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出版者:

作者:Khatib, Oussama 编

出品人:

页数:1671

译者:

出版时间:

价格:$ 281.37

装帧:

isbn号码:9783540382195

丛书系列:

图书标签:

• Robotics
• Automation
• Artificial Intelligence
• Engineering
• Computer Science
• Machine Learning
• Control Systems
• Mechatronics
• Industrial Robotics
• Human-Robot Interaction

《机械臂的动力学与控制》 本书深入探讨了机械臂系统的动力学建模、分析以及先进的控制策略。我们从最基础的刚体动力学出发，逐步构建复杂多自由度机械臂的运动方程，涵盖拉格朗日方程、牛顿-欧拉方程等经典方法。书中详细阐述了惯性矩阵、科里奥利和离心力项、重力项等关键动力学参数的推导与计算，并着重分析了这些参数对机械臂动态行为的影响。 在控制部分，本书系统地介绍了多种适用于机械臂的控制技术。首先，我们复习了 PID 控制的基本原理及其在机器人领域的应用，并分析了其局限性。随后，本书将重点放在更为先进的控制方法上，例如： 非线性控制： 探讨了变结构控制、反馈线性化等高级非线性控制技术，以及如何利用这些方法来克服机械臂动力学中的非线性耦合和不确定性。书中提供了详细的数学推导和仿真示例，帮助读者理解这些控制器的设计原理和性能优势。 自适应控制： 针对机械臂参数变化或负载未知的情况，本书介绍了各种自适应控制策略，如李雅普诺夫自适应控制、基于模型参考自适应控制（MRAC）等。通过这些方法，机械臂能够实时调整控制参数，以应对环境变化并保持优异的性能。 鲁棒控制： 讨论了如何设计能够容忍模型不确定性和外部干扰的控制器，包括 H-infinity 控制等。这些方法对于在实际工业环境中工作的机械臂至关重要，能够确保系统的稳定性和性能。 最优控制： 引入了最优控制的基本概念，如线性二次调节器（LQR），并讨论了其在轨迹跟踪和任务规划中的应用。本书还将探讨如何为特定的性能指标（如能量消耗、时间等）优化控制策略。 智能控制： 介绍了一些基于人工智能的控制方法，如模糊逻辑控制和神经网络控制。我们将探讨如何利用这些方法来处理复杂的、难以精确建模的系统，以及如何让机械臂具备一定的学习和决策能力。 本书特别强调了仿真和实验在机器人控制研究中的重要性。我们提供了大量的 MATLAB/Simulink 仿真实例，涵盖从简单的单关节控制到复杂的双臂协作任务。这些仿真将帮助读者直观地理解各种控制算法的实现细节和性能表现。此外，书中还讨论了将这些控制算法部署到实际机器人硬件平台时可能遇到的挑战，以及相关的硬件接口和实时性要求。 本书的目标读者包括自动化、机械工程、控制科学以及计算机科学等相关专业的学生、研究人员和工程师。无论您是希望深入理解机械臂动力学机理，还是希望掌握先进的机器人控制技术，本书都将为您提供坚实的理论基础和丰富的实践指导。通过学习本书，您将能够独立设计、分析和实现高性能的机械臂控制系统，为各种机器人应用奠定坚实的基础。 内容概要： 第一部分：机械臂动力学基础 第一章：绪论 机器人技术概述 机械臂的结构与组成 机械臂应用领域 第二章：刚体动力学回顾 质量、惯性张量 角动量与角速度 欧拉方程 第三章：多自由度机械臂动力学建模 连杆与关节表示 齐次变换矩阵 运动学正逆解回顾 雅可比矩阵及其应用 拉格朗日方程建模方法 牛顿-欧拉方程建模方法 动力学方程的解析与性质（对称性、正定性等） 第四章：动力学参数的辨识与在线估计 模型不确定性分析 参数辨识方法（最小二乘法等） 在线参数估计技术 第二部分：机械臂先进控制策略 第五章：PID 控制及其改进 PID 控制原理 在机械臂上的应用 整定方法与抗饱和设计 第六章：基于模型的非线性控制 反馈线性化技术（输入-输出线性化，完全状态反馈线性化） 模型预测控制（MPC）在机械臂中的应用 滑模控制（变结构控制） 第七章：自适应控制技术 李雅普诺夫稳定性理论 基于模型参考自适应控制（MRAC） 自校正控制器 模糊自适应控制 第八章：鲁棒控制方法 H-infinity 控制基础 LMI (线性矩阵不等式) 在鲁棒控制中的应用 干扰观测器 第九章：最优控制理论与应用 变分法与最优控制 线性二次调节器（LQR） 二次型代价函数的设计 第十章：智能控制方法 模糊逻辑控制器的设计与实现 人工神经网络在机器人控制中的应用（前馈网络，循环网络） 混合智能控制策略 第十一章：轨迹跟踪与规划 平滑轨迹生成 运动学与动力学轨迹跟踪 路径跟随与速度剖面设计 第十二章：多机械臂协作与控制 协作机械臂动力学耦合 分布式与集中式控制 力控制与混合控制 第三部分：仿真与实践 第十三章：仿真工具与平台 MATLAB/Simulink 介绍 机器人仿真工具箱 物理仿真引擎（如 Bullet, Gazebo） 第十四章：仿真实例分析 不同控制算法的性能比较 模型不确定性对控制性能的影响 噪声与干扰下的鲁棒性分析 第十五章：实际应用中的挑战与展望 实时性要求与计算复杂度 传感器集成与数据融合 安全性与故障诊断 未来研究方向 本书旨在为读者构建一个全面而深入的机械臂动力学与控制知识体系，并鼓励读者将所学知识应用于实际问题解决。

