Algorithms for Robotic Motion and Manipulation

Algorithms for Robotic Motion and Manipulation pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:AK Peters
作者:Workshop on the Algorithmic Foundations of Robotics
出品人:
页数:480
译者:
出版时间:1997-01
价格:USD 89.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9781568810676
丛书系列:
图书标签:
  • 机器人学
  • 运动规划
  • 操作
  • 算法
  • 控制
  • 人工智能
  • 路径规划
  • 机械臂
  • 优化
  • 计算机科学
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具体描述

《机器人运动与操控算法》 本书深入探讨了机器人领域的核心挑战之一:如何让机器人以高效、安全且精确的方式在物理世界中移动和操作物体。我们将超越传统的运动规划范畴,深入研究支持复杂机器人行为的底层算法和数学框架。 核心内容概述: 1. 运动学与动力学基础: 正向与逆向运动学: 详细解析了连杆机器人(如机械臂)和移动机器人(如轮式、履带式机器人)的运动学模型。我们将从基础的几何关系出发,推导出如何根据关节变量计算末端执行器的位姿(正向运动学),以及如何根据期望的末端执行器位姿计算出所需的关节配置(逆向运动学)。这部分将涵盖解析解和数值解方法,并讨论其优缺点及适用场景。 机器人动力学: 深入研究机器人系统的动力学模型,包括牛顿-欧拉方法和拉格朗日方法。我们将推导机器人的惯性矩阵、科里奥利力和离心力矩阵、重力项以及外力影响。理解动力学对于精确控制至关重要,我们将重点关注如何利用动力学模型进行轨迹跟踪、力控制以及克服外部干扰。 2. 高级运动规划: 基于采样的方法: 详细介绍并比较了概率路线图(PRM)和快速探索随机树(RRT)及其变种(如RRT)。我们将分析这些算法如何在高维自由空间中有效地搜索可行路径,并讨论如何优化采样策略和树的生长过程以提高效率和找到最优解。 基于优化的方法: 探讨了将运动规划问题转化为优化问题的方法,包括基于模型预测控制(MPC)和凸优化技术。我们将研究如何定义成本函数(如时间、能量、平滑度、安全性),并将约束条件(如关节限制、碰撞避免)纳入优化框架,以生成优化的运动轨迹。 全局与局部规划: 区分了全局规划(在已知环境中寻找整体最优路径)和局部规划(在不确定或动态环境中实时调整路径)。我们将讨论如何结合两者,例如使用全局规划器提供路径指导,然后由局部规划器处理实时障碍物规避和动态调整。 3. 操纵器控制与抓取: 接触与非接触操作: 深入研究机器人操纵器如何与环境进行交互。对于非接触操作,我们将关注路径跟踪、传感器反馈控制以及对不确定性的鲁棒性。 抓取策略与规划: 详细分析了多种抓取策略,包括基于抓取点、抓取平面和抓取姿态的规划。我们将研究如何利用视觉、触觉传感器等信息进行抓取识别和姿态估计,并探讨如何在不确定性下实现鲁棒的抓取。这部分将涵盖抓取力控制、物体姿态估计以及抓取成功率的评估。 多机器人协调与协同操作: 探索了多个机器人协同完成任务的算法。我们将讨论任务分配、路径协调、避免碰撞以及信息共享等问题,旨在实现高效和安全的协同作业。 4. 传感器融合与环境感知: 状态估计: 讲解了如何使用卡尔曼滤波器(KF)、扩展卡尔曼滤波器(EKF)以及无迹卡尔曼滤波器(UKF)等技术,从带有噪声的传感器数据中估计机器人的状态(位置、速度、姿态)。 传感器数据处理: 探讨了如何处理来自激光雷达(LiDAR)、摄像头、惯性测量单元(IMU)等不同传感器的数据,并进行融合以获得对环境和自身状态的更全面理解。我们将重点关注点云处理、图像识别和视觉里程计等技术。 5. 安全性与鲁棒性: 碰撞检测与规避: 详细介绍了高效的碰撞检测算法,包括基于几何形状的检测(如球体、aabb、包围盒)和基于空间划分的技术。我们将研究如何在运动规划和执行阶段实时进行碰撞检测,并讨论规避策略。 不确定性下的规划与控制: 关注在模型不精确、传感器噪声以及外部扰动存在的情况下,如何保证机器人的运动安全和任务成功。我们将探讨概率规划、风险评估以及自适应控制等方法。 本书旨在为机器人工程师、研究人员和高级学生提供一个坚实的基础和深入的理解,以应对从自动驾驶汽车到工业自动化等广泛应用中的机器人运动与操控难题。

