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《Modern Robotics Mechanics, Planning, and Control》课后习题答案

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简介：
本书为《现代机器人学：力学、规划与控制》一书提供了详尽的课后习题解答，帮助读者深入理解和掌握机器人学的核心概念和技术。 在网上辛苦找到的《现代机器人学：力学、规划与控制》课后习题答案，适合机器人专业学生及工程师自学使用。

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  • 《Modern Robotics Mechanics, Planning, and Control》课后习题答案
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    本书为《现代机器人学：力学、规划与控制》一书提供了详尽的课后习题解答，帮助读者深入理解和掌握机器人学的核心概念和技术。 在网上辛苦找到的《现代机器人学：力学、规划与控制》课后习题答案，适合机器人专业学生及工程师自学使用。
     
  • Mechanics, Planning, and Control in Modern Robotics.pdf
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    《Mechanics, Planning, and Control in Modern Robotics》是一本深入探讨现代机器人技术核心领域的专业书籍，涵盖了力学、路径规划和控制系统等方面的知识。 Modern Robotics-- Mechanics, Planning, and Control 是一本专注于现代机器人学的教材，涵盖了机械、规划和控制方面的内容。这本书为读者提供了一个全面而深入的理解框架，帮助他们掌握机器人技术的核心概念和技术细节。书中不仅讨论了基本理论知识，还包含了大量实际应用案例与编程练习，旨在培养学生的实践能力和创新思维。 该书适合于对现代机器人学感兴趣的本科生及研究生学习使用，并且对于从事相关领域研究和开发的专业人士来说也是一本宝贵的参考资料。通过阅读此书，读者能够深入了解如何设计、实现以及优化复杂的机器人系统，在当今快速发展的自动化与智能化技术背景下具有重要价值。
     
  • 《Modern Robotics Mechanics, Planning, and Control》——机械臂学习的经典教材
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    《Modern Robotics Mechanics, Planning, and Control》是机器人学领域的重要著作，尤其在机械臂技术教学方面享有盛誉，深入浅出地讲解了力学、规划与控制的核心概念。 《Modern Robotics Mechanics, Planning, and Control》是一本经典的机械臂学习教材，由Kevin M. Lynch和Frank C. Park合著。本书旨在提供一个全面而深入的视角来探索现代机器人技术的核心原理和技术细节，特别强调了串联(open chains)机器人、并联(closed chains)机器人以及轮式机器人的动力学建模方法。 ### 一、书籍概述与特点 《Modern Robotics Mechanics, Planning, and Control》是一本经典的机械臂学习教材。本书旨在提供一个全面而深入的视角来探索现代机器人技术的核心原理和技术细节，特别强调了串联(open chains)机器人、并联(closed chains)机器人以及轮式机器人的动力学建模方法。 ### 二、主要章节内容概述 #### 配置空间（Configuration Space） - **自由度**：该章节首先介绍了刚体的自由度概念，即物体在三维空间中的运动方式，包括平移和旋转。这部分内容对于理解机器人的运动能力至关重要。 - **机器人的自由度**：进一步讨论了机器人关节的类型及其对机器人自由度的影响，包括旋转关节、线性关节等。通过Grübler公式来计算机器人机构的自由度，这是设计机器人结构时的重要理论基础。 - **配置空间**：探讨了配置空间的概念，包括其拓扑结构和表示方法。配置空间是所有可能的配置组成的集合，对于规划机器人的运动路径具有重要意义。 - **约束条件**：分析了配置空间中可能出现的各种约束，如关节限位、障碍物避让等，这些约束对于确保机器人安全有效地完成任务至关重要。 - **任务空间与工作空间**：区分了任务空间（机器人执行任务的空间）与工作空间（机器人末端执行器可到达的空间），这对于理解和优化机器人的操作范围非常重要。 #### 刚体运动（Rigid-Body Motions） - **平面内的刚体运动**：介绍了平面内刚体的运动特性，包括平移和旋转的基本概念。 - **旋转与角速度**：详细讨论了旋转矩阵及其应用，以及如何利用角速度描述旋转的速度。 - **指数坐标表示**：介绍了利用指数坐标来表示旋转的方法，这是一种非常实用的数学工具，对于理解复杂运动尤其有用。 ### 三、核心理论与技术 - **串联机器人**：本书详细解释了如何使用旋量理论建立这类机器人的动力学模型。旋量理论是一种强大的数学工具，能够简洁地描述刚体的运动。 - **并联机器人**：书中也涉及了这类机器人的建模和控制方法，包括其高刚性和负载能力的特点。 - **轮式机器人**：这部分内容涵盖了轮式机器人的动力学建模、控制策略以及导航算法等内容。 ### 四、其他重要知识点 - **旋量理论**：作为本书中广泛应用于各种类型机器人系统中的基础工具，旋量理论在动力学建模方面发挥了重要作用。 - **控制理论**：虽然部分内容未提及，但可以推测书中也会涵盖反馈控制、PID控制等实现机器人精确运动控制的关键技术。 - **软件与资源**：根据提供的内容，本书还配套提供了相关的软件工具和在线资源，有助于读者更深入地理解和实践所学知识。 通过以上内容的梳理可以看出，《Modern Robotics Mechanics, Planning, and Control》不仅覆盖了机械臂学习的核心理论和技术，也深入探讨了各种不同类型机器人的特性和应用，是一本非常有价值的参考资料。
     
