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『簡體書』MATLAB基础与机器人学应用(北京理工大学“双一流”建设精品出版工程)

書城自編碼: 3518572
分類:簡體書→大陸圖書→教材研究生/本科/专科教材
作者: 石青,王化平,吴阳
國際書號(ISBN): 9787568280327
出版社: 北京理工大学出版社
出版日期: 2020-06-01

頁數/字數: /
書度/開本: 16开 釘裝: 平装

售價:HK$ 76.6

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編輯推薦:
本书可用于高等院校相关机器人专业教材,并为机器人爱好者提供机器人学仿真的解决方案。
內容簡介:
本书是关于MATLAB基本应用和机器人学的实用参考书,全书共7章,以当前比较流行的MATLAB2018版本为基础,描述了MATLAB的主要功能及机器人学基本应用。第1章和第2章介绍了MATLAB简介及运算规则,包括MATLAB用户界面、帮助系统、矩阵运算、数值运算及符号运算等;第3章至第5章介绍了MATLAB常见功能,包括MATLAB程序设计、数据插值与拟合、数值微积分、常微分方程求解及MATLAB绘图等;第6章利用MATLAB机器人工具箱,以机械臂为例详细介绍了机器人运动学与动力学建模及仿真;第7章基于MATLAB的Simulink仿真,介绍了机器人运动学与动力学建模及计算过程。
本书可用于高等院校相关机器人专业教材,并为机器人爱好者提供机器人学仿真的解决方案。
關於作者:
石青,北京理工大学副教授、博导。2012年在日本早稻田大学获博士学位,主要从事仿生机器人及其生物医学应用研究。近年来,围绕仿生机器人与动物行为交互开展深入系统研究,提出了行为仿生表达仿生交互建模的新方法,解决了微小型仿生机器人行为能力弱、交互建模难等核心问题,部分成果在脑科学、动物实验装置等方面的研究得到了成功应用;迄今为止,发表录用SCI论文40余篇;获2016年度北京市科技新星、Advanced Robotics最佳期刊论文奖、国际会议IEEE ICRA 2014等优秀论文奖或提名奖10项;主持国家重点研发计划国际合作专项、国家自然科学基金等省部级以上项目10余项;在ICBS2016、ICRA Workshop等国际会议上作特邀报告6次;担任国际期刊IEEE Trans. Medical Robotics & Bionics、ROBOMECH Journal 编委以及IEEE CBS 2017 Program Cochair等国际学术职位。
目錄
第 1 章 MATLAB 简介 .........................................................................................................1
1.1 概述............................................................................................................................1
1.2 用户界面与基本操作................................................................................................1
1.2.1 功能界面.........................................................................................................2
1.2.2 命令行窗口.....................................................................................................2
1.2.3 帮助系统.........................................................................................................4
1.3 数据与变量基础........................................................................................................7
1.3.1 基本数据类型.................................................................................................7
1.3.2 变量命名.........................................................................................................7
1.3.3 变量赋值.........................................................................................................8
1.4 本章小结....................................................................................................................8
习题...................................................................................................................................9 第 2 章 MATLAB 基本运算 ...............................................................................................10
2.1 矩阵运算..................................................................................................................10
2.1.1 矩阵生成与访问...........................................................................................10
2.1.2 矩阵基本运算...............................................................................................14
2.1.3 矩阵函数.......................................................................................................17
2.2 数值运算..................................................................................................................19
2.2.1 基本数学函数...............................................................................................19
2.2.2 多项式运算...................................................................................................19
2.2.3 线性方程组求解...........................................................................................24
2.3 符号运算..................................................................................................................25
2.3.1 创建符号对象...............................................................................................25
2.3.2 符号对象运算...............................................................................................26
2.3.3 符号微积分...................................................................................................28
2.4 本章小结..................................................................................................................31
习题.................................................................................................................................32
第 3 章 MATLAB 程序设计 ...............................................................................................33
3.1 M 文件......................................................................................................................33
3.1.1 脚本 M 文件.................................................................................................33
3.1.2 函数 M 文件.................................................................................................34
3.1.3 内联函数.......................................................................................................39
3.2 数据的输入与输出..................................................................................................40
3.2.1 用户输入提示命令 input..............................................................................40
3.2.2 请求键盘输入命令 keyboard.......................................................................40
3.2.3 屏幕输出语句 disp .......................................................................................42
3.2.4 其他相关命令...............................................................................................43
3.3 程序控制结构..........................................................................................................44
3.3.1 顺序结构.......................................................................................................45
3.3.2 选择结构.......................................................................................................45
3.3.3 循环结构.......................................................................................................49
3.4 程序调试..................................................................................................................52
3.4.1 概述...............................................................................................................52
3.4.2 调试方法.......................................................................................................53
3.5 本章小结..................................................................................................................54
习题.................................................................................................................................55
第 4 章 MATLAB 数据分析与处理 ...................................................................................56
4.1 数据插值与拟合......................................................................................................56
4.1.1 数据插值.......................................................................................................56
4.1.2 数据拟合.......................................................................................................61
4.2 数值微积分..............................................................................................................62
4.2.1 数值微分.......................................................................................................62
4.2.2 数值积分.......................................................................................................62
4.3 零极点问题..............................................................................................................64
4.3.1 求零点...........................................................................................................64
4.3.2 求极值...........................................................................................................66
4.4 常微分方程的求解..................................................................................................67
4.4.1 常微分方程的解析解...................................................................................67
4.4.2 常微分方程的数值解...................................................................................68
4.5 本章小结..................................................................................................................72
习题.................................................................................................................................73
第 5 章 MATLAB 绘图 .......................................................................................................74
