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机器人学导论 （原书第3版）_（美）HLHN J.CRAIG著 贠超等译.pdf

机器人学导论 （原书第3版）_（美）HLHN J.CRAIG著 贠超等译.pdf

《机器人学导论》是一本深入探讨机器人学核心理论与实践的著作，内容涵盖了机器人几何学、运动学、动力学、控制以及编程等多个关键领域。以下是本书的核心内容概要：

1. 机器人学基础：

  • 定义： 机器人是一门综合性学科，涉及机械、电子、控制、计算机科学和人工智能等多个领域。
  • 构成： 典型的工业机器人包括操作臂、末端执行器、传感器和控制器等。
  • 应用： 广泛应用于工业自动化领域，如装配、焊接、喷涂等。

2. 坐标系与描述：

  • 坐标系： 采用坐标系描述物体的位置和姿态，包括世界坐标系、工具坐标系、末端执行器坐标系等。
  • 位姿描述： 使用位置矢量和旋转矩阵来描述物体在空间中的位姿。
  • 变换： 介绍了坐标系之间的平移和旋转变换，以及齐次变换矩阵的运用。

3. 运动学：

  • 定义： 运动学研究操作臂的运动特性，包括位置、速度、加速度等。
  • 正运动学： 根据关节角计算末端执行器的位置和姿态。
  • 连杆参数： 介绍了Denavit-Hartenberg (DH) 参数，用于描述相邻连杆之间的关系。

4. 逆运动学：

  • 定义： 根据末端执行器的位置和姿态计算关节角。
  • 可解性与解的性质： 讨论了逆运动学的可解性，多解问题。
  • 求解方法： 介绍了代数解法和几何解法，并以平面三连杆操作臂为例进行说明。

5. 速度和静力学：

  • 速度与角速度： 介绍了线速度和角速度的定义，以及它们在不同坐标系中的表示。
  • 雅可比矩阵： 建立了雅可比矩阵，用于描述关节速度与末端执行器速度之间的关系。
  • 力控制： 介绍了力控制的概念，以及力/位混合控制方法。

6. 动力学：

  • 牛顿-欧拉方程： 介绍了牛顿-欧拉迭代动力学方程，用于分析操作臂的动力学。
  • 质量分布与惯性张量： 讨论了质量分布对动力学的影响，并介绍了惯性张量的计算。
  • 动力学方程： 推导了操作臂的动力学方程，并将其分解为惯性矩阵、离心力和哥氏力矢量以及重力矢量。

7. 轨迹生成：

  • 路径描述： 介绍了路径描述和路径生成的基本概念。
  • 关节空间规划： 介绍了以关节角为参数的轨迹规划方法。
  • 笛卡尔空间规划： 讨论了以笛卡尔坐标为参数的轨迹规划方法。
  • 轨迹规划方法： 介绍了三次多项式插值和带有抛物线拟合的直线段。

8. 机械设计：

  • 关节类型与布局： 探讨了不同类型的机器人设计（如笛卡尔、铰接型、SCARA、球面坐标型）及其优缺点。
  • 工作空间、奇异点和性能指标： 讨论了工作空间、奇异点和可操作度等设计指标。

9. 线性控制：

  • 反馈控制： 介绍了反馈控制的基本概念，包括开环控制和闭环控制。
  • 二阶系统： 分析了二阶系统的响应特性，包括过阻尼、欠阻尼和临界阻尼。
  • PID控制： 介绍了比例、积分和微分(PID)控制律，以及其对控制性能的影响。

10. 非线性控制：

  • 非线性问题的挑战： 介绍了非线性控制问题的复杂性，以及基于模型的控制方法。

11. 力/位混合控制：

  • 基本原理： 介绍了力/位混合控制的基本原理。
  • 控制模式： 讨论了位置控制、力控制以及力/位混合控制。

12. 机器人编程语言：

  • 编程级别： 介绍了机器人编程的三个级别，包括示教、动作级编程和任务级编程。
  • AL语言： 举例介绍了AL编程语言。

13. 离线编程系统：

  • 概念： 介绍了离线编程系统的基本概念。
  • 核心问题： 讨论了离线编程系统的关键问题，包括用户界面、三维建模等。

总结： 本书系统地阐述了机器人学的基本理论和实践，从机器人的结构设计、运动学分析到动力学建模、控制策略以及编程应用，内容全面且深入。同时，也强调了实际应用中的问题，如传感器融合、误差校正等，对读者掌握机器人学知识和实践技能具有重要的参考价值。

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