Robot Motion Planning

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出版者:Kluwer Academic
作者:Jean-Claude Latombe
出品人:
页数:651
译者:
出版时间:1990-12-31
价格:USD 183.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780792391296
丛书系列:
图书标签:
  • 路径规划
  • 机器人学
  • 运动规划
  • 路径规划
  • 人工智能
  • 算法
  • 控制
  • 自动化
  • 机器人技术
  • 数学
  • 优化
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具体描述

好的,这是一本名为《高级机器人动力学与控制》的图书简介。 --- 高级机器人动力学与控制 探索复杂系统的前沿理论与实践 图书简介 本书系统地梳理了现代机器人学领域中,特别是动力学建模、高级控制算法以及复杂系统集成方面的前沿理论与工程实践。我们旨在为研究生、研究人员以及资深工程师提供一个深入理解和掌握如何应对高度非线性、约束复杂以及不确定性环境下的机器人系统所必需的理论基石和实用工具。 本书的结构围绕机器人系统的“建模—分析—控制—实现”这一核心闭环展开,内容深度和广度兼具,强调理论的严谨性与工程应用的紧密结合。 第一部分:基础重构与高级建模 本部分致力于为读者建立一个坚实的高级动力学基础,超越传统的欧拉-拉格朗日方法,引入更适应现代复杂机器人的建模范式。 第一章:变分原理与微分几何基础回顾 虽然主题涉及经典力学,但本章的重点在于为后续的非线性系统分析提供必要的数学语言。我们将详细介绍流形上的向量场、李群与李代数的应用,特别是如何在非欧几里得空间中描述机器人姿态和运动。重点分析约束系统的变分原理,如拉格朗日乘子法在处理接触约束和完整性约束时的适用性与局限性。 第二章:非完整约束系统的动力学建模 针对移动机器人、机械臂与环境交互系统,本章深入探讨非完整约束的数学描述。我们将剖析微分约束和代数约束之间的区别,并引入微分平坦性(Differential Flatness)的概念。对于具有滚动或滑动接触的系统(如轮式机器人、双足机器人),详细阐述如何利用广义坐标系和非完整约束方程来推导其运动学和动力学模型。此部分会着重分析如何通过选择合适的输出坐标来简化系统描述,为后续的控制设计铺平道路。 第三章:柔顺与交互动力学建模 在面向人机协作和复杂任务的背景下,刚体假设已无法满足需求。本章专注于包含弹性元件、液压或气动驱动器以及关节柔顺性的系统建模。我们将引入基于能量或应变场的连续体模型(Continuum Models)的简化形式,并详细讨论接触建模的难题——包括摩擦的非线性、粘滞-滑动转换以及冲击动力学。重点介绍接触力如何通过赫兹接触模型或库仑模型影响系统的整体动力学行为。 第二部分:非线性系统分析与稳定性理论 高级机器人系统本质上是高维的非线性系统。本部分将聚焦于描述、分析和预测这些系统的长期行为。 第四章:李雅普诺夫方法与稳定性分析的深化 本章超越传统的二次型李雅普诺夫函数,深入研究如何构造适用于复杂非线性系统的多项式或光滑李雅普诺夫函数。重点分析了利用水平集方法和拉格朗日不变流(Lagrangian Invariants)来证明系统稳定性的技巧。对于参数不确定或外部扰动下的系统,我们将引入输入到状态的稳定性(ISS)框架,并讨论如何量化系统的鲁棒性裕度。 第五章:奇异性分析与可操作性度量 对于冗余或欠驱动的串联/并联机构,理解其工作空间的几何结构至关重要。本章详述了雅可比矩阵秩亏损的物理意义——即奇异性。我们将采用奇异值分解(SVD)来量化系统的可操作性(Manipulability Ellipsoid),并讨论如何使用如“可操作性指数”或“条件数”等指标来指导任务规划,避免进入低效或受限的区域。 第六章:随机系统与不确定性下的动力学 实际环境充满噪声和模型误差。本章引入随机微分方程(SDE)来描述具有噪声激励的动力学系统。我们将重点探讨伊藤积分的应用及其在状态估计中的作用。对于参数或结构不确定的情况,本书将介绍鲁棒分析方法,如$mathcal{H}_{infty}$范数分析,以确保控制系统在模型误差范围内仍能保持性能和稳定性。 第三部分:先进控制策略与集成应用 本部分是全书的核心,专注于如何利用前述的分析工具设计出能够处理复杂非线性与约束的先进控制器。 第七章:基于反馈线性化的控制设计 针对具有特定微分平坦特性的系统,本章详细讲解全反馈线性化和输入/输出线性化的设计过程。我们将深入分析如何处理“零动态”(Zero Dynamics)的稳定性问题,这是反馈线性化成功的关键瓶颈。对于不完全可反馈的系统,本章将介绍部分线性化技术及其在欠驱动系统中的应用。 第八章:滑模控制(SMC)的现代发展 滑模控制因其对模型不确定性和外部扰动的天然鲁棒性而广受欢迎。本章将介绍二阶、高阶滑模控制(Higher-Order SMC, HOSMC)的设计,以克服传统SMC中存在的“抖振”问题。我们将结合李雅普诺夫稳定性理论,论证HOSMC如何利用更高阶导数信息实现光滑的轨迹跟踪。 第九章:基于优化和学习的控制 随着计算能力的提升,基于优化的方法成为解决复杂约束优化控制问题的首选。本章详细介绍模型预测控制(MPC)的实时求解器技术,包括对等式和不等式约束的处理,以及如何在线调整模型参数。此外,本书将探讨强化学习(RL)在复杂机器人控制中的潜力,特别是如何将传统的动力学模型嵌入到RL框架中,以平衡探索与控制性能。 第十章:多机器人系统集成与协同控制 最后一部分将视角拓展至多体系统。我们将探讨多机器人系统(如编队飞行器、协作机械臂)在共享目标约束下的分布式控制架构。核心内容包括一致性算法(Consensus Algorithms)、基于图论的通信拓扑分析,以及如何将局部动力学信息转化为全局协作行为,同时保证系统的鲁棒性和安全性。 --- 本书的独特之处: 本书不仅停留在理论推导,更注重将抽象的数学工具转化为可操作的工程设计流程。每章末尾均附有精心设计的案例研究,涉及如高动态无人机编队、复杂装配任务的柔顺操作,以及水下机器人的非完整控制等实际工程难题。通过本书,读者将能够构建出能够适应真实世界复杂性、高鲁棒性且高效的机器人控制系统。

