機(jī)器人抓取力學(xué) [美]埃隆·里蒙 [美]喬爾·伯迪克
定 價(jià):149 元
在當(dāng)今科技飛速發(fā)展的時(shí)代,機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)深入人們生活的各個(gè)角落。盡管我們?cè)跈C(jī)器人技術(shù)上取得了顯著的迚步,但對(duì)于機(jī)器人抓取的深入理解和有效控制仌面臨諸多挑戰(zhàn)。 抓取作為機(jī)器人實(shí)現(xiàn)與環(huán)境交互的基礎(chǔ)能力,其重要性不言而喻。本書正是在這個(gè)背景下應(yīng)運(yùn)而生的,它填補(bǔ)了關(guān)于機(jī)器人抓取物理建模數(shù)學(xué)工具等領(lǐng)域文獻(xiàn)中的空白。本書以構(gòu)型空間為基石,系統(tǒng)地闡述了平衡、固定和籠式抓取等的特性,幵清晰地區(qū)分了一階和二階形式閉合等關(guān)鍵概念。書中還闡述了重力、柔性和手部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等因素對(duì)抓取效果的影響,這是對(duì)現(xiàn)有知識(shí)體系的重要拓展。 本書分為4 部分,共18 章:第1 部分(第2~5 章)主要介紹了抓取過(guò)程的基本幾何原理,它們對(duì)后續(xù)章節(jié)的理解至關(guān)重要,即使是有經(jīng)驗(yàn)的讀者也需要重點(diǎn)關(guān)注這一部分內(nèi)容;第2 部分(第6~11 章)為無(wú)摩擦剛體抓取和姿態(tài);第3 部分(第12~15 章)是摩擦剛體抓取和姿態(tài);第4 部分(第16~18 章)介紹了抓取機(jī)構(gòu)。 本書既適合作為高等院校本科生和研究生機(jī)器人工程相關(guān)專業(yè)的教學(xué)參考書或自學(xué)指導(dǎo)書,也可以作為科研人員深入研究機(jī)器人抓取問(wèn)題的工具書。
本書遵循教指委相關(guān)指導(dǎo)文件和高等院校學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律編寫而成。踐行四新理念,融入思政元素,注重理論與實(shí)踐相結(jié)合。
譯者序在探索機(jī)器人技術(shù)的浩瀚宇宙中,我們常常被其復(fù)雜性和精妙之處深深吸引。機(jī)器人學(xué)是一門綜合性科學(xué)領(lǐng)域,涉及機(jī)器人的設(shè)計(jì)、構(gòu)建、操作和應(yīng)用。這一領(lǐng)域匯集了眾多學(xué)科的知識(shí)和技術(shù),包括機(jī)械工程、電氣工程、機(jī)電工程、電子工程、控制工程、計(jì)算機(jī)工程、軟件工程、信息工程、數(shù)學(xué)以及生物工程等。機(jī)器人學(xué)的核心在于開發(fā)能夠替代人類進(jìn)行工作的自動(dòng)化機(jī)器人,這些機(jī)器人可以在危險(xiǎn)環(huán)境或制造業(yè)環(huán)境中發(fā)揮作用,也可以被設(shè)計(jì)成具有人類外觀、行為乃至心智的仿人機(jī)器人。當(dāng)前,許多機(jī)器人的設(shè)計(jì)和開發(fā)都受到自然界的啟發(fā),特別是在仿生機(jī)器人學(xué)這一領(lǐng)域中,研究者們致力于模仿自然生物的特性和功能,推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的創(chuàng)新和進(jìn)步。The Mechanics of Robot Grasping是由埃隆·里蒙和喬爾·伯迪克撰寫的一本全面介紹機(jī)器人抓取力學(xué)的教科書,它成功填補(bǔ)了相關(guān)領(lǐng)域?qū)W術(shù)文獻(xiàn)中的一大空白。翻譯這本著作雖然極具挑戰(zhàn)性,但是也令人感到興奮。這本著作超越了一本普通的教科書,它更像是一座橋梁,將這個(gè)復(fù)雜而有趣的領(lǐng)域介紹給了更廣泛的讀者群。