《现代机器人学:力学、规划与控制》详解

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《Modern Robotics: Mechanics, Planning, and Control》是一本由Kevin M. Lynch和Frank C. Park编著的经典机械臂学习教材,首次出版日期为2017年5月。该书以现代机器人技术为核心,全面探讨了机械系统的力学、规划与控制。书中特别关注了三种类型的机器人:串联机器人(open chains)、并联机器人(closed chains)以及轮式机器人,这些是理解机器人运动学和动力学的基础。 在动力学建模部分,作者采用旋量理论,这是一种高效的数学工具,能够简洁地表达三维空间中的运动和旋转。旋量理论对于处理机器人关节运动、姿态变化以及力矩分析等方面具有显著优势,使得复杂系统的行为更加易于理解和分析。 章节2详细介绍了配置空间的概念,这是机器人运动分析的关键概念。首先,作者阐述了刚体和机器人的自由度(degrees of freedom),区分了它们各自的特点。刚体自由度指的是其在三维空间中的独立移动和旋转方式,而机器人自由度则考虑了关节和机械结构的约束。接着,Grübler's Formula被引入,这是一个用于计算机器人可能运动模式的公式,它对设计和分析机器人的运动范围有重要作用。 配置空间的讨论进一步深入,包括配置空间的拓扑和表示方法。配置空间拓扑关注的是空间中的连通性和可达性,即机器人可以实际到达的所有位置和姿态构成的空间结构。配置空间的表示则涉及如何将这些抽象概念转化为实际操作中的坐标系和参数化形式,这对于实现路径规划和控制算法至关重要。 《Modern Robotics: Mechanics, Planning, and Control》是一本深度讲解机械臂技术的权威著作,不仅涵盖了基础知识,如机械结构、运动学和动力学,还提供了旋量理论的实用应用,有助于读者全面掌握机器人系统的理论基础和实践技能。对于机械臂爱好者、研究人员和工程师来说,这是一本不可或缺的学习资源。