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目录信息

读后感

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用户评价

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我一直对机器人如何实现精确的定位和稳定的操作感到好奇,而《Algorithms for Robotic Motion and Manipulation: A Foundation for Intelligent Robotics》这本书恰好解答了我的很多疑问。书中对“机器人定位”的探讨,从基础的里程计测量,到更高级的粒子滤波、卡尔曼滤波等状态估计方法,都进行了详尽的阐述。我特别欣赏书中对“SLAM(同步定位与建图)”技术的介绍,它不仅解释了如何利用传感器数据来同时构建环境地图并估计机器人的位姿,还详细分析了不同的SLAM算法(如基于特征的SLAM、基于感知的SLAM)的原理和优缺点。 在“机器人操控”方面,这本书也提供了非常深刻的见解。它不仅仅局限于简单的运动控制,而是深入探讨了如何实现更加复杂、精细的操作任务。我尤其对书中关于“非完整约束”机器人(如轮式机器人)的运动规划和控制的介绍印象深刻。作者分析了这些机器人由于转向半径的限制,无法随意朝任何方向移动,并介绍了一些特殊的运动规划技术,如“Reeds-Shepp曲线”和“Dubins曲线”,来解决这类机器人的路径规划问题。这种对特定机器人类型运动特性的深入分析,对于理解和设计更广泛的机器人系统非常有价值。

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作为一名资深的机器人工程师,我阅览过不少关于机器人运动和操控的书籍,但《Robotic Motion and Manipulation: An Engineering Perspective》无疑是我近期遇到的最扎实、最实用的一本。作者在理论基础的构建上非常严谨,从自由度、运动学到动力学,再到传感器融合和状态估计,每一步都衔接得非常自然。我特别欣赏书中对机器人建模方法的详尽介绍,无论是连杆参数化(DH参数)的推导,还是关节空间与笛卡尔空间之间的转换,都讲得非常透彻。更重要的是,书中并没有止步于理论,而是将这些理论与实际的机器人平台紧密结合。 我之所以如此看重这本书,是因为它对传感器在运动规划与操控中的作用进行了深入的探讨。例如,在介绍视觉伺服(Visual Servoing)时,书中详细分析了如何利用相机反馈来控制机器人的运动,并对比了不同的控制框架(如本体框架、图像特征框架)。作者还讨论了激光雷达、深度传感器等在环境感知和避障中的应用,以及如何将这些感知信息有效地融入到运动规划算法中。书中提供的许多例子都来自真实的研究项目和工业应用,这使得我对如何设计高效、鲁棒的机器人运动系统有了更清晰的认识。它帮助我理解了如何在面对不确定性时,利用传感器信息来实时调整机器人的行为。

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作为一名业余爱好者,对机器人技术的热情驱使我不断学习新的知识。《Algorithms for Robotic Motion and Manipulation: A Practical Introduction》这本书可以说是我的入门良师。它的语言风格非常亲切,将许多复杂的概念用易于理解的方式呈现出来。我非常喜欢书中对机器人运动学基本概念的讲解,例如关节坐标系、末端执行器坐标系以及它们之间的转换关系。作者通过一系列生动的例子,比如一个简单的二维机械臂,逐步引导读者理解齐次变换矩阵的概念,以及如何利用它来描述机器人的位姿。 书中在介绍路径规划算法时,也特别注重实践性。它提供了很多可以运行的代码示例,让我在学习理论的同时,也能亲手去实现和验证这些算法。例如,在讲解A*算法时,书中不仅解释了它如何利用启发式函数来搜索最优路径,还提供了使用Python实现A*算法的代码,并展示了如何在网格地图中应用它来解决简单的导航问题。这种“学以致用”的学习方式,极大地增强了我学习的信心和乐趣。

