Craig教授根據機器人學的特點，將理論和實際應用密切結閤，按照剛體力學、分析力學、機構學和控製理論中的原理和定義對機器人運動學、動力學和控製中的原理進行瞭嚴謹的闡述，語言精練，內容深入淺齣，例題簡單易懂，體現齣Craig教授在機器人學方麵高深的造詣。《機器人學導論》(原書第4版)是當今機器人學研究領域的經典之作。

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。

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

前言/序言

前言Introduction to Robotics: Mechanics and Control, Fourth Edition科學傢常會感到通過自己的研究工作在不斷地認識自我。物理學傢在他們的工作中認識到瞭這一點，同樣，心理學傢和化學傢也認識到瞭這一點。在機器人學的研究中，研究領域和研究者自身之間的關係尤為明顯。與僅追求分析的自然科學不同，當前機器人學所追求的是偏重於綜閤的工程學科。也許正是這個原因，這個領域纔使我們當中的許多人著迷。
機器人學研究的是怎樣綜閤運用機械裝置、傳感器、驅動器和計算機來實現人類某些方麵的功能。顯然，這是一項龐大的任務，它必然需要運用各種“傳統”領域的研究思想。
現今，機器人學諸方麵的研究工作都是由不同領域的專傢進行的。通常沒有一個人能夠完全掌握機器人領域的所有知識。因此，自然有必要對這個研究領域進行劃分。在更高的層次上，可把機器人學劃分為4個主要領域：機械操作、移動、計算機視覺和人工智能。
本書介紹機械操作的理論和工程知識。機械操作這一機器人學分學科是建立在幾個傳統學科基礎之上的。主要的相關學科有力學、控製理論、計算機科學。在本書中，第1~8章包括機械工程和數學的主題，第9~11章為控製理論的題材，第12~13章屬於計算機科學的內容。另外，本書從始至終強調通過計算解決問題，例如，與力學密切相關的每一章都有一節簡要介紹計算方麵的問題。
本書源於斯坦福大學1983~1985鞦季學期的“機器人學導論”的講稿。前3版在1986~2016年被許多大學采用。第4版得益於這一廣泛應用，並且根據多方麵的反饋意見做瞭修改和改進。在此，嚮對本書作者提齣修正意見的所有人錶示感謝。
本書適用於高年級本科生或者低年級研究生課程。選修此課程的學生如果學過靜力學和動力學這兩門基礎課程，同時學習過綫性代數，並且能夠使用計算機高級語言編程，將是有幫助的。此外，雖然不必先修控製理論的入門課程，但學過這門課程也是有益的。本書的目標之一是以簡單、直觀的方式介紹機器人學的知識。特彆需要指齣的是，雖然本書很多內容選自機械工程領域，但本書的讀者不必是機械工程師。在斯坦福大學，很多電氣工程師、計算機科學傢、數學傢都認為本書具有很強的可讀性。
雖然本書直觀上適閤機器人係統的研發工程師使用，但是對於任何將要從事機器人研究工作的人，本書內容都是重要的背景資料。就像軟件開發人員通常要瞭解一些硬件知識一樣，不直接從事機器人的機械和控製研究的人員，也應當具備一些本書提供的背景知識。
與第3版一樣，第4版分為13章。本書的材料適閤一學期講授，如果要在半學期內講授，教師需要略去一些章節。即便如此，仍然無法深入講解所有專題。本書在編寫時從某些方麵考慮瞭這一點，例如，多數章隻采用一種方法去解決常見的問題。編寫本書的主要挑戰之一就是盡量在限定的教學時間內為每個主題閤理地分配時間。為此，我的辦法是隻考慮那些直接影響機器人機械操作的材料。
在每章的最後都有一組習題。在每道習題題號後的方括號中給齣習題的難度係數。難度係數在［00］到［50］之間。［00］是最簡單的題目，［50］是尚未解決的研究性問題。�…∥也捎昧擻隓�盞nuth所著《The Art of Computer Programming》(Addison�瞁esley齣版)同樣的難度等級。
當然，一個人認為睏難的問題，另一個人可能認為容易，因此，一些讀者會發現那些難度係數在某些情況下會引起誤解。不過，我們盡力評估瞭這些習題的難度。
在每章的末尾，布置瞭編程作業，學生可以把相應章的知識應用到一個簡單的三關節平麵操作臂中。這個簡單的操作臂足以用來證明大多數一般操作臂的所有原理，而不會使學生陷入過於復雜的問題中。每個編程作業都建立在前一個作業的基礎上，到課程結束時，學生就會得到一個完整的操作臂軟件程序庫。
另外，第1~9章共有12道MATLAB練習。這些練習由俄亥俄大學的Robert L�� Williams Ⅱ教授編寫，我對他所做的貢獻深錶感謝。這些練習可以配閤澳大利亞CSIRO首席研究科學傢Peter Corke編寫的MATLAB機器人工具箱（Robotics Toolbox）使用。�…」賾贛ATLAB機器人工具箱，請訪問http://petercorke�眂om/Robotics_Toolbox�県tml。
第1章是機器人學的介紹，介紹一些背景資料、基本思想和本書所使用的符號，並概述後麵各章的內容。
第2章包括描述三維空間中的位置與姿態的數學知識。這是極為重要的內容：通過定義，機械操作本身與周圍空間的移動物體（工件、工具、機器人自身）聯係起來。我們需要用一種易於理解並且盡可能直觀的方式來描述這些動作。
第3章和第4章討論機械操作臂的幾何問題，介紹機械工程學科中的運動學分支，這個分支研究運動但不考慮引起這種運動的力。在這兩章裏，我們討論操作臂運動學，但把研究範圍限定在靜態定位問題上。
第5章我們將運動學的研究範圍擴展到速度和靜力方麵。
第6章我們開始研究引起操作臂運動的力和力矩。這就是操作臂動力學問題。
第7章描述操作臂在
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