機(jī)器人抓取技術(shù)是機(jī)器人技術(shù)中最具挑戰(zhàn)性的分支之一。它的重要性不僅體現(xiàn)在工業(yè)制造和自動(dòng)化領(lǐng)域,更體現(xiàn)在人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的進(jìn)步中。這本著作通過(guò)詳細(xì)闡述機(jī)器人抓取的物理原理和數(shù)學(xué)模型,為讀者提供了一個(gè)全面而深入的視角。在翻譯這本著作的過(guò)程中,我深刻地感受到了作者對(duì)這一領(lǐng)域的深入理解和熱情。這本著作不僅傳達(dá)了知識(shí),更傳達(dá)了作者對(duì)未來(lái)科技的期許和挑戰(zhàn)的勇氣。作為譯者,我的目標(biāo)是在保留原著的精確性和嚴(yán)謹(jǐn)性的同時(shí),使翻譯后的文字對(duì)中文讀者來(lái)說(shuō)既通俗易懂又不失學(xué)術(shù)性。作為其中文譯本,本書的內(nèi)容涵蓋了從機(jī)器人抓取的基本理論到復(fù)雜的實(shí)際應(yīng)用,既有對(duì)已有研究的系統(tǒng)整理,也包含了作者自己的原創(chuàng)見(jiàn)解和對(duì)未來(lái)的展望。這使得它不僅是機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域?qū)W者和研究人員的重要參考資料,也是對(duì)機(jī)器人學(xué)感興趣的學(xué)生和工程師的寶貴學(xué)習(xí)資源。在這個(gè)科技日新月異的時(shí)代,理解和掌握新興技術(shù)顯得尤為重要。本書能夠讓讀者更了解機(jī)器人抓取這一領(lǐng)域,使之更好地學(xué)習(xí)和理解這一技術(shù)的核心。通過(guò)本書,讀者可以更好地發(fā)掘機(jī)器人如何通過(guò)復(fù)雜的物理動(dòng)作與人類世界互動(dòng),以及這些互動(dòng)背后的科學(xué)原理。本書的翻譯過(guò)程是一次深刻的學(xué)習(xí)過(guò)程。在處理技術(shù)性極強(qiáng)的內(nèi)容時(shí),我不斷學(xué)習(xí)和求證,力求使每一章節(jié)既保留其原始的深度,又能為中文讀者提供清晰的解釋。我試圖在翻譯中融入對(duì)機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)的見(jiàn)解,以及對(duì)未來(lái)可能的技術(shù)革新的預(yù)測(cè)。我深信,本書將為更多的讀者帶來(lái)知識(shí)和啟發(fā),幫助他們進(jìn)一步探索機(jī)器人技術(shù)的奧秘。無(wú)論是機(jī)器人學(xué)的初學(xué)者,還是在該領(lǐng)域有深入研究的專業(yè)人士,本書都將是一座珍貴的知識(shí)寶庫(kù)。在此,我要對(duì)所有支持和鼓勵(lì)我的人表示深深的感謝。感謝他們的信任和支持,使我有機(jī)會(huì)完成這本著作的翻譯。我也感謝與我共同努力的同事們,有了他們的幫助,大大提高了翻譯工作的效率。愿本書能激發(fā)更多人對(duì)機(jī)器人學(xué)的興趣和熱情,為機(jī)器人學(xué)的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用貢獻(xiàn)一份力量。王彩玲
王彩玲,女,寧夏鹽池人,2006年畢業(yè)于天津大學(xué),獲學(xué)士學(xué)位;2011年畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院研究生院,獲博士學(xué)位;目前主要從事的研究領(lǐng)域?yàn)椋簲?shù)字信號(hào)處理、圖像識(shí)別、深度學(xué)習(xí),數(shù)據(jù)挖掘等。