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读后感

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用户评价

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《Robot Motion Planning》这本书,在我阅读过的众多技术书籍中,算得上是名列前茅的。它以一种极其详尽和深入的方式,为我展示了机器人运动规划这个领域的全貌。我非常欣赏作者在介绍每一种算法时,都能够从最基本的概念讲起,逐步深入到其复杂的数学模型和实现细节。这种循序渐进的学习方式,对于我这样一个初学者来说,简直是福音。尤其是书中对于“局部最优”和“全局最优”的权衡分析,让我对如何选择合适的算法有了更清晰的认识。我常常会花很多时间去理解书中那些精巧的数学推导,并尝试在脑海中构建出相应的几何图像。这种主动的思考过程,让我对算法的理解不再停留在表面。而且,书中对不同算法的比较和优劣分析,更是为我的实际应用提供了宝贵的参考。它不仅仅是一本关于“如何做”的书,更是一本关于“为什么这样做”的书,让我能够更加深入地理解其背后的科学原理。

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收到!我将以一位读者的身份,为您奉上10段对《Robot Motion Planning》这本书的深度评价,每段都力求详尽、风格各异,绝不包含书籍的实际内容,并确保字数达到要求。 这部《Robot Motion Planning》无疑是给所有身处机器人领域,尤其是需要让物理实体在复杂环境中自主移动的研究人员和工程师们,送上的一份厚礼。我拿到这本书的初衷,是被它所涵盖的广度和理论的深度所吸引。从最基本的路径搜索算法,到那些能够处理高维空间、动态障碍物和非完整约束的复杂方法,这本书似乎都给予了详尽的介绍。我尤其欣赏作者在阐述每一种算法时,都循序渐进,从其背后的基本原理,到算法的伪代码,再到其优缺点分析,都处理得恰到好处。这使得我即使在面对一些较为抽象的概念时,也能通过清晰的逻辑和详实的例子,逐渐理解其精髓。而且,书中对于不同算法适用场景的辨析,也给我留下了深刻的印象。我常常会思考,在我的项目里,面对特定类型的环境和机器人本体的运动学特性,哪一种规划方法会是最佳选择。这本书就像是一位经验丰富的老教授,用一种引人入胜的方式,将他多年的智慧和洞察倾注于笔端,让我感觉仿佛置身于一场知识的盛宴之中,每一次翻阅都能有新的收获和启发,对于我构建自己对运动规划的认知框架,起到了至关重要的作用,它帮助我建立了一个系统性的、层次分明的理解模型。

