机器人机械系统原理理论方法和算法

机器人机械系统原理理论方法和算法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:机械工业出版社
作者:Jorge angeles
出品人:
页数:400
译者:宋伟刚
出版时间:2004-8-1
价格:48.00元
装帧:平装(无盘)
isbn号码:9787111145035
丛书系列:
图书标签:
  • 运动控制
  • 机器人
  • 工业机器人
  • 计算机技术
  • 机械工程
  • 机器人学
  • 人工智能
  • 机器人学
  • 机械系统
  • 控制理论
  • 算法
  • 数学建模
  • 动力学
  • 运动学
  • 机器人设计
  • 自动化
  • 人工智能
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具体描述

<div class=bbcontent>本书以具体完成工作任务的机器人机械系统为对象,包括机器人操作手、多指灵巧手、步行机器人、并联机器人(飞行模拟器)和轮式机器人。目标是建立起在机器人设计、控制和操作方面起着重要基础作用的机器人机械系统原理。本书包含了进入机器人领域必备的数学基础和刚体力学基础,使本书自成体系,并包括一定数量的习题。 <br> 本书的主要内容包括解耦结构串联操作手的运动学和动力学;轨迹规划;根据刚体上点的数据确定角速度和角加速度;串联和并联操作手的运动学正问题和逆问题;平台型一般结构并联操作手动力学;以及轮式机器人的运动学和动力学。 <br> 书中系统的采用了螺旋理论,内容清晰,叙述详细。可作为相关专业的高年级本科生和研究生教材,也可供工程技术人员和研究人员参考。</div>

先锋之翼:现代飞行器设计与动力学基础 作者: 丁海涛,王立群,陈志远 出版社: 航空工业出版社 出版时间: 2024年5月 --- 内容简介 《先锋之翼:现代飞行器设计与动力学基础》是一本全面、深入探讨当代航空航天领域核心理论与工程实践的权威著作。本书旨在为航空航天工程、机械工程、控制科学及相关领域的学生、科研人员和专业工程师提供一个坚实的理论基础和前沿的技术视野。全书聚焦于飞行器从概念设计到实际飞行的全生命周期关键技术,涵盖了空气动力学、结构设计、推进系统、飞行控制以及先进制造等多个交叉学科的核心内容。 本书的编纂严格遵循科学研究的严谨性与工程实践的有效性相结合的原则。全书内容结构清晰,逻辑递进自然,从最基础的物理定律出发,逐步深入到复杂的系统集成与优化问题。 第一部分:空气动力学基础与新型气动布局 本部分是理解飞行器性能的基石。我们首先回顾了经典的空气动力学理论,包括势流理论、边界层理论以及跨音速和高超声速流动的复杂现象。然而,本书的重点在于前沿气动概念。 低速与中速气动优化: 详细阐述了翼型优化设计(如层流翼型、超临界翼型)的数值方法,包括计算流体力学(CFD)在网格生成、求解器选择以及后处理分析中的最新进展。重点探讨了翼身融合(Blended Wing Body, BWB)设计对阻力、升阻比和内部空间布局的影响。 高超声速气动挑战: 深入分析了激波-边界层干扰、化学反应流效应以及烧蚀材料对气动特性的影响。引入了新型热防护系统(TPS)与气动外形设计的耦合设计方法。 气动弹性力学初步: 讨论了结构柔性与气流作用的相互影响,如颤振、抖振的分析与抑制方法,为后续的结构设计和控制系统设计奠定基础。 第二部分:先进结构设计与材料科学 现代飞行器对轻量化、高强度和抗疲劳性提出了极高的要求。本部分集中探讨了支撑飞行器安全的结构设计理念和新材料的应用。 轻量化结构设计理论: 介绍了拓扑优化(Topology Optimization)在机翼梁、肋、机身隔框等关键承力部件设计中的应用。讨论了尺寸优化、形状优化以及对其在制造约束下的可行性分析。 复合材料结构设计与分析: 详细介绍了碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)、陶瓷基复合材料(CMC)的力学性能、铺层设计原则、失效分析模型(如 Tsai-Wu, Hashin 准则的修正应用)。重点分析了层间脱层(Delamination)的识别与损伤容限设计。 多物理场耦合分析: 阐述了如何将热载荷、气动载荷与结构应力分析进行精确耦合,特别是针对高超声速飞行器热结构耦合问题的有限元模型构建与求解策略。 第三部分:飞行器推进系统与性能分析 推进系统是决定飞行器任务包线和效率的核心。本书对传统涡轮发动机和新型动力装置进行了综合论述。 涡轮发动机设计原理回顾与优化: 重新审视了轴流压气机、涡轮叶片的二维/三维流动分析,并重点探讨了叶栅的气动设计与气动弹性设计的一体化。介绍了先进的冷却技术在高温工作条件下对发动机寿命和推力的贡献。 新型推进技术展望: 深入分析了组合循环发动机(如涡轮组合循环、冲压/火箭组合循环)的工作原理、控制难点及在未来高超声速飞行中的应用潜力。对电推进系统(离子推力器、霍尔推力器)的效率、推力密度及其在空间任务中的适用性进行了定量评估。 飞行性能包线与任务规划: 建立了基于能量法的飞行器性能分析模型,用于计算最大航程、最大航时、爬升性能等关键指标。讨论了如何利用优化算法(如粒子群优化、遗传算法)来规划最优的飞行轨迹以满足特定的任务需求。 第四部分:飞行控制系统与导航制导 现代飞行器的高度自动化依赖于复杂且鲁棒的控制系统。本部分侧重于控制理论在实际工程中的转化。 线性与非线性控制基础: 系统回顾了PID控制器的设计与整定,并深入探讨了状态空间法、李雅普诺夫稳定性理论在复杂系统中的应用。引入了鲁棒控制(H-infinity控制)和最优控制(LQR)在抵抗不确定性方面的优势。 先进的飞行控制律设计: 重点介绍了增量非线性控制(Dynamic Inversion)和滑模控制(Sliding Mode Control)在应对强非线性和气动耦合效应时的设计与实现。探讨了高超声速飞行器在大速度/大攻角范围内的控制策略切换问题。 导航、制导与态势感知: 介绍了惯性导航系统(INS)与全球导航卫星系统(GNSS)的组合滤波技术,特别是扩展卡尔曼滤波(EKF)和无迹卡尔曼滤波(UKF)在提高定位精度和抗干扰能力中的应用。同时,探讨了基于视觉和激光雷达的自主避障与目标跟踪技术。 第五部分:集成化设计与数字化制造 本书最后一部分着眼于未来飞行器工程的发展方向——系统集成与数字化制造的融合。 系统工程与架构设计: 阐述了基于模型的系统工程(MBSE)方法论在大型复杂飞行器项目中的应用,如何通过数字主线(Digital Thread)实现需求、设计、分析和验证的无缝衔接。 先进制造工艺: 详细分析了增材制造(3D打印)技术在航空结构件制造中的潜力与挑战,包括金属粉末床熔融技术(PBF)的工艺参数控制、残余应力分析以及关键性能件的认证标准。探讨了柔性电子和嵌入式传感器的集成技术。 本书内容丰富,理论深度足够,且紧密结合了当前航空航天领域正在攻克的关键技术难题。通过对前沿理论的梳理和工程案例的剖析,读者将能够全面掌握现代飞行器设计与运行所必需的核心知识体系。它不仅是一本教材,更是一本面向工程实践的工具书和前瞻性参考手册。