  • Robotics Introduction: Mechanics and Control
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    《Robotics Introduction: Mechanics and Control》是一本介绍机器人学基础概念的教材，专注于机械结构和控制系统原理，适合初学者入门。 《机器人学：力学与控制》，约翰·J·克雷格著，艾迪逊-韦斯利出版公司，第3版，2003年。
     
  • Robotics: Modeling, Planning and Control
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    《Robotics: Modeling, Planning and Control》一书全面介绍了机器人技术的基础理论与应用实践，涵盖建模、规划及控制等方面的核心知识。 这本经典机器人学教材不仅涵盖了传统的机械臂理论，还扩展到了视觉控制、运动规划以及移动机器人的领域。本书提供了关于机器人基础知识的全面介绍：包括建模、规划与控制等方面的内容。全书基于一致且严谨的形式化方法展开，并随着难度逐渐增加而引入更高级的主题。 早期章节中的机械手结构理论涵盖了： - 基础内容，如运动学、静力学和轨迹规划； - 以及驱动器、传感器及控制系统的技术细节。 随后的章节则深入探讨了： - 动力学与机器人手臂的运动控制， - 利用外感受数据（力反馈和视觉）进行环境交互， - 移动机器人的应用，以及 - 运动规划。 附录部分确保学生能够掌握基础领域的知识，如刚体动力学、反馈控制系统等。书中通过提出问题并提供工程实践导向的解决方案工具来帮助读者理解理论与实际操作之间的联系。为了增强学生的实用技能，本书包括了超过60个详尽的工作示例和案例研究，并且在正文中多次引用模拟实验。 此外，书末还提供了近150道章节练习题以及免费提供的PDF解答手册及MATLAB代码以供计算机问题解决使用。这些资源对采用《机器人学》作为教材的课程开放免费获取渠道。 此书适用于自动化和计算机、电气、电子与机械工程等专业中涉及强内容要求的大四或研究生阶段相关课程的教学需求。
     
