機器人學（第二版）

內容簡介

本書介紹機器人學的基本原理及其套用，全面反映出國內外機器人學研究和套用的最新進展，是一部系統和全面的機器人學著作和教材。本書共12章，內容涉及機器人學的概況、數理基礎、運動學、動力學、位置和力控制、高級控制、感測器、高層規劃、軌跡規劃、程式設計、套用和展望等內容。

該書對第一版進行較大的修訂與補充，特別是增加了“機器人感測器”一章，把兩章“機器人控制(一、二)”改為“機器人位置和力控制”與“機器人高級控制”各一章，把“機器人規劃”一章擴展為“機器人高層規劃”和“機器人軌跡規劃”兩章。此外，增加了“機器人路徑規劃”等內容，著重介紹了作者在機器人路徑規劃領域的研究新成果。

前言

機器人學是一門高度交叉的前沿學科，引起許多具有不同專業背景人們的廣泛興趣，進行深入研究，並獲得快速發展。自第一台電子編程工業機器人問世以來近50年間，機器人學已取得令人矚目的成就。正如宋健教授1999年7月5日在國際自動控制聯合會第14次大會報告中所指出的：“機器人學的進步和套用是20世紀自動控制最有說服力的成就，是當代最高意義上的自動化。”本書介紹機器人學的基本原理及其套用，是一部比較系統和全面的機器人學著作和教材。

本書共12章，涉及機器人學的概況、數理基礎、運動學、動力學、控制、規劃、編程、套用和展望等內容。第一章簡述機器人學的起源與發展，討論機器人學的意義，分析機器人的特點、結構與分類，探討機器人學的研究領域和人工智慧爭論對機器人學的影響。第二章討論機器人學的數學基礎，包括空間任意點的位置和姿態變換、坐標變換、齊次坐標變換、物體的變換和逆變換，以及通用旋轉變換等。第三章闡述機器人運動方程的表示與求解，包括機械手運動姿態、方向角、運動位置和坐標的運動方程以及連桿變換短陣的表示，歐拉變換、滾?仰?偏變換和球面變換等求解方法，機器人微分運動及其雅可比矩陣等。第四章涉及機器人動力學方程、動態特性和靜態特性；著重分析機械手動力學方程的兩種求法，即拉格朗日功能平衡法和牛頓?歐拉動態平衡法，然後總結出建立拉格朗日方程的步驟，並以二連桿和三連桿機械手為例推導出機械手動力學方程。探討機器人的動態特性和靜態特性。第五章研究機器人的位置和力控制，包括機器人的控制原則和控制方法、傳動系統結構、位置伺服控制、位置和力混合控制、柔順控制和分解運動控制等。第六章探討機器人的高級控制，涉及機器人的變結構控制、自適應控制和智慧型控制等。第七章介紹機器人感測器的特點與分類、各種典型的機器人內感測器和外感測器的工作原理。第八章討論機器人高層規劃問題。在說明機器人規劃的作用和任務之後，從積木世界的機器人規劃入手，逐步深入開展對機器人規劃的討論，包括規則演繹法、邏輯演算和通用搜尋法及基於專家系統的規劃等。在機器人路徑規劃方面，在闡明機器人路徑規劃的主要方法和發展趨勢之後，著重介紹了作者的一些研究新成果，如基於近似Voronoi圖的機器人路徑規劃、基於模擬退火算法的機器人局部路徑規劃、基於免疫進化和示例學習的機器人路徑規劃和基於蟻群算法的機器人路徑規劃等。第九章討論機器人軌跡規劃問題，著重研究關節空間和笛卡兒空間中機器人運動的軌跡規劃和軌跡生成方法。第十章論述機器人的程式設計，研究對機器人編程的要求和分類、機器人語言系統的結構和基本功能，幾種重要的專用機器人語言，以及機器人的離線編程等。第十一章探討機器人的套用問題，論述套用機器人必須考慮的因素和採用機器人的步驟，分析機器人的套用領域。第十二章分析機器人學的現狀，展望機器人學的未來，包括國內外機器人技術和市場的發展現狀和預測、21世紀機器人技術的發展趨勢等，並提出克隆技術對智慧型機器人的挑戰問題。每章均附有習題，供教師選用和學生練習。書末附有英漢術語對照，有助於學生閱讀機器人學的英文文獻。

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