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阅读《Robot Motion Planning》的体验,简直就像在探索一个宏大而精妙的算法迷宫。作者以一种极其严谨的学术态度,为我们打开了机器人运动规划这个令人着迷的世界。我特别喜欢书中对各种经典算法的梳理,例如RRT系列,PRM,以及一些基于优化的方法,作者不仅仅是简单地罗列它们的公式,而是深入地剖析了它们的设计哲学和背后的数学原理。对于那些对理论细节有追求的读者来说,这本书无疑是量身定做的。我常常会花上大量的时间,去理解某些证明的严谨性,以及某个算法在特定条件下为何能够取得优异的表现。而书中穿插的那些巧妙的例子,更是锦上添花,它们将抽象的数学概念具象化,让原本枯燥的理论变得生动有趣。我甚至会尝试在纸上,跟随作者的步骤,一步一步地去推导一些关键公式,这种主动的学习过程,让我对书中知识的掌握更加牢固。这本书的价值,远不止于提供技术信息,更在于它塑造了一种科学的思维方式,教会我如何去分析问题、设计解决方案,并对其进行 rigorous 的验证。它不仅仅是一本技术手册,更是一部关于如何“思考”机器人运动规划的哲学著作。

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《Robot Motion Planning》这本书,对我来说,就像是打开了一扇通往机器人自主导航核心的大门。它不是那种看完了就丢在角落的书,而是我经常会反复翻阅、甚至在思考难题时用来查找灵感的宝库。我最欣赏的一点是,作者在介绍复杂算法时,始终保持着清晰的脉络,即使是对于高维空间中的路径搜索,或者是在有动态障碍物环境下进行实时规划,这本书都能提供一个坚实的理论基础和可行的实现思路。当我第一次接触到书中关于“采样效率”和“完备性”的讨论时,我被深深地吸引了。这不仅仅是理论上的概念,更是直接关系到算法在实际应用中的表现。书中对各种算法的权衡分析,比如哪种算法在稀疏采样空间表现更好,哪种算法在处理高自由度机器人时更具优势,这些都为我的项目选择提供了宝贵的参考。而且,我注意到书中对一些前沿的研究方向也有所涉猎,这让我感到这本书不仅是关于基础理论,更是与时俱进的。它教会我不仅要理解“是什么”,更要理解“为什么”,以及“在什么情况下”使用。

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《Robot Motion Planning》这本书,对我而言,其价值在于它能够将原本分散的知识点,串联成一个有机的整体,让我对机器人运动规划这一领域有了更加深刻和全面的认识。我特别欣赏作者在介绍各种算法时,所展现出的逻辑严谨性和条理性。从算法的出发点、核心思想,到其数学模型、实现细节,再到其在不同场景下的适用性和局限性,作者都给予了详尽的阐述。我记得当我第一次读到书中关于“完备性”和“最优性”的讨论时,我深受启发。这不仅仅是理论上的概念,更是直接关系到算法在实际应用中的可靠性和效率。它让我开始思考,如何在理论上的完美和实际应用中的折衷之间找到平衡。而且,书中对一些较少被提及的算法的介绍,也极大地拓展了我的视野,让我了解到了这个领域的多样性和丰富性。这本书不仅仅是一本技术指南,更像是一位经验丰富的大师,在细致地为我讲解他所理解的世界,让我能够站在巨人的肩膀上,去看得更远。

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这本书《Robot Motion Planning》带来的震撼,是来自于它所呈现的全局视野和深度分析。我曾尝试过一些零散的学习材料,但始终无法构建起一个完整的知识体系。而这本书,则像是为我搭建了一个坚实的基石。从最基本的几何学原理,到复杂的概率图模型在路径规划中的应用,它都给予了系统性的阐述。我尤其看重书中对算法“鲁棒性”和“实时性”的讨论。在实际应用中,机器人往往需要在不确定的环境中快速做出决策,而书中对这些关键性能指标的深入剖析,以及不同算法在此方面的表现差异,都让我受益匪浅。它不仅仅是告诉你“如何做”,更是引导你去思考“为什么这样好”,以及“这样做可能面临的挑战”。我常常会花很多时间去琢磨书中那些精巧的证明和数学推导,每一次的理解,都让我感觉自己离真相又近了一步。这本书不仅仅是技术的传授,更是一种思维方式的训练,它教会我如何以一种更加系统、更加严谨的态度去面对复杂的技术问题。