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作为一名有一定工程基础的读者,我被《机器人机械系统原理理论方法和算法》中对“理论”的严谨性所折服。这本书并非那种浮光掠影式的介绍,而是深入到了机械系统设计的每一个关键环节。它详细讲解了力学原理在机器人设计中的应用,包括静力学、动力学以及材料力学。我尤其欣赏书中对连杆机构的分析,无论是四杆机构、曲柄滑块机构,还是更复杂的串联和并联机构,都进行了详细的运动学和动力学建模。这让我能够深入理解不同机构在传递运动和实现特定功能时的优势和局限性。书中对刚体动力学和柔性动力学的区分,以及它们在不同类型的机器人(如刚性机器人和柔性驱动机器人)中的应用,也让我受益匪浅。我开始意识到,即使是看似坚固的金属构件,在高速运动或承受外力时,也会表现出一定的弹性形变,而这种柔性效应需要被考虑在内,尤其是在追求高精度和高速度的机器人应用中。此外,书中对摩擦和阻尼的分析也相当到位,这些看似微小的因素,却能对机器人的运动精度和能耗产生显著影响。它让我明白,一个优秀的机械系统设计,不仅仅是追求表面的光鲜亮丽,更需要对内在的物理规律有深刻的理解和精密的计算。

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这本书《机器人机械系统原理理论方法和算法》在“算法”部分的深度让我感到非常惊喜。我之前对机器人算法的理解仅仅停留在基本的路径规划,但这本书让我看到了算法的广度和深度。它详细讲解了如何利用优化算法来解决机器人轨迹规划中的难题,例如如何找到既安全又高效的运动轨迹。书中对多种优化方法的比较,包括基于梯度的方法和基于群体智能的方法,让我对不同的算法选择有了更清晰的认识。我尤其对书中关于逆动力学和前向动力学仿真的算法实现印象深刻。它让我理解,为什么需要分别计算力矩和加速度,以及如何在仿真过程中有效地进行迭代。书中对机器学习在机器人控制中的应用,也给了我很多启发。它介绍了如何利用深度学习模型来学习复杂的运动模式,或者如何利用强化学习来让机器人自主地适应变化的环境。我开始思考,如何将这些算法应用到我的一些小型机器人项目中,来提升它们的性能。

