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編輯推薦: |
机器人既是目前的技术研究热点,也是工科类高校教育教学的重点内容。机器人研究涉及交叉学科,且运动学和动力学建模理论性强、运动控制难度大,相关仿真平台多且杂。在总结教学团队丰富教学经验的基础上,从机器人的运动仿真角度出发,阐述工业、服务、仿生等多种类型机器人的运动学和动力学建模基本概念、运动控制算法和控制器设计方法。通过典型的机器人建模、控制、仿真一体化案例分析和真实的案例加深学生的理解。
本书力争从科学前沿的高度,培养逻辑思维和创新思维能力,提高分析、解决实际机器人工程问题的能力。
? 易教易学 运动学和动力学建模、运动轨迹控制及其相应的仿真一体化呈现,都是真实案例,可以直接导入个人计算机运行调试。
? 科教融合 通过将作者科研项目成果中的机器人建模与仿真内容,用通俗易懂的语言描述,实现了科研成果向教学成果的转化,科研促进教学。
? 能力提升 通过对建模方法的讲解和仿真实验解析,加深读者对相关理论的理解,并有效地提高读者机器人建模与仿真能力。
? 技术前沿 介绍机器人研究中近些年的进展,激发学习兴趣,启迪创新思想。
? 触类旁通 本书所提供的建模与仿真方法、经验技巧,也可
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內容簡介: |
《机器人建模与控制仿真(微课视频版)》在介绍机器人发展、系统组成和分类、机器人坐标系、运动学建模方法及动力学建模方法的基础上,着重介绍各种不同类型机器人的模型特性、建模方法、控制器设计及仿真平台与环境。全书共9章,内容涉及机器人的研究现状和发展趋势、机器人运动学、机器人动力学建模方法、气动肌肉机器人、AGV智能搬运机器人、四旋翼飞行机器人、足式移动机器人、工业机器人建模与仿真、工业机器人本体校准技术、机器人仿真平台ADAMS简介和Webots仿真环境介绍等。 《机器人建模与控制仿真(微课视频版)》注重理论与应用的结合,通过多种类型机器人专题的介绍,力求使读者尽快掌握机器人技术及先进控制器的设计和分析方法,了解机器人技术的主要研究方向。本书的突出特色是工业机器人、仿生机器人、飞行机器人等的运动学和动力学建模、运动轨迹控制及其相应的仿真一体化呈现,都是真实案例,可以直接导入个人计算机运行调试。同时本书配套微课视频、教学课件(PPT)、程序代码、习题答案、教学大纲、教学日历等资源,便于读者学习和教师教学。 《机器人建模与控制仿真(微课视频版)》可作为自动化、电气工程及其自动化、机械工程、电子信息工程等专业的本科生和研究生教材,也适合从事机器人研究、开发和应用的有关科技人员学习参考。
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目錄:
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第1章绪论
1.1机器人发展史
1.1.1机器人的由来与定义
1.1.2机器人的发展
1.1.3现代机器人大事件的简介
1.2机器人系统的组成和分类
1.2.1机器人的组成部件
1.2.2机器人的分类
1.3机器人的系统建模与仿真
习题
第2章系统建模方法
2.1机器人坐标系
2.1.1刚体的位姿描述
2.1.2坐标变换
2.1.3齐次坐标变换
2.1.4齐次变换矩阵的逆
2.1.5运动算子
2.2运动学建模方法
2.2.1连杆描述和关节变量
2.2.2DH坐标系建模
2.2.3机械臂正运动学
2.2.4机械臂逆运动学
2.3动力学建模方法
2.3.1牛顿欧拉法建立机器人动力学方程
2.3.2拉格朗日法建立机器人动力学方程
2.3.3机器人动力学建模举例
习题
第3章气动肌肉机器人
3.1气动肌肉模型特性
3.2气动肌肉机械腿
3.2.1气动肌肉机械腿平台
3.2.2气动肌肉机械腿建模
3.2.3自适应反步算法仿真
3.3气动肌肉仿人手臂
3.3.1仿人肘关节建模
3.3.2基于干扰观测器的滑模控制仿真
3.3.3不同控制算法的正弦跟踪响应
习题
第4章AGV智能搬运机器人
4.1差速AGV系统
4.1.1AGV分类
4.1.2AGV导引方式
4.1.3AGV系统构成
4.2AGV运动学建模
4.3模糊控制器设计
4.4AGV系统仿真
4.4.1模糊控制器仿真
4.4.2Simulink模型搭建
4.4.3仿真结果及分析
习题
第5章四旋翼飞行机器人
5.1四旋翼飞行器动力学建模
5.1.1坐标系设定
5.1.2刚体动力学模型
5.2抗干扰反步滑模控制器设计
