机器人学导论 （原书第3版）_（美）HLHN J.CRAIG著 贠超等译.pdf
《机器人学导论》是一本深入探讨机器人学核心理论与实践的著作，内容涵盖了机器人几何学、运动学、动力学、控制以及编程等多个关键领域。以下是本书的核心内容概要：
**1. 机器人学基础：**
* **定义：** 机器人是一门综合性学科，涉及机械、电子、控制、计算机科学和人工智能等多个领域。
* **构成：** 典型的工业机器人包括操作臂、末端执行器、传感器和控制器等。
* **应用：** 广泛应用于工业自动化领域，如装配、焊接、喷涂等。
**2. 坐标系与描述：**
* **坐标系：** 采用坐标系描述物体的位置和姿态，包括世界坐标系、工具坐标系、末端执行器坐标系等。
* **位姿描述：** 使用位置矢量和旋转矩阵来描述物体在空间中的位姿。
* **变换：** 介绍了坐标系之间的平移和旋转变换，以及齐次变换矩阵的运用。
**3. 运动学：**
* **定义：** 运动学研究操作臂的运动特性，包括位置、速度、加速度等。
* **正运动学：** 根据关节角计算末端执行器的位置和姿态。
* **连杆参数：** 介绍了Denavit-Hartenberg (DH) 参数，用于描述相邻连杆之间的关系。
**4. 逆运动学：**
* **定义：** 根据末端执行器的位置和姿态计算关节角。
* **可解性与解的性质：** 讨论了逆运动学的可解性，多解问题。
* **求解方法：** 介绍了代数解法和几何解法，并以平面三连杆操作臂为例进行说明。
**5. 速度和静力学：**
* **速度与角速度：** 介绍了线速度和角速度的定义，以及它们在不同坐标系中的表示。
* **雅可比矩阵：** 建立了雅可比矩阵，用于描述关节速度与末端执行器速度之间的关系。
* **力控制：** 介绍了力控制的概念，以及力/位混合控制方法。
**6. 动力学：**
* **牛顿-欧拉方程：** 介绍了牛顿-欧拉迭代动力学方程，用于分析操作臂的动力学。
* **质量分布与惯性张量：** 讨论了质量分布对动力学的影响，并介绍了惯性张量的计算。
* **动力学方程：** 推导了操作臂的动力学方程，并将其分解为惯性矩阵、离心力和哥氏力矢量以及重力矢量。
**7. 轨迹生成：**
* **路径描述：** 介绍了路径描述和路径生成的基本概念。
* **关节空间规划：** 介绍了以关节角为参数的轨迹规划方法。
* **笛卡尔空间规划：** 讨论了以笛卡尔坐标为参数的轨迹规划方法。
* **轨迹规划方法：** 介绍了三次多项式插值和带有抛物线拟合的直线段。
**8. 机械设计：**
* **关节类型与布局：** 探讨了不同类型的机器人设计（如笛卡尔、铰接型、SCARA、球面坐标型）及其优缺点。
* **工作空间、奇异点和性能指标：** 讨论了工作空间、奇异点和可操作度等设计指标。
**9. 线性控制：**
* **反馈控制：** 介绍了反馈控制的基本概念，包括开环控制和闭环控制。
* **二阶系统：** 分析了二阶系统的响应特性，包括过阻尼、欠阻尼和临界阻尼。
* **PID控制：** 介绍了比例、积分和微分(PID)控制律，以及其对控制性能的影响。
**10. 非线性控制：**
* **非线性问题的挑战：** 介绍了非线性控制问题的复杂性，以及基于模型的控制方法。
**11. 力/位混合控制：**
* **基本原理：** 介绍了力/位混合控制的基本原理。
* **控制模式：** 讨论了位置控制、力控制以及力/位混合控制。
**12. 机器人编程语言：**
* **编程级别：** 介绍了机器人编程的三个级别，包括示教、动作级编程和任务级编程。
* **AL语言：** 举例介绍了AL编程语言。
**13. 离线编程系统：**
* **概念：** 介绍了离线编程系统的基本概念。
* **核心问题：** 讨论了离线编程系统的关键问题，包括用户界面、三维建模等。
**总结：** 本书系统地阐述了机器人学的基本理论和实践，从机器人的结构设计、运动学分析到动力学建模、控制策略以及编程应用，内容全面且深入。同时，也强调了实际应用中的问题，如传感器融合、误差校正等，对读者掌握机器人学知识和实践技能具有重要的参考价值。
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