機器人抓取力學(xué) [美]埃隆·里蒙 [美]喬爾·伯迪克
定 價:149 元
在當今科技飛速發(fā)展的時代,機器人技術(shù)已經(jīng)深入人們生活的各個角落。盡管我們在機器人技術(shù)上取得了顯著的迚步,但對于機器人抓取的深入理解和有效控制仌面臨諸多挑戰(zhàn)。 抓取作為機器人實現(xiàn)與環(huán)境交互的基礎(chǔ)能力,其重要性不言而喻。本書正是在這個背景下應(yīng)運而生的,它填補了關(guān)于機器人抓取物理建模數(shù)學(xué)工具等領(lǐng)域文獻中的空白。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、柔性和手部機構(gòu)設(shè)計等因素對抓取效果的影響,這是對現(xiàn)有知識體系的重要拓展。 本書分為4 部分,共18 章:第1 部分(第2~5 章)主要介紹了抓取過程的基本幾何原理,它們對后續(xù)章節(jié)的理解至關(guān)重要,即使是有經(jīng)驗的讀者也需要重點關(guān)注這一部分內(nèi)容;第2 部分(第6~11 章)為無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)介紹了抓取機構(gòu)。 本書既適合作為高等院校本科生和研究生機器人工程相關(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器人抓取問題的工具書。
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,注重理論與實踐相結(jié)合。
譯者序在探索機器人技術(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。機器人學(xué)是一門綜合性科學(xué)領(lǐng)域,涉及機器人的設(shè)計、構(gòu)建、操作和應(yīng)用。這一領(lǐng)域匯集了眾多學(xué)科的知識和技術(shù),包括機械工程、電氣工程、機電工程、電子工程、控制工程、計算機工程、軟件工程、信息工程、數(shù)學(xué)以及生物工程等。機器人學(xué)的核心在于開發(fā)能夠替代人類進行工作的自動化機器人,這些機器人可以在危險環(huán)境或制造業(yè)環(huán)境中發(fā)揮作用,也可以被設(shè)計成具有人類外觀、行為乃至心智的仿人機器人。當前,許多機器人的設(shè)計和開發(fā)都受到自然界的啟發(fā),特別是在仿生機器人學(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,推動機器人技術(shù)的創(chuàng)新和進步。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器人抓取力學(xué)的教科書,它成功填補了相關(guān)領(lǐng)域?qū)W術(shù)文獻中的一大空白。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,將這個復(fù)雜而有趣的領(lǐng)域介紹給了更廣泛的讀者群。機器人抓取技術(shù)是機器人技術(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)制造和自動化領(lǐng)域,更體現(xiàn)在人工智能和機器學(xué)習(xí)的進步中。這本著作通過詳細闡述機器人抓取的物理原理和數(shù)學(xué)模型,為讀者提供了一個全面而深入的視角。在翻譯這本著作的過程中,我深刻地感受到了作者對這一領(lǐng)域的深入理解和熱情。這本著作不僅傳達了知識,更傳達了作者對未來科技的期許和挑戰(zhàn)的勇氣。作為譯者,我的目標是在保留原著的精確性和嚴謹性的同時,使翻譯后的文字對中文讀者來說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)容涵蓋了從機器人抓取的基本理論到復(fù)雜的實際應(yīng)用,既有對已有研究的系統(tǒng)整理,也包含了作者自己的原創(chuàng)見解和對未來的展望。這使得它不僅是機器人學(xué)領(lǐng)域?qū)W者和研究人員的重要參考資料,也是對機器人學(xué)感興趣的學(xué)生和工程師的寶貴學(xué)習(xí)資源。在這個科技日新月異的時代,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。通過本書,讀者可以更好地發(fā)掘機器人如何通過復(fù)雜的物理動作與人類世界互動,以及這些互動背后的科學(xué)原理。本書的翻譯過程是一次深刻的學(xué)習(xí)過程。在處理技術(shù)性極強的內(nèi)容時,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機器人領(lǐng)域發(fā)展趨勢的見解,以及對未來可能的技術(shù)革新的預(yù)測。我深信,本書將為更多的讀者帶來知識和啟發(fā),幫助他們進一步探索機器人技術(shù)的奧秘。無論是機器人學(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寶庫。在此,我要對所有支持和鼓勵我的人表示深深的感謝。