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内容大纲
本书系统地介绍了机器人学的基本理论与实践应用,涵盖了从基础概念到前沿技术的广泛内容。
本书共分为7章,旨在为读者提供全面而深入的机器人学知识体系。第1章概述了机器人的定义、历史、结构、分类及应用,同时介绍了机器人学的研究内容和国内外现状。第2章深入探讨了机器人运动学,包括位姿描述、点的映射、齐次变换等关键概念,以及连杆参数、运动学方程等。第3章聚焦于机器人动力学,涉及动力学分析基础、静力分析和动力学方程。第4章介绍了机器人控制的多种方法,如运动控制、轨迹控制、力控制和智能控制。第5章展示了机器人在工业、移动、拟人、医用和水下等领域的典型应用。第6章探讨了具身智能的定义、特点、任务、关键技术和应用挑战。第7章总结了全书内容,并展望了机器人学的未来发展。
本书不仅适合作为人工智能、机器人相关专业的大学教材或参考书,也适合对机器人技术感兴趣的读者阅读,以全面了解机器人学的知识体系和发展前沿。 -
作者介绍
张涛,河北人,清华大学自动化系教授。1999年清华大学自动化系博士毕业。曾任清华大学自动化系党委书记,现任自动化系主任、信息科学技术学院副院长。曾获国家级教学成果奖、多项省部级科技成果奖。IEEE/IET/CAA Fellow。 -
目录
第1章 绪论
1.1 机器人的定义
1.2 机器人的发展历程
1.2.1 机器人的起源
1.2.2 机器人的发展
1.3 机器人的基本结构
1.4 机器人的分类
1.5 机器人的应用
1.6 机器人学的研究内容
1.7 机器人学的国内外研究现状
第2章 机器人运动学
2.1 刚体位姿的描述
2.2 点的映射
2.3 齐次坐标和齐次变换
2.4 其他姿态表示方法
2.5 旋转矩阵的导数
2.6 连杆参数和关节变量
2.7 连杆坐标系
2.8 连杆坐标系变换和运动学方程
2.9 多足步行机器人的运动学
第3章 机器人动力学
3.1 动力学分析基础
3.1.1 位置矢量的微分
3.1.2 刚体的速度
3.1.3 刚体的加速度
3.1.4 质量分布
3.2 机器人的静力分析
3.2.1 机器人连杆间的速度传递
3.2.2 雅可比矩阵
3.2.3 静力传递
3.3 机器人动力学方程
3.3.1 牛顿 欧拉动力学方程
3.3.2 拉格朗日动力学方程
3.3.3 示例
第4章 机器人控制
4.1 机器人控制系统概述
4.2 运动控制
4.2.1 具有速度输入的多关节机器人运动控制
4.2.2 具有力或力矩输入的单关节运动控制
4.2.3 多关节机器人的转矩输入控制
4.2.4 任务空间控制
4.3 力控制
4.4 运动 力混合控制
4.4.1 自然约束和人为约束
4.4.2 混合控制器
4.5 阻抗控制
4.5.1 阻抗控制算法
4.5.2 导纳控制算法
4.6 其他主题
4.7 习题
第5章 典型机器人应用
5.1 工业机器人
5.1.1 搬运机器人
5.1.2 焊接机器人
5.1.3 装配机器人
5.1.4 激光加工机器人
5.2 移动机器人
5.2.1 移动机器人的发展历程
5.2.2 移动机器人的基本组成
5.2.3 轮式移动机器人
5.2.4 履带式移动机器人
5.3 拟人机器人
5.3.1 拟人机器人的发展历史
5.3.2 拟人机器人的基本结构
5.3.3 拟人机器人的主要功能
5.3.4 拟人机器人的应用
5.4 医用机器人
5.4.1 医用机器人的特点
5.4.2 医用机器人的分类
5.4.3 医用外科机器人
5.4.4 康复机器人
5.5 水下机器人
5.5.1 水下机器人的概念与分类
5.5.2 水下机器人的研究现状
5.5.3 水下机器人的发展趋势
5.5.4 水下机器人的应用
第6章 具身智能
6.1 具身智能的定义
6.2 具身智能的特点与发展现状
6.2.1 具身智能的特点
6.2.2 具身智能的发展现状
6.3 具身智能的主要任务与关键技术
6.3.1 多模态感知技术
6.3.2 世界认知与理解技术
6.3.3 智能自主决策技术
6.4 具身智能的主要应用与挑战
6.4.1 具身智能的主要应用
6.4.2 具身智能发展面临的问题与挑战
第7章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
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