Modelling and Control of Robot Manipulators

Modelling and Control of Robot Manipulators pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Springer
作者:Lorenzo Sciavicco
出品人:
页数:408
译者:
出版时间:2001-02-17
价格:USD 74.95
装帧:Paperback
isbn号码:9781852332211
丛书系列:
图书标签:
  • robot
  • 神经网络
  • control
  • robot manipulators
  • modelling
  • control
  • autonomy
  • mechatronics
  • dynamics
  • automation
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具体描述

Fundamental and technological topics are blended uniquely and developed clearly in nine chapters - with a gradually increasing level of complexity. A wide variety of relevant problems is raised throughout, and the proper tools to find engineering-oriented solutions are introduced and explained, step by step. Fundamental coverage includes kinematics, statics and dynamics of manipulators, and trajectory planning and motion control in free space. Technological aspects include actuators, sensors, hardware- and software-control architectures and industrial robot-control algorithms. Furthermore, established research results involving description of end-effector orientation, closed kinematic chains, kinematic redundancy and singularities, dynamic parameter identification, robust and adaptive control, and force and motion control are provided. To provide readers with a homogeneous background, three appendices are included on linear algebra, rigid-body mechanics, and feedback control. To impart practical skill, more than 50 examples and case studies are carefully worked out and interwoven through the text, with frequent resort to simulation. In addition, more than 80 end-of-chapter exercises are proposed, and the book is accompanied by a solutions manual containing the MATLAB[registered] code for computer problems; this is available to those adopting this volume as a textbook for courses.

《机器人操作器动力学与反馈控制》 本书深入探讨了机器人操作器的建模与控制理论,旨在为读者提供一个全面且严谨的学术框架。我们首先从基础的机器人动力学建模入手,详细阐述了牛顿-欧拉法和拉格朗日法的原理及其在复杂操作器系统中的应用。通过对不同类型的关节(如旋转关节和直线关节)及其耦合效应的细致分析,本书构建了描述操作器运动状态和力学行为的精确数学模型。 在动力学建模部分,我们将重点关注惯性矩阵、科里奥利力和离心力项、重力项以及摩擦力模型。理解这些组成部分的数学表达式对于设计有效的控制器至关重要。本书将通过大量的实例,展示如何根据操作器的几何结构和动力学参数来推导这些模型,并深入分析模型的非线性特性对控制性能的影响。 控制部分则聚焦于实现机器人操作器的高精度、稳定且鲁棒的轨迹跟踪和力控制。我们将详细介绍多种先进的反馈控制策略。首先,PID控制作为一种经典且广泛应用的控制方法,将在本书中得到详尽的阐述,包括其参数整定方法和在处理机器人操作器非线性特性时的局限性。 在此基础上,本书将重点介绍模型预测控制(MPC)在机器人操作器控制中的应用。MPC因其能够提前考虑系统未来的行为,并针对约束条件优化控制输入而备受青睐。我们将深入讲解MPC的原理,包括状态空间模型、代价函数设计、滚动优化以及如何处理操作器的位置、速度、加速度和力矩约束。通过一系列仿真和实验案例,展示MPC在提高轨迹跟踪精度、抑制外部扰动和实现柔顺控制方面的优势。 此外,本书还将探讨自适应控制和鲁棒控制技术。当操作器的动力学参数不确定或发生变化时,自适应控制能够实时调整控制器参数以维持性能。我们将介绍多种自适应律的设计方法,并分析其收敛性和稳定性。鲁棒控制则旨在设计能够应对模型不确定性和外部噪声的控制器。本书将介绍H∞控制和滑模控制等技术,并探讨它们在机器人操作器系统中的应用,以确保系统在各种工况下的可靠运行。 除了以上核心控制策略,本书还将涉及一些更高级的主题,例如: 阻抗控制和导纳控制: 这两种控制方法在机器人与环境交互任务中至关重要,能够实现力与位移的协调控制,赋予机器人“柔顺”的特性,适用于装配、打磨等操作。我们将深入分析阻抗和导纳模型的建立,以及相应的控制器设计。 非线性控制技术: 线性控制方法在处理机器人操作器的强耦合和非线性特性时往往显得不足。本书将介绍反馈线性化、反步法等先进的非线性控制技术,它们能够有效地抵消系统的非线性,实现精确的轨迹跟踪。 基于观测器的控制: 当某些状态变量无法直接测量时,观测器(如卡尔曼滤波器)可以用来估计这些状态。本书将介绍如何设计观测器来辅助控制器的设计,以提高系统的整体性能。 多机器人协调控制: 随着机器人应用的普及,多机器人协同工作变得越来越重要。本书将简要探讨多机器人操作器在任务分配、协同感知和协同操作等方面的挑战与解决方案。 本书的内容结构清晰,理论推导严谨,并通过大量的仿真和实例分析来印证理论的有效性。它不仅适合于机器人学、控制工程、机械工程等相关专业的本科生和研究生,也能够为从事机器人研发的工程师和研究人员提供宝贵的参考。通过阅读本书,读者将能够深刻理解机器人操作器的动力学特性,并掌握设计和实现高性能控制系统的关键技术。