感謝他們的信任和支持,使我有機會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)更多人對機器人學(xué)的興趣和熱情,為機器人學(xué)的發(fā)展和實際應(yīng)用貢獻一份力量。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)域為:數(shù)字信號處理、圖像識別、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動機與背景1.2本書目的1.3如何使用本書1.4推薦閱讀1.5機器人抓取力學(xué)簡史1.5.1早期影響1.5.2自主機器人手時代參考文獻第1部分抓取過程的基本幾何原理第2章剛體構(gòu)型空間2.1構(gòu)型空間標識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:證明細節(jié)練習(xí)題參考文獻第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)題參考文獻第4章剛體的平衡抓取4.1剛體接觸模型4.1.1無摩擦接觸模型4.1.2庫侖摩擦接觸模型4.1.3軟點接觸模型4.2抓取映射4.3平衡抓取條件4.4內(nèi)抓取力4.5矩標簽技術(shù)4.6參考書目注釋4.7附錄:矩標簽引理的證明練習(xí)題參考文獻第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:證明細節(jié)5.6.2附錄Ⅱ:無摩擦平衡抓取集合的范圍練習(xí)題參考文獻第2部分無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無摩擦接觸條件下固定和抗力旋量的對偶性6.4展望6.5參考書目注釋6.6附錄:證明細節(jié)參考文獻第7章一階固定抓取7.1一階自由運動7.2一階運動指數(shù)7.3一階固定7.4一階運動指數(shù)的圖形化解釋7.5參考書目注釋7.6附錄:證明細節(jié)練習(xí)題參考文獻第8章二階固定抓取8.1二階自由運動8.2二階運動指數(shù)8.3二階固定8.4二階運動指數(shù)的圖形描述8.5參考書目注釋8.6附錄:證明細節(jié)練習(xí)題參考文獻第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使用三個凸手指進行最小固定9.3.2使用兩個凹手指進行最小固定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)切圓的細節(jié)9.7.2附錄Ⅱ:關(guān)于二維物體最小二階固定的詳細信息練習(xí)題參考文獻第10章多指籠式抓取10.1標量形狀參數(shù)控制的機械手10.2單參數(shù)機械手的構(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:證明細節(jié)練習(xí)題參考文獻第11章重力下無摩擦手支撐的實例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)定性測試11.3.1平衡姿態(tài)下的l-=測試11.3.2平衡姿態(tài)下v=0的測試11.3.3姿態(tài)穩(wěn)定性測試總結(jié)11.4姿態(tài)穩(wěn)定性測試公式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涉及三個或更多個接觸點的穩(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:證明細節(jié)練習(xí)題參考文獻第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LMI可行性問題的抗力旋量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)題參考文獻第13章抓取質(zhì)量函數(shù)13.1基于剛體運動學(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:證明細節(jié)練習(xí)題參考文獻第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接觸點處出現(xiàn)非靜態(tài)運動模式15.8參考書目注釋15.9附錄:證明和技術(shù)細節(jié)練習(xí)題參考文獻第4部分抓 取 機 構(gòu)第16章抓取機構(gòu)的運動學(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16.3四種手動機構(gòu)的抓取力16.4機器人手對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:單指機構(gòu)的雅可比矩陣16.6.2附錄Ⅱ:抗接觸力分解練習(xí)題參考文獻第17章抓取可操控性17.1瞬時可操控性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)題參考文獻第18章手動機構(gòu)柔度18.1一維剛度和柔度18.2關(guān)于柔度對抓取剛度的影響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