  • Robotics: Modeling, Planning, and Control
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    《Robotics: Modeling, Planning, and Control》是一本全面介绍机器人技术基础的书籍，涵盖了建模、规划和控制等核心领域。 ### 机器人技术：建模、规划与控制 本段落将深入探讨《Robotics - Modelling, Planning and Control》一书中的核心概念和技术，该书由Bruno Siciliano和Lorenzo Sciavicco等作者编写，是“高级控制与信号处理教科书系列”之一。本书涵盖了机器人技术的基础理论与实际应用，尤其侧重于机器人的建模、运动规划以及控制系统设计。 #### 一、机器人系统建模 **1.1 动力学模型** 在机器人的设计与控制过程中，建立准确的动力学模型至关重要。动力学模型描述了机器人各个关节的力矩与其运动状态之间的关系，包括位置、速度和加速度。这些模型通常基于牛顿-欧拉方程或拉格朗日方程构建，为后续的控制器设计提供必要的数学基础。 **1.2 运动学模型** 运动学模型关注的是机器人的几何特性，即如何通过关节变量的变化来实现末端执行器的位姿变化。常见的运动学模型包括正向运动学（计算给定关节角度时末端执行器的位置）和逆向运动学（计算达到特定位置所需的关节角度）。这两类模型对于理解和控制机器人的运动轨迹至关重要。 #### 二、机器人路径规划 **2.1 环境建模** 机器人路径规划的第一步是建立环境模型。这包括对静态障碍物和动态对象的位置、形状及其运动规律进行建模。环境建模方法多样，如栅格地图、拓扑地图、特征地图等，每种方法都有其适用场景和局限性。 **2.2 路径搜索算法** 路径搜索算法用于在给定环境中寻找一条从起点到终点的有效路径。典型的路径搜索算法包括A*算法、Dijkstra算法以及RRT（随机树）算法等。这些算法在考虑碰撞避免的同时，还能够优化路径长度或执行时间等指标。 **2.3 动态路径规划** 对于需要实时适应环境变化的机器人，动态路径规划显得尤为重要。这类规划方法能够在运行时根据传感器数据更新路径规划结果，确保机器人安全高效地完成任务。 #### 三、机器人控制系统设计 **3.1 反馈控制** 反馈控制系统是机器人控制中最基本的形式，通过比较期望值与实际值之间的差异，并调整输入量来减小这一误差。PID（比例-积分-微分）控制器是一种广泛应用的反馈控制策略，它通过调整比例项、积分项和微分项来改善系统的性能。 **3.2 预测控制** 预测控制是一种先进的控制方法，它基于模型预测未来的行为并据此调整当前的控制策略。这种方法特别适用于处理具有约束条件的问题，如轨迹跟踪、避障等。 **3.3 滑模控制** 滑模控制是一种非线性控制方法，它利用一个特殊设计的切换函数来迫使系统状态沿着预定义的轨迹滑动。这种控制方法可以有效地处理扰动和不确定性，在机器人控制领域得到了广泛应用。 #### 四、综合案例分析 为了更好地理解上述理论和技术的应用，本书还提供了多个具体的案例研究，例如： - **多机器人协作系统**：通过设计合适的通信协议和控制策略，使多个机器人能够协同完成复杂的任务。 - **服务机器人导航系统**：利用传感器融合技术和路径规划算法，实现服务机器人在复杂环境中的自主导航。 - **无人机飞行控制系统**：采用先进的控制算法，提高无人机的稳定性和精确度，支持多种应用场景。 通过这些案例的研究和分析，读者不仅能够加深对机器人技术的理解，还能学习到如何将这些理论应用于解决实际问题的方法。 《Robotics - Modelling, Planning and Control》一书系统地介绍了机器人技术的核心内容，涵盖了从理论到实践的各个方面。无论是对于从事机器人研发的专业人士，还是对该领域感兴趣的初学者来说，都是一本宝贵的参考资料。
     
  • Basic Concepts in Robotics Mechanics and Control
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    本书《机器人力学与控制基础概念》深入浅出地介绍了机器人技术中的核心原理，涵盖机械构造、运动学和动力学等关键领域。它是学习机器人设计及应用的理想入门读物。 《Introduction to Robotics Mechanics and Control》是由著名机器人学专家John J. Craig编写的经典教材，现已更新至第三版。这本书深入浅出地介绍了机器人学的基础知识，是为本科生和研究生设计的入门读物，旨在帮助读者理解和掌握机器人学的机械原理与控制理论。 1. **机器人学简介**：这是一门多学科交叉领域，综合了机械工程、电子工程、计算机科学和人工智能的知识。主要研究内容包括机器人的设计、制造、应用以及操作控制等方面。 2. **机械原理**：这部分介绍了构成机器人运动基础的元件的设计与分析方法，如连杆机构、齿轮传动系统及伺服马达等。学习者将掌握如何设计这些机械组件以实现精确的机器人动作。 3. **动力学**：书中详细解释了计算机器人在不同状态下的力和扭矩所需的工具，包括牛顿-欧拉法、拉格朗日方程以及卡丹公式等原理。 4. **控制理论**：这部分重点介绍经典与现代控制方法，如PID控制器、状态空间模型及李雅普诺夫稳定性分析。这些内容帮助读者理解如何设计有效的控制系统以确保机器人稳定运行。 5. **传感器与感知**：书中探讨了各种用于获取环境信息的传感器的工作原理和数据处理技术，包括视觉、力觉以及听觉等类型的技术手段。 6. **路径规划**：介绍搜索算法和技术策略，使机器人能够在复杂环境中找到最优路线到达目标位置。 7. **人机交互**：这部分内容涉及如何安全有效地实现机器人与人类或其它系统之间的互动。其中包括了力反馈和视觉交互技术等内容的讲解。 8. **实例分析**：通过具体案例如工业机器人和服务机器人的应用，帮助读者将理论知识应用于实际问题中解决复杂任务。 《Introduction to Robotics Mechanics and Control》不仅使学生能够掌握基础概念，还培养他们解决问题的能力，并为深入研究打下坚实的基础。这本书是希望进入机器人行业学习者和工程师的宝贵参考书。
     