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阅读这本书的过程，就像是与一位经验极其丰富的行业泰斗进行深度对话，充满了启发性和挑战性。它所引用的参考文献和案例分析，无一不透露出其内容的时效性和前沿性。我发现它不仅仅停留在教科书式的知识传授，而是频繁地引入了近年来机器人领域突破性的研究方向和尚未完全解决的瓶颈问题。这种对“未竟之地”的坦诚，恰恰体现了其作为“手册”的价值——它不仅告诉你哪些是已知的黄金标准，更指明了未来研究的潜力方向。对于正在从事研发工作的专业人士而言，这本书无疑提供了一个极佳的参照系，可以用来校准自己的技术栈，评估现有解决方案的局限性，并激发新的创新思路。那种深入到算法细节和系统集成层面的探讨，绝非泛泛而谈，而是触及了工程实践中的痛点与难点，让人在合上书本后，仍然能感受到思维被激活后留下的余热，促使我不断地去思考如何将书中的理论模型转化为实际可运行的系统。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，那种沉甸甸的质感，配合着封面那种深邃的蓝色调，初拿到手就有一种庄重又不失现代感的感觉。内页的纸张选择也相当考究，印刷清晰锐利，即便是复杂的工程图表和密集的公式推导，阅读起来也毫不费力。我尤其欣赏它在细节上的打磨，比如章节之间的过渡页处理得非常巧妙，既保持了视觉上的连贯性，又给予读者片刻的喘息和思考空间。这不仅仅是一本工具书，更像是一件精心制作的工艺品。打开扉页，那种对知识的敬畏感油然而生，它不像某些快餐式的技术手册，更像是图书馆里那些值得反复研读的经典藏品。对于一个对机器人学抱有深厚兴趣的人来说，光是翻阅这本书本身，就是一种享受。它传递出一种信息：这本书里的内容是经过深思熟虑、精心组织和权威认证的，它不追求哗众取宠的潮流，而是致力于构建一个坚实、全面的知识体系。从排版的疏密有致到图示的精美细致，处处彰显着出版方对学术严谨性的坚持，这对于我们这些希望深入理解学科根基的学习者来说，是极其重要的心理暗示和阅读保障。

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这本书的结构组织简直可以作为教科书编排的典范，它没有那种令人望而生畏的堆砌感，而是遵循着一条清晰、逻辑严密的脉络徐徐展开。初学者可能会担心内容的深度和广度难以兼顾，但这本书巧妙地解决了这个矛盾。开篇部分对于基础理论的梳理，扎实得令人信服，仿佛作者在领着你从最原始的物理定律出发，一步步搭建起现代机器人的理论大厦。随后，它如同一个技艺精湛的向导，带领读者穿越不同的技术领域，从传统的运动学、动力学，到后来新兴的感知、控制乃至人机交互，每一个分支都被妥善安放，既能独立成章深入探讨，又能与其他章节产生必要的呼应和联系。这种全景式的覆盖，使得读者在学习具体技术点时，总能将其置于整个机器人学大图景之下考量，避免了只见树木不见森林的弊端。更难能可贵的是，它在介绍完“是什么”和“为什么”之后，还会适当地穿插“如何做”的实例或方法论指导，让抽象的理论立刻变得鲜活和可操作，这种循序渐进的引导，极大地降低了复杂概念的理解门槛。

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这本书的语言风格呈现出一种极其严谨且客观的学术态度，几乎没有冗余的形容词或主观色彩的论断，一切都建立在数学推导和实验验证的基础之上。这对于追求精准信息的读者来说是莫大的福音。每一个定义、每一个定理，都力求表述得无懈可击，避免了模棱两可的解释。然而，这种极致的严谨性也带来了一种特定的阅读体验：它要求读者必须保持高度的专注力。你不能指望通过快速浏览就能掌握其中的精髓。相反，你需要放慢速度，时常停下来，对照着图示去理解那些向量、矩阵的变换，去追溯复杂的控制回路是如何构建的。这是一种对读者心智的投资，但收获是巨大的——它强迫你真正去“理解”而非仅仅是“记住”知识点。对于希望从根本上掌握机器人控制和设计原理的人来说，这种不打折扣的深度和对准确性的执着，是衡量一本专业手册价值的最高标准。

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这本书的辅助资源和检索便利性也值得称赞。尽管内容浩如烟海，但其索引部分的构建却是异常精妙和详尽的。我常常需要在不同章节之间快速跳转，查找特定术语或公式的出处，而清晰的交叉引用和详尽的术语表极大地节省了我的时间。此外，那些复杂公式后面的注释部分，经常会给出简短的物理或几何意义的解释，这在冰冷的数学符号海洋中，如同黑暗中的灯塔，帮助我迅速锚定概念的核心。作为一本“手册”，它成功地平衡了深度和易用性，使得它既能被资深专家作为快速参考和知识复核的工具，也能被有准备的进阶学生用作系统学习的蓝图。它仿佛内置了一个导航系统，确保你在庞大的信息流中不会迷失方向，永远知道自己所学内容的在整个领域中的相对位置。这种精心设计的可访问性，使得这本书的实用价值远超其厚度所暗示的阅读难度。

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