机器人学基础:力学与控制

需积分: 9 3 下载量 4 浏览量 更新于2024-07-17 收藏 4.14MB PDF 举报
“Introduction_to_Robotics_Mechanics_and_Control -2.pdf” 是一本全英文的第三版机器人学教材,作者John J. Craig。本书主要关注机器人学中的机械操纵部分,涉及力学、控制理论和计算机科学等多个经典领域的基础知识。书中前8章探讨了机械工程和数学主题,中间3章覆盖了控制理论,最后两章则涉及计算机科学内容。本书适合高年级本科生或研究生学习,要求读者具备静态、动力学、线性代数的基础,以及一定的编程能力,有控制理论的先修知识会更有帮助。 本书的一个核心目标是用简洁、直观的方式来讲解材料,不仅对机械工程师,也对电气工程师、计算机科学家和数学家等其他专业背景的学生友好。在斯坦福大学,这本书被广泛认为是一本易读且富有深度的教材。 “机器人运动学”和“运动控制”是本书的两个关键标签。运动学研究机器人的运动描述,包括位置、速度和加速度,而运动控制则涉及如何通过控制系统实现机器人精确、稳定的行为。在实际应用中,这两个概念对于设计和分析机器人的运动路径、执行任务以及与其他环境交互至关重要。 书中可能包含如下具体内容: 1. **力学基础**:这部分可能涵盖牛顿力学、刚体动力学和多体系统分析,这些都是理解和设计机器人机构的基础。 2. **运动学**:包括笛卡尔运动学、迪卡尔运动逆解和雅可比矩阵,这些工具用于计算机器人关节速度和位置之间的关系。 3. **动力学**:讨论机器人动力学方程,如拉格朗日方程或牛顿-欧拉方法,用于分析力和扭矩如何影响机器人的运动。 4. **控制理论**:涵盖线性系统理论、状态空间表示、控制器设计(如PID控制器)以及稳定性分析,这些都是确保机器人按预定轨迹运动的关键。 5. **计算机科学**:可能涉及机器人程序设计、传感器数据处理和算法实现,可能使用高级编程语言进行示例和练习。 6. **实践应用**:书中可能包含案例研究和实验,帮助学生将理论知识应用于实际的机器人系统设计。 通过学习这本书,读者将能够理解并应用基础的机器人学原理,为更深入的机器人技术研究和开发打下坚实基础。