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阅读《Robot Motion Planning》这本书,我最大的感受是,作者以一种极其宏观的视角,为我们构建了一个关于机器人运动规划的知识体系。他不仅仅关注于单个算法的细节,更注重于算法之间的联系和演变。我尤其喜欢书中对“状态空间表示”和“代价函数设计”的深入探讨。这些看似基础的概念,却是构建一个有效规划系统的基石。作者通过大量的实例,展示了如何将这些抽象的概念,转化为实际可行的算法。我经常会在阅读中,反思这些算法是如何巧妙地模拟人类解决问题的过程,以及如何利用数学工具来优化这一过程。这本书不仅仅是一本技术手册,更像是一次关于“智能”的哲学思考,它让我对机器人技术有了更深层次的理解,也激发了我对未来研究方向的探索。它帮助我建立了一个更加全面和系统的认知框架,为我未来的研究和开发提供了坚实的理论支撑。

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这本书《Robot Motion Planning》的阅读体验,与其说是学习,不如说是一场智力探险。作者以其深厚的学术功底和精湛的写作技巧,将机器人运动规划的复杂世界,变得既神秘又引人入胜。我尤其喜欢书中对概率性规划方法和基于优化的规划方法的深入探讨。这些方法在处理高维、复杂环境时,展现出了强大的能力,而书中对它们各自的优势、劣势以及适用场景的清晰辨析,让我受益匪浅。我经常会在阅读中,思考这些算法是如何巧妙地将概率论、图论和优化理论融合在一起,以解决现实世界中的难题。这种对“巧思”的欣赏,让我对机器人技术充满了敬意。而且,书中对算法“完备性”的讨论,也让我开始审视不同方法在理论上的严格性,以及在实际应用中可能遇到的挑战。这本书不仅仅是一本技术手册,更是一扇窗户,让我得以窥见机器人运动规划领域深邃的智慧和无限的可能性。

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在我看来,《Robot Motion Planning》这本书,宛如一位经验丰富的向导,引领我深入探索机器人运动规划的复杂世界。作者的写作风格,极富洞察力,他不仅仅是罗列算法,而是深入剖析了每一种方法的“灵魂”所在。我尤其喜欢书中对算法“收敛性”和“复杂度”的分析,这让我能够从更深层次理解算法的性能,并根据实际需求做出明智的选择。例如,在面对实时性要求极高的场景时,我能够快速地从书中找到适合的启发式算法;而在对路径质量有极致追求时,书中关于最优规划方法的讲解,则为我提供了宝贵的指导。我常常会在阅读中,将书中的概念与我自己的项目经验进行对照,这种反思和联想,极大地加深了我对知识的理解。这本书不仅仅是一本技术手册,更是一次思想的洗礼,它让我学会了如何以一种更加批判性和系统性的方式去审视和解决问题。它帮助我构建了一个更加坚实和全面的理论框架,为我未来的研究和开发打下了坚实的基础。

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《Robot Motion Planning》这本书,对我来说,就像是一张精密的藏宝图,指引着我去发现机器人运动规划的宝藏。作者的描述方式,极其考究,他不仅仅是告诉你“是什么”,更是深入分析了“为什么会是这样”。我尤其看重书中对算法“时间复杂度”和“空间复杂度”的细致分析。在实际的项目开发中,这些因素往往是决定算法能否成功的关键。书中对不同算法在这些方面的权衡,为我提供了宝贵的指导,让我能够根据实际情况,选择最适合的解决方案。我常常会花很多时间去理解书中那些关于“启发式搜索”和“全局搜索”的对比,以及它们在效率和完备性上的差异。这种深入的理解,让我能够更加自信地去应对各种复杂的规划任务。这本书不仅仅是技术的堆砌,更是一种思维的引导,它教会我如何以一种更加系统、更加科学的方式去分析问题,并设计出高效、鲁棒的解决方案。

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