仿人机器人

作者:管贻生

定价:26元

印次:1-2

ISBN:9787302144533

出版日期:2007.03.01

印刷日期:2008.01.15

图书责编:薛慧

图书分类:零售

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仿人机器人是真正字面意义上或狭义的“机器人”,其研究和发展代表了机器人学的尖端水平。有关仿人机器人的工作早在20多年前就开始了,当时着重于双足步行机的研究和开发。只是自从10年前本田推出仿人机器人P2后,仿人机器人的研发才形成了一个热潮,至今方兴未艾。除了日本推出了QRIO、ASIMO和HRP2等著名的仿人机器人以外,中国、韩国、美国和欧洲等国家和地区也成功地研制了各自的仿人机器人。虽然仿人机器人的研究已成为机器人学中的一个重要分支,有很多研究人员和工程技术人员在这方面进行了大量的学术研究和技术开发,并取得了丰硕的成果, 但却未见到系统地介绍和阐述仿人机器人的专著。 在这种背景下,由日本产业技术综合研究所梶田秀司等人著的《仿人机器人》夺得了先声,填补了这方面的一个空白。据译者所知,该书是第一部系统介绍仿人机器人的专著。几乎与此同时,日本的稻叶教授也出版了一部与仿人机器人有关的著作“Robot Anatommy”(Iwanami Robotics Series no.7,日文版)。南斯拉夫的Wukobratovic教授等人在16年前出版过有关双足步行的专著:“Biped Locomotion——Dynamics,Stability,Control and Applications”,SpringerVerlag,1990。书中既有对仿人机器人历史发展的简明扼要的介绍, 又有基本理论和分析, 还有对实际机器人系统的引用。内容包括仿人机器人学的运动学、ZMP和动力学、双足步态规划和全身运动模式的生成和动力学仿真等,是对10多年来仿人机器人的研究成果(尤其是作者们的成果) 的总结, 在一定程度上反映了当今世界在仿人机器人上的最新发展和水平。这本学术专著并不是纯理论介绍,几乎所有的理论和算法都有实际机器人系统和平台的支持,书中图文并茂、深入浅出、内容生动。 本书的日文原著由四位作者共同写就,每位作者撰写其最擅长的专题。几位作者都是产业技术综合研究所属下的智能系统研究所仿人机器人HRP2研发小组的主要成员。《仿人机器人》是他们多年的学术研究和系统开发的概括。除日文原著外,还计划推出英文、中文(即本书)、法文和德文版本,以五种文字向全世界出版发行。如果本书在中国的出版能对我国的机器人研究和开发有所启发、帮助和推动,那么译者的初衷和愿望也就实现了。 本书的翻译主要基于英文手稿,并参考了日文原著。在翻译过程中,译者随时与作者商讨,力求翻译准确到位。尽管如此,因译者的水平和时间所限,译文中难免会有不妥甚至错误之处,欢迎读者批评和指正。

前言 今天在电视和展示会看到仿人机器人像真人一样行走和跳舞,各种各样的机器人表演令人叹为观止。很多人不禁好奇,“那些动作是怎样实现的呢?”本书的首要目的就是回答这个问题。本书介绍的理论和技术已经实际应用于我们的仿人机器人HRP2的控制,类似的技术也应用在其他诸如本田的ASIMO和索尼的QRIO等著名的仿人机器人上。 乍看起来,书中内容并不简单,对那些头痛于数学的人而言本书的方程式数量多得令人生畏。为了克服数学算式的枯燥乏味,使它们形象生动,我们尽可能地加插了照片和图形。事实上,这是一些用数学语言和物理语言仔细谱写的“乐谱”,隐藏在仿人机器人令人赞叹的表演背后。我们希望本书能引起更多的人对仿人机器人感兴趣并认识到科学和技术是构筑现代社会的支柱。如果这个目的能达到,那么本书的写作就获得了成功。 本书第1章由产业技术综合研究所属下的智能系统研究所仿人机器人研究室主任比留川博久(Hirohisa Hirukawa) 执笔,第3章由同一研究室的研究员原田研介(Kensuke Harada)和梶田秀司(Shuuji Kajita)共同执笔,第5章由同所的自主行为控制研究室主任横井一仁(Kazuhito Yokoi)执笔,其他第2、4、6章由梶田秀司执笔。 若没有其他很多人的帮助本书是难以出版的。首先感谢川田工业株式会社航空和机械事业部的川田忠裕、五十捿隆勝和其他优秀的工程师,他们设计制造了包括仿人机器人HRP2在内的硬件平台。感谢General Robotix株式会社的小神野东贤和川角祐一郎,他们为我们负责机器人的维护保养。我们还感谢同一研究室的金子健二、金广文男、藤原清司...

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第1章仿人机器人概论

第2章运动学

2.1坐标变换

2.1.1世界坐标系

2.1.2局部坐标系和齐次变换

2.1.3局部坐标系之间的相对性

2.1.4齐次变换的链乘法则

2.2转动特性

2.2.1滚动、俯仰和偏摆

2.2.2旋转矩阵的含义

2.2.3旋转矩阵的逆阵

2.2.4角速度矢量

2.2.5旋转矩阵的微分与角速度矢量

2.2.6角速度矢量的积分与矩阵指

数之间的关系

2.2.7矩阵的对数

2.3三维空间中的速度

2.3.1单个物体的速度和角速度

2.3.2两个物体的速度和角速度

2.4机器人的数据结构和编程

2.4.1数据结构

2.4.2用递归方法编程

2.5仿人机器人的运动学

2.5.1模型的建立

2.5.2由关节角求连杆的位姿: 正运动学

2.5.3由连杆的位姿求关节角: 逆运动学

2.5.4逆运动学的数值解法

2.5.5雅可比

2.5.6关节速度、连杆的速度和角速度的计算

2.5.7奇异姿态

2.5.8附录: 辅助函数

第3章ZMP和动力学

3.1ZMP和地面反作用力

3.1.1ZMP概述

3.1.2二维分析

3.1.3三维分析

3.2ZMP的测量

3.2.1一般情况

3.2.2单脚ZMP

3.2.3考虑双足时的ZMP

3.3仿人机器人的动力学

3.3.1仿人机器人的运动和地面作用力

3.3.2动量

3.3.3角动量

3.3.4刚体的角动量和惯性张量

3.3.5机器人质心的计算

3.3.6机器人动量的计算

3.3.7机器人角动量的计算

3.4基于机器人... 查看详情

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