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機器人學:機構•運動學•動力學及運動規劃
 叢書名稱: 機器人科學與技術叢書
 作  者: 戰強
 出版單位: 清華大學
 出版日期: 2019.09
 進貨日期: 2019/11/19
 ISBN: 9787302527404
 開  本: 16 開    
 定  價: 368
 售  價: 196
  會 員 價: 196

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編輯推薦:

書主要涵蓋機器人發展歷程,機構類型,機器人位姿的數學描述及座標變換,機器人運動學建模及逆解,靜力學建模及分析,拉格朗日方程和牛頓-歐拉方程及機器人運動規劃方法。全書通俗易懂,推導嚴密,例題豐富。


內容簡介:

《機器人學:機構、運動學、動力學及運動規劃/機器人科學與技術叢書》系統地介紹了機器人學的基本理論與基礎知識。全書共7章,包括機器人的發展簡介、機器人機構、座標變換、運動學、靜力學、動力學和運動規劃等內容。
  《機器人學:機構、運動學、動力學及運動規劃/機器人科學與技術叢書》是作者在使用十幾年的講義基礎上吸收新的研究成果編寫而成的,涵蓋了作者從事機器人教學近二十年的素材積累和理論理解。該書在寫作上,力求理論闡述清楚,語言通俗易懂,理論與例題相結合,可作為機器人工程及相關專業本科生和研究生教材,也可以供從事機器人研究、開發和應用的科技人員學習參考。


作者簡介:

戰強,現任北京航空航太大學機器人研究所教授、博士生導師。1 995年和1 999年分別在哈爾濱工業大學機械工程系和機器人研究所獲學士學位和博士學位,1999-2001年在北京航空航太大學機器人研究所做博士後研究工作。曾在義大利凱西諾大學、法國裡爾中央理工學院、英國克蘭菲爾德大學開展國際合作研究。主要研究方向包括仿生靈巧手、特種機器人、精密測控系統,先後主持國家863項目、總裝備部探索研究重點專案、國家科技支撐計畫子課題、國家自然科學基金專案等10餘項。已發表論文100餘篇,獲國家發明專利10餘項,參編著作3部,其中英文著作2部。曾獲中航工業科學技術三等獎、中國發明展覽會銀獎、中國機械工程學會年度優秀論文獎、宇航學會年度優秀論文獎、北航優秀教學成果二等獎等獎項。現擔任北京航空航太大學“機器入學”研究生精品課負責人,兼任《哈爾濱工業大學學報》編委、《北京航空航太大學學報》編委、《哈爾濱工程大學學報》編委、《Frontiers of Humanoid Robotics》審稿編輯、民革北京市委科技專委會委員。


圖書目錄:

第1章 緒論
1.1 機器人的定義
1.2 機器人的發展簡介
1.2.1 古代關於機器人的記載
1.2.2 近代機器人的發展
1.2.3 現代機器人的發展
1.2.4 國內機器人的發展
1.3 機器人的專業術語
1.4 機器人的分類
1.5 機器人的主要研究方向
1.6 小結
參考文獻

第2章 機器人機構
2.1 機構的基礎知識
2.2 機器人機構分類
2.2.1 串聯機器人機構
2.2.2 並聯機器人機構
2.2.3 其他機器人機構
2.3 機器人機構簡圖畫法
2.3.1 典型機器人機構的圖形符號
2.3.2 其他機器人機構的簡圖畫法
2.4 典型機器人機構介紹
2.4.1 串聯機器人機構介紹
2.4.2 並聯機器人機構介紹
2.5 小結
參考文獻

第3章 機器人位姿的數學描述與座標變換
3.1 引言
3.2 機器人位姿的數學描述
3.3 點的座標變換
3.3.1 坐標系平移(姿態相同)
3.3.2 坐標系旋轉(原點相同)
3.3.3 座標變換綜合(平移十旋轉)
3.4 齊次座標與齊次變換
3.4.1 齊次座標
3.4.2 齊次變換
3.5 旋轉變換通式
3.5.1 旋轉矩陣通式
3.5.2 等效轉軸與等效轉角
3.6 齊次變換通式
3.7 機器人姿態的其他表示方法
3.7.1 RPY角
3.7.2 歐拉角
3.7.3 四元數
3.8 小結
參考文獻
附錄 繞固定坐標系的多個坐標軸轉動的旋轉矩陣計算

第4章 機器人運動學
4.1 引言
4.2 運動學建模方法
4.2.1 三角幾何建模方法
4.2.2 D-H建模方法
4.3 運動學逆解方法
4.3.1 逆運動學的數值解方法
4.3.2 逆運動學的解析解方法
4.3.3 機器人運動學逆解的特性分析
4.3.4 逆運動學的雅可比方法
4.4 小結
參考文獻
附錄 Paul反變換法MATLAB程式

第5章 機器人靜力學
5.1 引言
5.2 機械臂連杆受力與關節平衡驅動力
5.2.1 機械臂連杆受力計算
5.2.2 關節平衡驅動力計算
5.3 靜力平衡方程與靜力映射分析
5.3.1 靜力平衡方程
5.3.2 靜力映射分析
5.4 靜力學的逆問題
5.5 力與力矩的座標變換
5.6 小結
參考文獻