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我对机器人技术的研究方向是人工智能与机器人学的交叉,尤其是涉及自主导航和精细操作的领域。在探索相关算法时,《Algorithms for Robotic Motion and Manipulation: From Theory to Practice》这本书给我带来了极大的启发。它的内容覆盖了从基础的几何学到复杂的机器学习算法在机器人运动中的应用。我非常欣赏书中对“运动学逆解”的讲解,它不仅涵盖了解析法和数值法,还讨论了多解性、奇异性等实际问题,并提供了在特定机器人构型下求解的策略。这对于我理解和实现各种机器人臂的末端执行器控制至关重要。 此外,书中对“学习型运动控制”的介绍也让我眼前一亮。它探讨了如何利用强化学习、模仿学习等方法来让机器人学习复杂的运动技能,而无需显式的数学模型。作者对这些方法的原理、训练过程以及在实际机器人上的应用进行了深入的分析,并对比了不同学习算法的优劣。例如,在讨论如何让机器人学习抓取不同形状的物体时,书中对比了基于策略梯度和基于价值函数的强化学习方法,并分析了它们在数据效率和收敛性上的差异。这本书帮助我看到了人工智能技术如何为机器人运动和操控带来新的可能性,也为我后续的研究提供了坚实的理论基础和实践指导。

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我是一名在校的博士生,研究方向是机器人感知与导航。在查找机器人运动规划和操控相关资料时,我发现了《Algorithms for Robotic Motion and Manipulation: Advanced Concepts》这本书。它提供的深度和广度都让我印象深刻。书中对“动态运动原语(Dynamic Motion Primitives)”的讲解尤为精彩,它是一种将人类运动的本质特征提取并用于机器人运动生成的方法,在模仿学习和技能学习方面有很重要的应用。作者不仅详细介绍了DMP的数学模型和参数化方法,还分析了如何利用它们来实现平滑、自然的机器人运动,以及如何进行轨迹的调整和适应。 此外,书中在机器人抓取和操作的章节,也深入探讨了许多前沿技术。例如,关于“接触力控制”的讲解,它详细阐述了如何利用传感器反馈来感知和控制机器人与物体之间的接触力,从而实现更精细、更安全的抓取和操作。作者还讨论了如何处理非刚性物体、动态环境以及大规模多指灵巧手的操作问题。书中提供的许多案例都来自最新的研究成果,这让我对机器人操控领域的未来发展趋势有了更清晰的认识。它不仅提供了扎实的理论基础,也为我的研究提供了重要的灵感和方向。

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这本《Robotic Motion and Manipulation: A Comprehensive Study》真是一本令人眼前一亮的著作!作为一个对机器人技术充满好奇但又非专业背景的读者,我一直觉得“运动”和“操控”这两个概念对于理解机器人如何与物理世界互动至关重要,但又常常被抽象的算法理论所淹没。这本书恰恰填补了这一空白,它以一种非常直观且有条理的方式,将复杂的数学模型和算法原理转化为机器人实际操作能力的基石。我特别欣赏它在介绍基本概念时所采用的类比和图解,这使得那些晦涩的动力学方程和逆运动学问题变得更容易理解。例如,作者在解释关节空间和任务空间的关系时,没有仅仅堆砌公式,而是通过一个简化的机械臂模型,生动地展示了手臂末端执行器在不同关节角度组合下的运动轨迹,这种“看得见”的讲解方式极大地降低了学习门槛。 此外,本书在对不同运动规划算法的梳理上也做得相当出色。从经典的路径规划方法,如A*算法和Dijkstra算法,到更现代的采样基础规划器(RRT、PRM),再到考虑动力学约束的优化方法,作者都给予了详尽的介绍。让我印象深刻的是,书中对于每种算法的优缺点、适用场景以及在实际机器人系统中的应用案例都进行了深入的剖析。它不仅仅是列举算法,而是引导读者思考“为什么”要选择某种算法,以及在面临特定挑战时,如何权衡和组合不同的方法。例如,在讨论避障策略时,书中对比了基于全局地图的规划和基于传感器数据的局部避障,并分析了各自的局限性,这让我对如何在复杂动态环境中设计鲁棒的运动控制器有了更深刻的认识。

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我是一名在校的工程硕士,主攻方向是自动化控制。在查找用于毕业设计的运动规划算法时,偶然发现了这本《Algorithms for Robotic Motion and Manipulation: A Theoretical and Practical Guide》。不得不说,这本书的内容深度和广度都远远超出了我的预期。它并没有停留在泛泛而谈的层面,而是深入到算法的数学推导、实现细节以及性能评估的各个环节。书中对于状态空间搜索、概率路径规划以及优化控制等核心内容的讲解,清晰且逻辑性强,尤其是在介绍凸优化在机器人运动规划中的应用时,作者不仅给出了理论基础,还提供了实际的Python代码示例,这对于我这种需要将理论付诸实践的学生来说,简直是无价之宝。 我特别喜欢书中关于机器人操控的章节。它从基本的力反馈控制、阻抗控制,到更先进的自适应控制和学习型控制,都进行了详细的阐述。作者在解释这些控制策略时,不仅关注了数学模型,还非常重视其在实际机械臂、灵巧手等执行器上的实现。例如,在讲解阻抗控制时,书中通过一个简单的弹簧阻尼模型,清晰地展示了如何让机器人以一种“柔顺”的方式与环境交互,避免硬性碰撞,这一点在与人协作的场景中尤为重要。书中的案例分析也很有启发性,让我了解到如何在不同的应用场景下,选择最合适的控制策略,并对其进行调优。

