機器人理論與技術基礎
閔華松 魏洪興
- 出版商: 機械工業
- 出版日期: 2025-12-01
- 售價: $450
- 語言: 簡體中文
- 頁數: 367
- ISBN: 7111792173
- ISBN-13: 9787111792178
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商品描述
本書定位為一本專業基礎課教材，因此本書的編著遵循“以學生為中心”的指導思想，章節內容安排以循序漸進為原則，按照由易到難、由淺入深、由簡至繁的形式展開，既便於教師授課，又利於學生自學。本書共八章，具體內容包括緒論、機器人系統分析與設計基礎、機器人運動學、機器人動力學、機器人運動規劃、機器人控制、機器人編程語言、典型機器人系統的設計與實現。為了加強課程的學習效果，本書在相關章節安排實例分析，期望通過實例引發讀者的深入思考，並在各章的 編入擴展閱讀內容，便於讀者開展探索式學習，達到啟發思維的目的。為了 好地將理論和實踐相結合，本書對各章知識點所涉及的算法和系統給出相關算法偽代碼或系統仿真實例以進行驗證，同時在章節末尾編有習題和編程內容，有利於學生鞏固、提高自己的知識和技能。本書可作為機器人工程專業的高年級本科生或研究生教材，也可作為相關科研人員與工程技術人員的參考用書。
目錄大綱
前言
第1章 緒論
1.1 機器人的發展
1.1.1 機器人的歷史
1.1.2 機器人及機器人學的定義
1.2 機器人的分類
1.3 機器人的發展趨勢
1.4 本書章節安排與各章概要
1.4.1 本書章節安排
1.4.2 機器人系統分析與設計基礎
1.4.3 機器人運動學
1.4.4 機器人動力學
1.4.5 機器人運動規劃
1.4.6 機器人控制
1.4.7 機器人編程語言
1.4.8 典型機器人系統的設計與實現
1.5 擴展閱讀
習題
第2章 機器人系統分析與設計基礎
2.1 機器人與人工智慧
2.2 機器人軟體體系結構
2.2.1 層次結構
2.2.2 包容體系結構
2.2.3 分散式結構
2.2.4 仿生結構
2.2.5 體系結構中的任務規劃
2.3 機器人系統的組成
2.4 機器人位形
2.4.1 機器人的坐標系及位姿
2.4.2 RPY角法
2.4.3 歐拉角法
2.4.4 羅德裏格斯公式
2.4.5 四元數法
2.4.6 羅德裏格斯參數法
2.4.7 位形與位形空間
2.5 機器人關節類型與自由度
2.5.1 關節類型
2.5.2 自由度計算
2.6 常用的機器人建模描述文件與模擬平臺
2.6.1 常用的機器人建模描述文件
2.6.2 URDF機器人模型
2.6.3 常用的機器人模擬平臺
2.7 機器人系統的設計方法
2.7.1 機器人系統設計的基本原則
2.7.2 機器人系統設計的步驟
2.8 基於ROS的機器人系統設計
2.8.1 ROS介紹
2.8.2 ROS2架構
2.8.3 基於ROS的機械臂模擬設計實例
2.8.4 基於ROS的移動機器人模擬設計實例
2.9 擴展閱讀
習題
編程
第3章 機器人運動學
3.1 三自由度串聯機械臂運動學——幾何法
3.1.1 笛卡兒坐標型（PPP）
3.1.2 圓柱坐標型（RPP）
3.1.3 球坐標型（PRR）
3.1.4 平面關節型（RRP）
3.1.5 鏈式坐標型（RRR）
3.2 D-H表示法
3.3 SCARA機器人運動學
3.3.1 SCARA機器人坐標系的建立
3.3.2 SCARA機器人的正運動學分析
3.3.3 SCARA機器人的逆運動學分析（代數法）
3.4 機器人腕部結構
3.4.1 單自由度手腕
3.4.2 二自由度手腕
3.4.3 三自由度手腕
3.5 多軸串聯機器人運動學求解方法分類
3.6 6R串聯機器人正運動學
3.6.1 D-H表示法求解
3.6.2 旋量法求解
3.6.3 四元數法求解
3.6.4 對偶四元數法求解
3.7 多軸串聯機器人逆運動學
3.7.1 滿足Pieper準則的解析解法
3.7.2 解析法與幾何向量法的混合求法
3.7.3 機器人雅可比矩陣
3.7.4 逆運動學的數值求解
3.8 速度與靜力學
3.9 奇異性分析
3.10 工作空間分析
3.10.1 幾何圖解法
3.10.2 解析法
3.10.3 數值法
3.11 並聯機器人運動學
3.11.1 並聯機器人簡介
3.11.2 Delta機器人運動學分析
3.11.3 Delta並聯機器人的分類與應用
3.12 輪式移動機器人運動學
3.12.1 輪式移動機器人運動學基礎模型
3.12.2 輪子運動約束
3.12.3 輪式移動機器人運動約束
