清华大学出版社

本书介绍机器人学的基本原理及其应用，全面反映出国内外机器人学研究和应用的最新进展，是一部系统和全面的机器人学著作和教材。本书共12章，内容涉及机器人学的概况、数理基础、运动学、动力学、位置和力控制、高级控制、传感器、高层规划、轨迹规划、程序设计、应用和展望等内容。 该书对第一版进行较大的修订与补充，特别是增加了“机器人传感器”一章，把两章“机器人控制(一、二)”改为“机器人位置和力控制”与“机器人高级控制”各一章，把“机器人规划”一章扩展为“机器人高层规划”和“机器人轨迹规划”两章。此外，增加了“机器人路径规划”等内容，着重介绍了作者在机器人路径规划领域的研究新成果。 本书特别适合作为本科生和研究生教材，也适合从事机器人学研究、开发和应用的科技人员学习参考。

前言 机器人学是一门高度交叉的前沿学科，引起许多具有不同专业背景人们的广泛兴趣，进行深入研究，并获得快速发展。自第一台电子编程工业机器人问世以来近5０年间，机器人学已取得令人瞩目的成就。正如宋健教授１９９９年７月５日在国际自动控制联合会第１４次大会报告中所指出的：“机器人学的进步和应用是20世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高意义上的自动化。”本书介绍机器人学的基本原理及其应用，是一部比较系统和全面的机器人学著作和教材。 本书共12章，涉及机器人学的概况、数理基础、运动学、动力学、控制、规划、编程、应用和展望等内容。第一章简述机器人学的起源与发展，讨论机器人学的意义，分析机器人的特点、结构与分类，探讨机器人学的研究领域和人工智能争论对机器人学的影响。第二章讨论机器人学的数学基础，包括空间任意点的位置和姿态变换、坐标变换、齐次坐标变换、物体的变换和逆变换，以及通用旋转变换等。第三章阐述机器人运动方程的表示与求解，包括机械手运动姿态、方向角、运动位置和坐标的运动方程以及连杆变换短阵的表示，欧拉变换、滚仰偏变换和球面变换等求解方法，机器人微分运动及其雅可比矩阵等。第四章涉及机器人动力学方程、动态特性和静态特性； 着重分析机械手动力学方程的两种求法，即拉格朗日功能平衡法和牛顿欧拉动态平衡法，然后总结出建立拉格朗日方程的步骤，并以二连杆和三连杆机械手为例推导出机械手动力学方程。探讨机器人的动态特性和静态特性。第五章研究机器人的位置和力控制，包括机器人的控制原则和控制方法、传动系统结构、位置伺服控制、位置和力混合控制、柔顺控制和分解运动控制等。第六章探讨机器人的高级控制，涉及机器人的变结构控制、自适应控制和智能控制等。第七章介绍机器人传感器的特点与分类、各种典型的机器人内传感器和外传感器的工作原理。第八章讨论机器人高层规划问题。在说明机器人规划的作用和任务之后，从积木世界的机器人规划入手，逐步深入开展对机器人规划的讨论，包括规则演绎法、逻辑演算和通用搜索法及基于专家系统的规划等。在机器人路径规划方面，在阐明机器人路径规划的主要方法和发展趋势之后，着重介绍了作者的一些研究新成果，如基于近似Voronoi图的机器人路径规划、基于模拟退火算法的机器人局部路径规划、基于免疫进化和示例学习的机器人路径规划和基于蚁群算法的机器人路径规划等。第九章讨论机器人轨迹规划问题，着重研究关节空间和笛卡儿空间中机器人运动的轨迹规划和轨迹生成方法。第十章论述机器人的程序设计，研究对机器人编程的要求和分类、机器人语言系统的结构和基本功能，几种重要的专用机器人语言，以及机器人的离线编程等。第十一章探讨机器人的应用问题，论述应用机器人必须考虑的因素和采用机器人的步骤，分析机器人的应用领域。第十二章分析机器人学的现状，展望机器人学的未来，包括国内外机器人技术和市场的发展现状和预测、２１世纪机器人技术的发展趋势等，并提出克隆技术对智能机器人的挑战问题。每章均附有习题，供教师选用和学生练习。书末附有英汉术语对照，有助于学生阅读机器人学的英文文献。 本书特别适合作为本科生和研究生教材。当作为研究生教材时，教师可补充一些反映最新研究进展的学术论文和专题研究资料。本书也适合从事机器人学研究、开发和应用的科技人员学习参考。 在本书编写和出版过程中，得到众多领导、专家、教授、朋友和学生的热情鼓励和帮助。邹小兵，李枚毅，郑敏捷，黄明登和赵慧等参加了第八章第五节的编写，陈白帆，余伶俐，魏世勇，谢斌等参加了本书部分章节的讨论和校对工作。国际自动控制联合会第十四届世界大会主席、全国政协副主席、中国工程首任院长宋健院士在大会开幕式上所做主题报告摘录，作为本书代序，是对本书作者和广大读者的极大支持和厚爱。中国工程院院士张启先教授在他重病时，不辞劳苦为本书第一版作序。这些都使作者深受鼓舞。在此特向有关领导、专家、合作者和广大读者致以衷心的感谢。 我要特别感谢部分国内外机器人学专著、教材和有关论文的作者们，他们是陈恳，J J Craig，封锡盛，K S Fu,霍伟，黄心汉，蒋新松，A J Kovio，罗公亮，N J Nilsson， G N Saridis，B. Niku Saeed，宋健，孙迪生，孙增圻，王田苗，王炎，席裕庚，熊有伦，张伯鹏，张钟俊等。 本书是在《机器人学》第一版基础上经过全面改编和补充而成。虽然已对第一版做了较大修改，但由于编写时间仓促，因而书中一定有不足之处，希望得到各位专家和广大读者的批评指正。 蔡自兴 2009年8月17日于长沙中南大学

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