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读后感

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用户评价

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这本《Modelling and Control of Robot Manipulators》读下来,感觉作者在理论深度上真是下了大功夫。特别是关于动力学建模那块,涉及到拉格朗日方程和牛顿-欧拉迭代法的推导和比较,讲得非常详尽,连一些中间步骤的矩阵运算都给得清清楚楚,对于初学者来说可能需要啃一段时间,但对于想深入理解机器人运动学和动力学本质的工程师来说,简直是宝典。我尤其欣赏它对不同坐标系转换和雅可比矩阵奇异性分析的处理方式,清晰地指出了在特定工作空间内控制系统的局限性,这比市面上很多只停留在公式罗列的教材要高明得多。书中对于刚体运动的描述,无论是用欧拉角还是四元数,都提供了详尽的数学背景,这让读者在面对复杂机械臂设计时,能够有扎实的理论基础去选择最合适的数学工具。总的来说,这本书更像是一本面向研究人员和高阶学习者的参考手册,而不是快餐式的入门读物,你需要投入时间去消化它所包含的丰富数学细节。

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初次接触这本书时,我最大的感受是其对“实时性”和“计算复杂性”的关注度极高,这在机器人控制领域至关重要。作者没有停留在理论上,而是反复强调了简化模型以适应嵌入式系统计算能力的必要性。例如,在讨论轨迹优化时,书中不仅给出了最优控制的数学形式,还探讨了如何利用数值逼近方法在有限时间内得到可行解。这种将理论与工程实现紧密结合的态度,是这本书区别于纯理论书籍的关键点。对于那些需要在有限资源下运行复杂控制算法的工程师来说,书中关于计算量估算和算法简化策略的讨论,提供了非常宝贵的实践指导。它不是一本教你如何使用现有软件库的书,而是一本教你如何从零开始设计和优化控制算法的书,它教会你思考问题的根源,而不是简单地套用现成的答案。

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老实说,这本书的控制部分内容相当给力,但阅读体验上需要读者有较好的控制工程背景。我特别关注了自适应控制和鲁棒控制在机械臂应用上的章节。作者不仅介绍了标准的PID控制和前馈补偿,更是深入探讨了基于Lyapunov稳定性理论的非线性控制器的设计。这些理论描述非常严谨,引用了大量的经典文献,让人感受到作者的学术积累。但有一点需要指出,虽然理论阐述到位,但实际的仿真或实验案例相对较少,更多的是停留在理论推导和稳定性证明上。对于那些更偏向于“如何快速在实际系统中实现稳定控制”的读者来说,可能需要结合其他实践性更强的资料来查漏补缺。它更像一本为你构建一个坚不可摧的理论框架的书,至于如何把它搭建成一个能跑起来的房子,可能需要读者自己去添砖加瓦。整体而言,对于想掌握前沿机器人控制理论的人来说,这本书的价值是无可替代的。

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这本书的作者在讨论机械臂的建模和控制时,展现出一种超越传统教科书的广度和深度。让我印象深刻的是关于“操作空间控制”与“关节空间控制”的对比分析,作者不仅从数学上解释了它们之间的映射关系,还结合实际应用场景讨论了各自在精度和计算效率上的权衡。此外,它对外部干扰和模型不确定性处理的章节,引入了先进的滑模控制思想,这在很多入门教材中是很少见到的深度。这本书的叙述风格非常直接、毫不拖泥带水,几乎每一句话都在传递关键信息,这使得阅读过程效率很高,但同时也对读者的背景知识提出了很高的要求。如果你的目标是仅仅了解机械臂的基本工作原理,这本书可能过于学术化了;但如果你正在设计一个高性能、高精度或需要在复杂环境下工作的工业或服务机器人,这本书提供的理论深度绝对是确保你的设计鲁棒性的基石。

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我必须说,这本书的排版和图示略显陈旧,但这丝毫不影响其内容的价值。它在描述机械臂结构和运动学时,插图虽然简单,但逻辑性极强,能够帮助读者快速在脑海中构建出三维空间的运动关系。尤其是关于逆运动学求解的章节,它系统地梳理了代数法和几何法的优劣,并清晰地展示了多解情况下的分支处理。我个人觉得,这本书的优势在于其“系统性”,它没有遗漏任何一个机器人学中的核心概念,从基础的齐次变换矩阵到复杂的轨迹规划,都给出了连贯的叙述。它就像一本经典的工具书,虽然封面可能不如新书光鲜亮丽,但翻开任何一页,都能找到你需要的精确定义和推导过程。对于需要频繁查阅特定公式或推导过程的专业人士来说,这种经典、厚重的风格反而更让人信赖。

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条理很清晰,讲解很透彻,很好用

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