3.12.4 移動機器人的機動性
3.12.5 帶小腳輪的兩輪差速驅動機器人運動學實例
3.12.6 全向輪式移動機器人運動學分析實例
3.13 擴展閱讀
習題
編程
第4章 機器人動力學
4.1 拉格朗日動力學方法
4.2 基於矢量三角形法的遞歸牛頓-歐拉動力學方法
4.2.1 計算速度和加速度的外推法
4.2.2 作用在連桿上的力和力矩
4.2.3 計算力和力矩的內推法
4.3 基於旋量法的遞歸牛頓-歐拉方程
4.3.1 單剛體運動旋量-力旋量方程推導
4.3.2 採用運動旋量-力旋量表示的牛頓-歐拉方程
4.3.3 基於旋量法的牛頓-歐拉逆動力學方程推導
4.4 基於旋量法的組合形式動力學方程封閉解
4.5 空間向量表示法
4.5.1 空間運動向量和空間力向量
4.5.2 空間向量運算規則
4.5.3 空間加速度
4.5.4 空間動量與空間慣量
4.5.5 空間運動方程
4.6 基於空間向量表示法的剛體動力學模型
4.6.1 連接圖
4.6.2 連桿和關節幾何參數
4.6.3 連桿與關節之間速度、加速度以及力的傳遞
4.7 基於空間向量表示法的遞歸牛頓-歐拉逆動力學
4.8 基於關節體演算法的正動力學
4.9 利用逆動力學求解開鏈機器人正動力學
4.9.1 利用逆動力學計算h(θ,θ)項的方法
4.9.2 利用逆動力學求M(θ)的方法
4.10 採用歐拉積分法進行正動力學數值計算
4.11 六軸協作機器人動力學分析實例
4.11.1 AUBO-i5機器人的MDH參數和連桿質量參數
4.11.2 將三維笛卡兒向量轉換為六維空間向量表示
4.11.3 基於六維空間向量的遞歸牛頓-歐拉逆動力學方法實例測試
4.11.4 基於六維空間向量關節體演算法的正動力學實例測試
4.11.5 一階歐拉積分法實例測試
4.12 擴展閱讀
習題
編程
第5章 機器人運動規劃
5.1 機器人位形空間表達方法
5.2 軌跡生成演算法
5.2.1 點到點軌跡生成
5.2.2 具有中間路徑點的軌跡生成
5.3 位形空間離散化規劃方法
5.3.1 組合規劃方法
5.3.2 圖搜索演算法
5.3.3 基於採樣的規劃方法
5.4 勢場法
5.5 動態窗口法
5.6 運動軌跡平滑
5.7 全局規劃與局部規劃
5.8 擴展閱讀
習題
編程
第6章 機器人控制
6.1 機器人控制系統
6.2 參數標定與辨識
6.2.1 運動學參數標定
6.2.2 坐標系標定
6.2.3 動力學參數辨識
6.3 工業機器人控制
6.3.1 獨立關節控制模型
6.3.2 獨立關節設定點跟蹤控制
6.3.3 獨立關節力矩控制
6.3.4 多關節機器人控制
6.3.5 力控制
6.3.6 約束坐標系
6.3.7 力/位混合控制
6.3.8 AUBO-i5機械臂控制實例
6.4 移動機器人控制
6.4.1 移動機器人反饋控制原理
6.4.2 輪式移動機器人控制
6.4.3 全向移動機器人反饋控制
6.4.4 移動機器人裏程計
6.5 擴展閱讀
習題
編程
第7章 機器人編程語言
7.1 機器人語言發展歷史
7.2 典型工業機器人語言簡介
7.2.1 INFORM語言
7.2.2 RAPID語言
7.2.3 KRL語言
7.2.4 KAREL語言
7.2.5 URScript語言
7.3 機器人語言的分類
7.3.1 動作級編程語言
7.3.2 對象級編程語言
7.3.3 任務級編程語言
7.4 機器人編程語言的要求
7.5 機器人語言解析器原理
7.5.1 機器人語言指令集設計
7.5.2 機器人語言詞庫設計
7.5.3 詞法分析
7.5.4 語法分析
7.5.5 編譯/解析與執行
7.6 AUBOScript語言
7.6.1 AUBOScript標識符與變數
7.6.2 AUBOScript命令
7.7 AUBO-i5編程
7.7.1 示教器編程
7.7.2 SDK編程
7.8 擴展閱讀
習題
編程
第8章 典型機器人系統的設計與實現
8.1 機器人系統設計需要考慮的因素
8.1.1 機器人的任務估計
8.1.2 應用機器人的三要素
8.1.3 使用機器人的經驗準則
8.2 機器人系統的總體設計方法
8.2.1 系統分析
8.2.2 技術設計
8.3 分揀機器人系統設計
8.3.1 分揀機器人簡介
8.3.2 包裹分揀機器人系統設計
8.4 搬運碼垛機器人系統設計
8.4.1 搬運碼垛機器人簡介
8.4.2 工業機器人搬運碼垛系統設計
8.5 移動機器人巡防系統設計
8.5.1 移動機器人巡防系統簡介
8.5.2 機房巡防機器人系統設計
8.6 擴展閱讀
習題
編程
參考文獻