  • Introduction to the Mechanics and Control of Robotics
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    《Introduction to the Mechanics and Control of Robotics》是一本全面介绍机器人学基础知识的书籍，涵盖了机械设计、运动控制和编程等内容。适合初学者入门及工程技术人员参考。 这是一本很好的英文版书籍，内容涉及机器人技术等领域，希望能对读者有所帮助。
     
  • Robotics, Control and Vision
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    《Robotics, Control and Vision》是一本集成了机器人技术、控制系统及视觉识别等领域的先进理论与应用实践的综合性著作。本书旨在为读者提供一个全面理解智能机器感知和操作世界能力的知识框架，适用于科研人员、工程师以及对此领域感兴趣的学者。 在当前技术快速发展的背景下，机器人、视觉与控制领域的重要性愈发突出。《机器人、视觉与控制》一书以其全面而深入的理论基础和实践应用吸引了众多学习者，并通过不同版本（如2011年版和2017年版）不断更新内容，成为引领行业知识和技术进步的重要资源。 该书涵盖了机器人的构成要素、运动学与动力学、视觉系统以及控制理论等内容。从机械结构到控制系统，作者逐步向读者介绍了机器人技术的各个方面，为学习者构建起坚实的基础。特别是在传感器和执行器等关键技术组件方面，书中详细阐述了它们如何协同工作来完成复杂任务。 运动学和动力学是理解机器人行为的关键部分，在本书中占有重要地位。这些理论不仅帮助设计稳定可靠的机器人类型结构，还涉及路径规划与避障策略等内容，使读者能够了解机器人在复杂环境中的安全移动方式及有效交互方法，这对于实际应用的设计和优化至关重要。 视觉系统方面，该书从基础的图像处理概念开始讲起，并逐步深入到特征检测、目标识别以及场景理解等高级应用。书中还涵盖了现代技术如深度学习与卷积神经网络的应用，使机器人能够在快速变化的环境中更好地理解和适应复杂情况。 控制理论作为核心领域之一，在本书中得到了详细论述，包括从经典PID控制器至现代状态空间模型和最优控制策略等多个方面。此外，自适应控制、滑模控制等高级技术也有所涉及，这些内容对于处理机器人的不确定性和外部干扰至关重要。通过学习这些知识，读者能够掌握使机器人行为更精准智能的方法。 随着技术的进步，《机器人、视觉与控制》一书不断更新其内容以符合行业需求的变化。例如2017年版可能增加了关于ROS（机器人操作系统）、新型传感器如激光雷达和RGB-D相机以及机器学习算法等内容的介绍，反映了当前的技术前沿并拓展了读者的知识领域。 此外，该书中提供了配套的学习资源，包括理论讲解、实例分析及代码示例等材料。习题与解答的设计也有助于加深理解和提高效率，在阅读过程中帮助巩固所学知识。 总之，《机器人、视觉与控制》不仅为初学者提供必要的基础知识和技能训练，还兼顾实际应用需求，使读者能够掌握设计实现智能机器人的关键技巧，并随着技术的发展不断更新和完善自己的专业知识。
     
  • Robotics Vision and Control (2nd Edition).pdf
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    《Robotics Vision and Control》第二版全面介绍了机器人视觉与控制的基础理论和最新进展，结合实例深入浅出地讲解了相关算法和技术。 《Robotics Vision and Control》第二版英文原书内容丰富精彩。