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长期以来,我一直在寻求一本能够系统性地梳理机器人运动规划和操作技术的书籍,直到我翻阅了《Algorithms for Robotic Motion and Manipulation: Foundations and Advanced Techniques》。这本书的结构设计非常精巧,它从最基础的运动学概念入手,逐步深入到更复杂的动力学建模和轨迹生成。我特别赞赏作者在介绍各种路径规划算法时的细致程度,例如,在讲解RRT*算法时,他不仅仅展示了算法的伪代码,还深入分析了其收敛性证明的思路,以及如何通过引入“重优化”步骤来提高规划路径的质量。这种理论与实践相结合的讲解方式,让我受益匪浅。 书中的操控章节也给我留下了深刻的印象。它涵盖了从传统的PID控制到先进的自适应和鲁棒控制策略。我尤其对书中关于“力-阻抗控制”的详细阐述感到兴奋。作者通过大量的图示和数学推导,生动地展示了如何让机器人与环境进行柔顺的交互,以及如何在接触过程中保持稳定性和安全性。他还讨论了如何处理非线性动力学、外部扰动以及执行器的不确定性,并提供了一些实用的技巧和解决方案。这本书让我意识到,在复杂的物理环境中实现精确而安全的操控,需要对机器人系统有全方位的理解,而这本书恰恰提供了这样的深度和广度。

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在我看来,《Algorithms for Robotic Motion and Manipulation: Bridging Theory and Application》这本书最大的价值在于它能够有效地将抽象的理论概念转化为具体的机器人应用。作者在书中对“运动学”和“动力学”的讲解,并非孤立的数学推导,而是紧密围绕着机器人的实际运动展开。例如,在介绍“关节空间运动”时,书中不仅解释了如何通过改变关节角度来控制机器人的位姿,还详细说明了在实际应用中,如何利用传感器来测量关节角度,以及如何通过编码器等设备来反馈和校正关节的位置。 书中关于“机器人操控”的章节,更是将各种控制理论的应用场景进行了生动的描绘。我特别喜欢书中关于“基于力/扭矩传感器的控制”的介绍,它阐述了如何利用这些传感器来感知机器人与环境之间的作用力,并以此来调整机器人的运动,实现更精细、更安全的交互。例如,在讲解“阻抗控制”时,书中通过一个机器人与墙壁接触的例子,详细展示了如何通过调整机器人的“刚度”和“阻尼”参数,使其表现出不同的行为,从坚硬的刚体到柔顺的弹簧。这种具体的应用场景分析,让我更容易理解和掌握这些先进的控制技术。

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作为一名人工智能领域的学生,我对机器人如何感知世界并与之互动一直抱有浓厚的兴趣。这本书《Algorithms for Robotic Motion and Manipulation: A Computational Approach》以一种非常有趣且富有洞察力的方式,阐述了机器人运动和操控背后的计算原理。我特别喜欢书中在介绍“运动规划”时,将几何学、搜索算法和优化技术巧妙地结合起来。例如,在讲解“路径平滑”和“轨迹优化”时,书中详细介绍了如何利用样条曲线、贝塞尔曲线等数学工具来生成流畅的运动轨迹,以及如何通过数值优化方法来满足各种约束条件,如关节速度、加速度限制等。 书中在机器人“抓取”方面的论述也让我受益匪浅。它不仅仅是简单地介绍如何用机械臂抓住一个物体,而是深入探讨了物体识别、姿态估计、抓取点选择以及抓取策略设计等一系列复杂问题。作者在分析“抓取点选择”时,考虑了多种因素,如物体的几何形状、摩擦系数、以及机器人的抓取能力,并提出了一些基于几何学和机器学习的方法来自动生成最优的抓取点。这种深入的分析让我意识到,看似简单的抓取动作背后,蕴含着多么复杂的计算和算法。

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