目錄譯者序原書序第1章引言與概要1.1動(dòng)機(jī)與背景1.2本書目的1.3如何使用本書1.4推薦閱讀1.5機(jī)器人抓取力學(xué)簡(jiǎn)史1.5.1早期影響1.5.2自主機(jī)器人手時(shí)代參考文獻(xiàn)第1部分抓取過(guò)程的基本幾何原理第2章剛體構(gòu)型空間2.1構(gòu)型空間標(biāo)識(shí)2.2構(gòu)型空間障礙2.3c-障礙法線2.4c-障礙曲率2.5參考書目注釋2.6附錄:證明細(xì)節(jié)練習(xí)題參考文獻(xiàn)第3章構(gòu)型空間切向量和余切向量3.1c-space切向量3.2c-space余切向量3.3切向量和余切向量的線幾何3.4參考書目注釋練習(xí)題參考文獻(xiàn)第4章剛體的平衡抓取4.1剛體接觸模型4.1.1無(wú)摩擦接觸模型4.1.2庫(kù)侖摩擦接觸模型4.1.3軟點(diǎn)接觸模型4.2抓取映射4.3平衡抓取條件4.4內(nèi)抓取力4.5矩標(biāo)簽技術(shù)4.6參考書目注釋4.7附錄:矩標(biāo)簽引理的證明練習(xí)題參考文獻(xiàn)第5章平衡抓取列舉5.1平衡抓取的線幾何描述5.2平面平衡抓取5.2.1平面兩指平衡抓取5.2.2平面三指平衡抓取5.2.3平面四指平衡抓取5.3空間平衡抓取5.3.1空間兩指平衡抓取5.3.2空間三指平衡抓取5.3.3空間四指平衡抓取5.3.4空間七指平衡抓取5.4涉及更多手指的平衡抓取5.5參考書目注釋5.6附錄5.6.1附錄Ⅰ:證明細(xì)節(jié)5.6.2附錄Ⅱ:無(wú)摩擦平衡抓取集合的范圍練習(xí)題參考文獻(xiàn)第2部分無(wú)摩擦剛體抓取和姿態(tài)第6章安全抓取概述6.1固定抓取6.2抗力旋量抓取6.3無(wú)摩擦接觸條件下固定和抗力旋量的對(duì)偶性6.4展望6.5參考書目注釋6.6附錄:證明細(xì)節(jié)參考文獻(xiàn)第7章一階固定抓取7.1一階自由運(yùn)動(dòng)7.2一階運(yùn)動(dòng)指數(shù)7.3一階固定7.4一階運(yùn)動(dòng)指數(shù)的圖形化解釋7.5參考書目注釋7.6附錄:證明細(xì)節(jié)練習(xí)題參考文獻(xiàn)第8章二階固定抓取8.1二階自由運(yùn)動(dòng)8.2二階運(yùn)動(dòng)指數(shù)8.3二階固定8.4二階運(yùn)動(dòng)指數(shù)的圖形描述8.5參考書目注釋8.6附錄:證明細(xì)節(jié)練習(xí)題參考文獻(xiàn)第9章最小固定抓取9.1最小一階固定抓取9.2最大內(nèi)切圓9.3最小二階固定抓取9.3.1使用三個(gè)凸手指進(jìn)行最小固定9.3.2使用兩個(gè)凹手指進(jìn)行最小固定9.4多邊形的最小二階固定化9.5多面體物體的最小二階固定9.6參考書目注釋9.7附錄9.7.1附錄Ⅰ:關(guān)于內(nèi)切圓的細(xì)節(jié)9.7.2附錄Ⅱ:關(guān)于二維物體最小二階固定的詳細(xì)信息練習(xí)題參考文獻(xiàn)第10章多指籠式抓取10.1標(biāo)量形狀參數(shù)控制的機(jī)械手10.2單參數(shù)機(jī)械手的構(gòu)型空間10.3籠式結(jié)構(gòu)的構(gòu)型空間表示10.4籠式集穿刺點(diǎn)10.5兩指籠式結(jié)構(gòu)的圖形描述10.6參考書目注釋10.7附錄:證明細(xì)節(jié)練習(xí)題參考文獻(xiàn)第11章重力下無(wú)摩擦手支撐的實(shí)例11.1平衡姿態(tài)的構(gòu)型空間表示11.2穩(wěn)定的平衡姿態(tài)11.3姿態(tài)穩(wěn)定性測(cè)試11.3.1平衡姿態(tài)下的l-=測(cè)試11.3.2平衡姿態(tài)下v=0的測(cè)試11.3.3姿態(tài)穩(wěn)定性測(cè)試總結(jié)11.4姿態(tài)穩(wěn)定性測(cè)試公式11.5二維姿態(tài)的穩(wěn)定平衡區(qū)域11.5.1姿態(tài)平衡區(qū)域計(jì)算方案11.5.2單支撐二維姿態(tài)的穩(wěn)定區(qū)域11.5.