第6章 機器人動力學
6.1 引言
6.2 Lagrange動力學方法
6. 2.1Lagrange動力學建模
6.2.2 Lagrange動力學方程分析
6.3 Newton-Euler動力學方法
6.3.1 慣性張量
6.3.2 Newton方程與Euler方程
6.3.3 遞推的Newton-Euler動力學方法
6.4 Kane動力學方法
6.4.1 Kane方法介紹
6.4.2 Kane動力學方法應用舉例
6.5 小結
參考文獻

第7章 機器人的運動規劃
7.1 引言
7.2 機器人的路徑規劃
7.2.1 全域路徑規劃
7.2.2 局部路徑規劃
7.3 機器人的軌跡規劃
7.3.1 關節空間的軌跡規劃
7.3.2 操作空間的軌跡規劃
7.4 小結
參考文獻


章節試讀:

20世紀90年代初,筆者作為大一新生,參觀了哈爾濱工業大學機器人研究所,自此喜歡上了機器人,並在這個領域學習工作至今。機器人已由當初種類少、應用有限的階段發展到了現在種類繁多、應用無處不在的新階段。作為機器人發展過程的一個親歷者,也是一件很值得自豪的事情。
  10年後筆者開始為北京航空航太大學(北航)機器人研究所的研究生主講“機器人運動學”課程,該課程不久又增加了機器人動力學和運動規劃的內容,改名為“機器人學”,筆者一直主講至今。該課程已由一門學院選修課,變成了校級精品課,每年都有校外的同學來選修。在講課的過程中,筆者通過學習參考國內外的著名教材,搜集機器人發展歷程中的重要資料,編寫例題及對重要理論進行推導證明等,逐漸形成了有北航特色的機器人學講義。本書就是在這本講義的基礎上編寫而成的。筆者自2015年開始籌畫動筆,期間因忙於其他工作導致編寫斷斷續續,今日終於成稿,內心如釋重負。
  本書共7章,涵蓋了機器人的發展簡史、發展現狀、數學基礎、機構、運動學、靜力學、動力學和運動規劃等機器人學的核心內容。第1章首先對機器人的定義做了介紹,然後分古代、近代、現代及國內四部分介紹了機器人的發展概況,接著介紹了機器人的基本概念和分類,最後介紹了機器人的主要研究方向。第2章對機器人的機構做了介紹,以機構的基礎知識作為引導,介紹了機器人機構的分類、特點及機器人機構簡圖的畫法,在此基礎上對串聯機器人和並聯機器人的典型機構做了介紹,並給出了每種機構的簡圖。第3章介紹了機器人的位姿描述和座標變換,這是機器人學的數學基礎,首先介紹了機器人位置和姿態的數學描述方法,在此基礎上介紹了點的坐標系平移、坐標系旋轉及其綜合的計算方法,然後介紹了齊次座標、齊次變換、旋轉變換通式及齊次變換通式等內容,最後介紹了機器人姿態的RPY角、歐拉角和四元數表示方法。第4章是本書的重點內容,首先介紹了機器人運動學的建模方法,重點介紹了改進的D-H建模方法,並提供多個例題,然後介紹了機器人運動學逆解的方法,包括數值解方法、解析解方法及雅可比方法,重點介紹了Paul反變換法和雅可比矩陣。第5章介紹了機器人靜力學,首先介紹了機械臂連杆受力與關節平衡驅動力的計算方法,然後介紹了靜力平衡方程、靜力映射分析及靜力學的逆問題,最後介紹了力與力矩的座標變換方法。第6章介紹了機器人動力學,主要介紹了Lagrange動力學方法、Newton-Euler動力學方法及Kane動力學方法。第7章介紹了機器人的運動規劃,首先介紹了機器人的路徑規劃,主要包括柵格法的全域路徑規劃方法和勢場法的局部路徑規劃方法;然後介紹了機器人的軌跡規劃,主要包括關節空間軌跡規劃和操作空間軌跡規劃;最後在關節空間的軌跡規劃仲介紹了直線插值函數、三次多項式插值函數及五次多項式插值函數,在操作空間的軌跡規劃中主要介紹了直線軌跡規劃和圓弧軌跡規劃方法。在本書中,通過提供證明、例題和對比分析等方式力求把知識和理論介紹清楚,說明白。
  為了給本科生和研究生提供一本簡明清楚的教材或參考書,筆者編寫了本書。作為本科生的教材時,內容講到第4章即可;作為研究生教材時,可通講全書。此外,本書第1章含有大量機器人發展歷史的內容介紹,也可以作為中小學生瞭解機器人的參考書。
  本書是在參考了國內外著名教材的基礎上編寫而成,包括熊有倫院士的《機器人學》(1993版)、蔡自興教授的《機器人學》(第2版)、Craig教授的Introduction to Robotics:Mechanics and Control (Third Edition)。此外,還參考、引用了國內外發表的一些文章、圖片及資料,在此深表感謝。
  借此機會也向指導和幫助過筆者的前輩、導師、同事、同窗、好友表示感謝,特別感謝筆者的博士導師王樹國教授、博士後導師張啟先院士。
  北航複雜機構與智慧控制實驗室的許欽桓、張印、田新揚、陳翔臻、王一凡、史洪燊等參與了本書的編寫及校對工作,在此深表感謝。
  由於筆者的經驗水準有限,加之編寫時間倉促,書中可能還有不足之處,希望得到大家的批評指正。


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