5.2.1滑模变结构控制
5.2.2指数型时变趋近律设计
5.2.3指数型时变增益趋近反步滑模控制
5.3抗干扰反步滑模控制仿真分析
习题
第6章足式移动机器人
6.1足式移动机器人机构建模
6.1.1正运动学建模
6.1.2逆运动学建模
6.2步态稳定性分析
6.2.1三支撑足步态规划
6.2.2四支撑足步态规划
6.2.3五支撑足步态规划
6.2.4不同步态下稳定裕度的比较
6.3行走控制仿真
习题
第7章工业机器人建模与仿真
7.1工业机器人建模和分析
7.1.1机器人运动学分析与建模
7.1.2动力学分析及建模
7.1.3机器人虚拟样机建模
7.1.4ADAMS和Simulink联合仿真方案设计
7.2控制系统建模
7.2.1主动柔顺控制算法
7.2.2控制策略分析
7.3主动柔顺控制仿真
习题
第8章工业机器人本体校准技术
8.16自由度工业机器人本体校准概述
8.2工业机器人本体校准数学建模和编程
8.3工业机器人本体校准测量设备简介
8.4工业机器人本体校准仿真分析
习题
第9章机器人仿真平台
9.1ADAMS简介
9.1.1ADAMS界面简介
9.1.2设计基于ADAMS和MATLAB的联合仿真
9.2Webots仿真环境介绍
9.2.1Webots平台简介
9.2.2Webots界面介绍
9.2.3建立简单模型
9.2.4建立并联机器人样机
习题
参考文献
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內容試閱:
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随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展,机器人在功能和技术上都有了很大的提高。机器人应用已在工业检测、航空航天、环境探测、军事侦察、公安防暴等领域受到了广泛的重视,并取得了众多成就。当前,在控制科学与工程、人工智能、仿生学等新兴学科的推动下,机器人正在向着更高、更深层次发展。
机器人建模与仿真是针对性和实践性很强,同时需要坚实的理论基础的学科。本书紧扣读者需求,采用循序渐进的叙述方式,深入浅出地论述了机器人系统的分类、组成、运动学建模方法、动力学建模方法以及不同类型机器人系统的特性及建模方法,仿真应用实例、控制解决方案,详细介绍了工业机器人本体校准技术、机器人仿真平台ADAMS简介和Webots仿真环境介绍等相关技术及其发展前沿; 此外,本书还分享了大量的程序代码并附有详细的注解,录制了微课视频,有助于读者加深对机器人建模与仿真相关原理的理解和快速入门。
本书根据编者多年从事机器人建模方法教学、科研的经验,详细介绍了气动肌肉机器人、AGV智能搬运机器人、四旋翼飞行机器人、足式移动机器人、工业机器人等建模方法和仿真实验。
本书特色
运动学和动力学建模、运动轨迹控制及其相应的仿真一体化呈现,基于真实案例,可以直接导入个人计算机运行调试,使读者体会到“学以致用”和从实践中学习的乐趣。
通过对建模方法的讲解和仿真实验解析,不但可以加深读者对相关理论的理解,而且可以有效地提高读者的机器人建模与仿真能力。
本书所提供的建模与仿真方法、经验技巧可为读者在其他控制系统建模与仿真领域提供借鉴。
配套资源
教学课件(PPT)、程序代码、习题答案、教学大纲、教学日历等,可以扫描下方二维码下载,也可以到清华大学出版社网站本书页面下载。
配套资源
微课视频(20集,共84分钟),可扫描本书各章节中对应位置的二维码观看。
致谢
感谢崔小红对本书撰写工作做出的极大贡献,她在资料整理与文字编排上注入了极大精力,并且编写和校对了本书中所有的程序示例代码。如果没有她的全心投入,本书将很难顺利完成。感谢王凌对机器人校准部分做出的贡献,这部分是本书内容中与中国计量大学学科特色紧密结合的部分。感谢金英连、王丽娜、秦菲菲、周坤、马小龙等对本书中的插图和文字进行的精心编辑和修改,使得本书的内容更加清晰形象、概念的解释更加具体明确。感谢研究团队中的硕士研究生任杰、王涛、王帅、叶可、薛晶勇、钱丰、王悠草等在本书编写过程中提供的支持和帮助。
感谢浙江省高等教育学会课题(KT2022123)、浙江省普通本科高校“十四五”教学改革项目(jg20220265)和研究生课程建设项目(2020YJSKC18)的立项资助。
限于编著者的水平和经验,加之时间比较仓促,疏漏或者错误之处在所难免,敬请读者批评指正,联系邮箱见配套资源。
王斌锐
2023年1月
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