3涉及三個(gè)或更多個(gè)接觸點(diǎn)的穩(wěn)定二維姿態(tài)11.6三維姿態(tài)的穩(wěn)定平衡區(qū)域11.6.1姿態(tài)平衡區(qū)域計(jì)算方案11.6.2單支撐三維姿態(tài)的穩(wěn)定區(qū)域11.6.3三接觸三維姿態(tài)的穩(wěn)定區(qū)域11.6.4六接觸三維姿態(tài)的穩(wěn)定區(qū)域11.7參考書目注釋11.8附錄:證明細(xì)節(jié)練習(xí)題參考文獻(xiàn)第3部分摩擦剛體抓取和姿態(tài)第12章抗力旋量抓取12.1抗力旋量和內(nèi)抓取力12.2作為線性矩陣不等式的抗力旋量12.2.1用半正定矩陣表示摩擦約束公式12.2.2作為L(zhǎng)MI可行性問(wèn)題的抗力旋量12.3抓取力優(yōu)化12.4抓取的可控性12.4.1被抓取物體動(dòng)力學(xué)12.4.2多指抓取的局部可控性12.4.3精確反饋線性化12.5參考書目注釋練習(xí)題參考文獻(xiàn)第13章抓取質(zhì)量函數(shù)13.1基于剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)的質(zhì)量函數(shù)13.2基于抓取矩陣的質(zhì)量函數(shù)13.3基于抓取多邊形的質(zhì)量函數(shù)13.4基于接觸點(diǎn)位置的質(zhì)量函數(shù)13.5基于接觸力大小的質(zhì)量函數(shù)13.6基于任務(wù)指定的手指力優(yōu)化13.7參考書目注釋13.8附錄13.8.1附錄Ⅰ:距離度量和范數(shù)綜述13.8.2附錄Ⅱ:抓取矩陣在坐標(biāo)變換下的特性13.8.3附錄Ⅲ:抗力旋量區(qū)域練習(xí)題參考文獻(xiàn)第14章重力作用下的手支撐姿態(tài)Ⅰ14.1局部抗力旋量狀態(tài)14.2二維姿態(tài)的可行平衡區(qū)域14.3二維姿態(tài)平衡區(qū)域的圖解構(gòu)造14.4二維姿態(tài)平衡區(qū)域的安全裕度14.5參考書目注釋14.6附錄:證明細(xì)節(jié)練習(xí)題參考文獻(xiàn)第15章重力作用下的手支撐姿態(tài)Ⅱ15.1三維平衡姿態(tài)的基本特性15.2可控的手支撐姿態(tài)15.3一種計(jì)算姿態(tài)平衡區(qū)域的方法15.4凈力旋量錐W的邊界15.4.1復(fù)合摩擦錐的單元分解15.4.2建立W邊界面的接觸力單元15.5有助于W的邊界面的臨界接觸力15.6姿態(tài)平衡區(qū)域邊界曲線15.7接觸點(diǎn)處出現(xiàn)非靜態(tài)運(yùn)動(dòng)模式15.8參考書目注釋15.9附錄:證明和技術(shù)細(xì)節(jié)練習(xí)題參考文獻(xiàn)第4部分抓 取 機(jī) 構(gòu)第16章抓取機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)16.1手指關(guān)節(jié)速度與被抓取物體剛體速度之間的關(guān)系16.2手指關(guān)節(jié)扭矩與被抓取物體力旋量之間的關(guān)系16.3四種手動(dòng)機(jī)構(gòu)的抓取力16.4機(jī)器人手對(duì)抗力旋量抓取的影響16.5參考書目注釋16.6附錄16.6.1附錄Ⅰ:?jiǎn)沃笝C(jī)構(gòu)的雅可比矩陣16.6.2附錄Ⅱ:抗接觸力分解練習(xí)題參考文獻(xiàn)第17章抓取可操控性17.1瞬時(shí)可操控性17.2局部可操控性17.3參考書目注釋17.4附錄:局部可操控性定理的證明練習(xí)題參考文獻(xiàn)第18章手動(dòng)機(jī)構(gòu)柔度18.1一維剛度和柔度18.2關(guān)于柔度對(duì)抓取剛度的影響18.3抓取剛度中心18.4柔性抓取的穩(wěn)定性18.5參考書目注釋18.6附錄:抓取剛度矩陣的推導(dǎo)練習(xí)題參考文獻(xiàn)附錄附錄A非光滑分析的介紹附錄B分層莫爾斯理論概述參考文獻(xiàn)