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这本书《机器人机械系统原理理论方法和算法》在“理论”方面的扎实功底,让我对机器人机械系统的理解上升到了一个全新的高度。书中对经典力学和现代控制理论的融合讲解,为我提供了一个更全面的视角。我尤其对书中关于“稳定性”的论述印象深刻。它不仅仅是停留在数学的描述,更是深入探讨了影响系统稳定性的各种因素,以及如何通过调整系统参数来提高其稳定性。书中对李群和李代数在机器人动力学建模中的应用,虽然有些挑战性,但也让我看到了更先进的数学工具在解决机器人问题中的强大力量。我开始意识到,理解这些抽象的数学概念,能够帮助我更深层次地理解机器人的运动和控制。书中对“能量守恒”和“能量耗散”在机器人系统中的体现,也让我从更宏观的角度去理解机器人的设计。它让我明白,一个高效的机器人系统,不仅要能够完成预定的任务,还要尽量减少能量的损耗。

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我一直对机器人领域充满了好奇,尤其是那些驱动它们运动、让它们能够执行复杂任务的“幕后英雄”——机械系统。当我翻开这本《机器人机械系统原理理论方法和算法》时,我并没有立即被那些艰涩的公式和图表所淹没,反而是被作者那种娓娓道来的叙述方式所吸引。仿佛有一位经验丰富的工程师,在我耳边耐心讲解着机器人庞大身体里那些精密的齿轮、伺服电机和连杆是如何协同工作的。书中对各种驱动方式的阐述,从最基础的液压和气压,到更现代的电动驱动,都做了深入浅出的介绍。我尤其对书中关于电机选型和控制策略的部分印象深刻。它不仅仅是告诉我们“需要什么电机”,更是让我们理解“为什么需要这样的电机”,以及如何在不同的应用场景下,权衡功率、精度、成本和响应速度等多种因素。这种“知其然,更知其所以然”的讲解方式,极大地激发了我进一步探索的兴趣。我开始主动去查阅一些关于电机控制理论的书籍,并尝试在脑海中模拟一些简单的机械臂运动,去思考不同关节的自由度和运动轨迹的规划。书中穿插的一些实际案例分析,更是让我看到了理论知识在现实世界中的应用价值,比如在工业自动化领域的应用,或者是在医疗机器人中的精密操作。这些案例让我觉得,这本书不仅仅是一本教材,更像是一扇通往机器人世界的大门,让我看到了一个充满无限可能的新天地。我能感受到作者在编写这本书时,是站在读者的角度去思考的,尽量避免使用过于专业化的术语,或者在使用时辅以清晰的解释。这对于我这样的初学者来说,无疑是巨大的福音。

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我是一名对仿真技术非常感兴趣的在校学生,当我拿到《机器人机械系统原理理论方法和算法》时,我被书中对“方法”的详尽阐述所吸引。这本书不仅仅停留在理论层面,更重要的是,它提供了将这些理论付诸实践的具体方法。我看到了书中对建模技术的详细介绍,从多体动力学建模到有限元分析,为理解和预测机器人的行为提供了强大的工具。尤其令我兴奋的是,书中对各种仿真软件的应用技巧的提及,虽然没有直接展示软件操作,但通过对仿真流程的描述,我能够大致了解如何利用这些工具来验证设计,优化参数,甚至预测潜在的故障。我开始尝试着利用一些开源的仿真平台,在脑海中模拟书中讲解的关节运动和力学反馈。书中关于实验验证和数据采集的部分,更是将理论与实践紧密联系起来。它让我明白,任何理论都需要通过实际的实验来验证,而实验数据的分析和解读,又是改进设计、提升性能的关键。我开始思考,如何设计合理的实验方案,来测量机器人的运动误差,或者评估不同控制策略的效果。这种“理论-仿真-实验”的闭环思考方式,在这本书中得到了很好的体现,也极大地激发了我未来在机器人领域进行深入研究的信心。

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《机器人机械系统原理理论方法和算法》给我带来了很多关于“算法”层面的新思考。我之前一直以为机器人只是执行预设指令的机器,但这本书让我看到了算法在机器人行为中的核心作用。书中对机器学习在机器人控制中的应用进行了初步的探讨,让我对接下来的学习有了更明确的方向。我看到了如何利用强化学习来训练机器人完成更复杂的任务,或者如何利用神经网络来识别和处理传感器数据。书中对感知算法的介绍,比如目标检测、姿态估计等,也让我明白了机器人如何“看”和“理解”周围的世界。我开始想象,一个自主导航的机器人,如何在复杂的环境中,实时地感知障碍物,识别路径,并做出相应的决策。书中对协同控制和分布式控制的讨论,也让我看到了未来多机器人协作的可能性。我开始思考,多个机器人如何通过算法协调行动,共同完成一项任务,而不是各自为政。这种对算法的深入剖析,让我不再将机器人仅仅看作是机械的集合,而是更加关注其“智能”的方面,以及如何通过算法赋予它们更高级的能力。

