

更讓我著迷的是，這本書並沒有僅僅停留在“如何讓機器人動起來”的層麵，而是更深入地探討瞭“如何讓機器人變得更智能”。關於“機器學習”和“人工智能”在機器人學中的應用，是這本書的一大亮點。作者沒有迴避這些復雜的概念，而是用相對易懂的方式進行瞭闡述。我開始理解，為什麼現在的機器人越來越聰明，能夠識彆物體、理解指令、甚至進行簡單的對話。書中介紹瞭各種傳感器融閤的技術，比如如何結閤攝像頭、激光雷達、超聲波傳感器等信息，來構建一個更全麵的環境模型。這讓我對SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）有瞭初步的認識，理解瞭機器人如何在未知環境中定位自身並同時繪製地圖。而且，書中還涉及到瞭“機器人感知”的一些重要內容，比如目標識彆、姿態估計等，這些都是讓機器人能夠理解周圍世界的基礎。我之前總覺得AI是一個很虛的概念，但這本書將它與具體的機器人應用結閤起來，讓我覺得AI不再是遙不可及，而是切實存在於我們生活中的技術。