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这本《机器人机械系统原理理论方法和算法》给我带来的最大冲击,在于它对“算法”这一概念在机械系统中的应用进行了如此细致的剖析。在此之前,我总觉得算法是属于计算机科学范畴的事情,与“硬邦邦”的机械结构似乎有些距离。但这本书彻底颠覆了我的认知。它清晰地阐释了,即使是最基础的机械运动,背后也隐藏着精妙的算法设计。比如,在谈到路径规划时,书中不仅介绍了常见的A*算法、Dijkstra算法,还深入分析了这些算法在机器人导航和避障中的具体实现。我完全想象得出,一个机器人在复杂环境中移动时,需要依靠一系列算法来计算最优路径,避开障碍物,同时还要保证运动的平滑和高效。更令我着迷的是,书中对运动学和动力学的讲解,与算法的结合。无论是正向运动学还是逆向运动学,都不仅仅是数学公式的堆砌,而是为后续的轨迹生成和控制算法奠定了坚实的基础。我开始理解,为什么机器人手臂的末端执行器需要精确地到达指定位置,这背后是如何通过复杂的运动学计算,将期望的末端位姿转换成各个关节的角度指令。书中关于PID控制器的讲解,更是让我茅塞顿开。我之前对PID控制器只是有所耳闻,但一直不明白它的具体工作原理。这本书通过生动的图示和实际的例子,让我清晰地认识到比例、积分、微分三个参数是如何共同作用,来调节系统的响应,抑制超调,并最终达到稳定的。这让我联想到,无论是多么复杂的机器人系统,最终的运动控制都离不开这些基础的算法。

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这本书《机器人机械系统原理理论方法和算法》对于“算法”的讲解,让我看到了其在机器人机械系统中的无限可能性。书中对诸如“传感器融合”、“态势估计”等算法的介绍,让我明白了机器人如何能够整合来自不同传感器的数据,从而形成对周围环境的更全面、更准确的认知。我开始想象,一个具备先进感知能力的机器人,如何在复杂且动态的环境中,精确地判断自身的位置和姿态,并做出智能的决策。书中对“机器学习”在机器人控制中的应用,更是让我看到了人工智能与机械系统的完美结合。它让我了解到,如何利用机器学习技术,让机器人能够从经验中学习,并不断优化自身的性能。我开始思考,如何将这些算法应用于我感兴趣的特定机器人领域,例如仿生机器人或者服务机器人,来赋予它们更强的自主性和适应性。

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阅读《机器人机械系统原理理论方法和算法》的过程,更像是一场对机械系统“原理”的深度探索。书中对每一个概念的讲解都力求严谨,从最基本的力学定律,到复杂的控制理论。我尤其被书中关于“自由度”的讲解所吸引。它不仅仅是简单地定义了自由度的数量,更是深入分析了不同自由度的组合如何影响机器人的运动能力和灵活性。书中对冗余自由度机器人的探讨,让我看到了在某些应用场景下,过多的自由度反而能带来更优的控制和更高的效率。我开始理解,为什么某些机器人手臂能够做出如此复杂的手部动作,而另一些则相对简单。书中对“刚度”和“柔性”的权衡分析,也让我受益匪浅。它让我明白,在设计机器人时,需要根据具体的应用需求,在刚度和柔性之间找到一个恰当的平衡点。比如,在需要高精度定位的场景下,需要尽量提高系统的刚度,而在需要与环境进行安全交互的场景下,则需要适当增加系统的柔性。

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《机器人机械系统原理理论方法和算法》在“方法”层面的实用性,是我在阅读过程中最直接的感受。书中并非仅仅停留在理论的讲解,而是提供了大量的实际应用方法和技巧。我尤其喜欢书中关于“建模”方法的详细介绍。无论是几何建模、运动学建模,还是动力学建模,都提供了清晰的步骤和方法。它让我明白,如何从一个实际的机器人系统出发,逐步建立起数学模型,以便进行后续的分析和仿真。书中对“参数辨识”方法的探讨,也让我对如何获取和优化模型的参数有了更深入的理解。我开始思考,如何在实际的机器人系统中,通过实验数据来辨识模型的参数,从而提高模型的准确性。书中对“鲁棒性设计”的讨论,也让我明白,如何在设计机器人系统时,考虑到各种不确定因素,并提高系统的鲁棒性。这对于在复杂多变的现实环境中工作的机器人来说,尤为重要。

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