5.1 二维绘图..................................................................................................................74
5.1.1 plot 命令 ........................................................................................................74
5.1.2 fplot 命令.......................................................................................................80
5.1.3 ezplot 命令.....................................................................................................81
5.1.4 交互式绘图...................................................................................................82
5.2 三维绘图..................................................................................................................84
5.2.1 plot3 命令 ......................................................................................................84
5.2.2 mesh 命令 ......................................................................................................85
5.2.3 surf 命令 ........................................................................................................87
5.3 特殊图形..................................................................................................................88
5.3.1 二维特殊图形命令.......................................................................................88
5.3.2 三维特殊图形命令.......................................................................................91
5.4 三维图形的高级设置..............................................................................................92
5.4.1 视点控制.......................................................................................................93
5.4.2 光照控制.......................................................................................................94
5.5 本章小结..................................................................................................................94
习题.................................................................................................................................95
第 6 章 机器人工具箱建模与仿真.....................................................................................96
6.1 机器人工具箱..........................................................................................................96
6.1.1 机器人工具箱简介.......................................................................................96
6.1.2 机器人工具箱下载及安装...........................................................................96
6.2 机器人学基础..........................................................................................................97
6.2.1 刚体描述及坐标系.......................................................................................97
6.2.2 连杆描述及坐标系.....................................................................................100
6.2.3 机器人运动学.............................................................................................102
6.2.4 轨迹规划.....................................................................................................102
6.3 基本函数介绍........................................................................................................104
6.3.1 Link 函数.....................................................................................................104
6.3.2 SerialLink 函数............................................................................................105
6.3.3 变换矩阵求解函数.....................................................................................107
6.3.4 轨迹规划函数.............................................................................................107
6.4 机器人运动学计算................................................................................................108
6.4.1 正运动学分析.............................................................................................108
6.4.2 逆运动学分析............................................................................................. 111
6.5 机器人动力学计算................................................................................................115
6.5.1 动力学方程.................................................................................................116
6.5.2 正动力学分析.............................................................................................120
6.5.3 逆动力学分析.............................................................................................121
6.6 机器人工具箱动力学计算实例............................................................................123
6.6.1 任务描述.....................................................................................................123
6.6.2 运动模型构建.............................................................................................124
6.6.3 轨迹规划和运动学计算.............................................................................125
6.6.4 动力学计算.................................................................................................127
6.7 本章小结................................................................................................................128
习题...............................................................................................................................129
第 7 章 机器人学 Simulink 仿真......................................................................................131
7.1 Simulink 基本操作.................................................................................................131
7.1.1 Simulink 的特点..........................................................................................131
7.1.2 Simulink 启动与基础操作..........................................................................131
7.2 Simulink 模块库和系统仿真.................................................................................136
7.2.1 Simulink 模块库常用模块介绍 ..................................................................136
7.2.2 Simulink 仿真系统设置..............................................................................141
7.3 子系统创建与封装................................................................................................143
7.3.1 通过子系统模块来建立子系统.................................................................143
7.3.2 组合已有的模块建立子系统.....................................................................144
7.3.3 封装子系统.................................................................................................145
7.3.4 条件子系统.................................................................................................147
7.4 Simulink 机器人运动学计算.................................................................................150
7.4.1 正运动学分析.............................................................................................150
7.4.2 逆运动学分析.............................................................................................152
7.5 Simulink 机器人动力学计算.................................................................................154
7.5.1 正动力学分析.............................................................................................154
7.5.2 逆动力学分析.............................................................................................155
7.6 机械臂关节控制....................................................................................................156
7.6.1 驱动电机.....................................................................................................156
7.6.2 独立关节控制.............................................................................................157
7.7 Simulink 仿真实例.................................................................................................157
7.7.1 仿真任务描述.............................................................................................157
7.7.2 轨迹函数生成.............................................................................................159
7.7.3 仿真模型构建.............................................................................................162
7.7.4 仿真结果分析.............................................................................................163
7.8 本章小结................................................................................................................165
习题...............................................................................................................................166
参考文献...............................................................................................................................167
內容試閱
MATLAB是美国 MathWorks公司开发的一种多范式数值计算环境和专有编程语言,
可进行矩阵计算、数据可视化、算法实现、交互式程序设计以及非线性动态系统的建模和仿
真等,广泛应用于工程计算、信号处理与通讯、工程设计、图像处理等与数值计算相关的众
多科学研究领域。机器人学又称为机器人技术或机器人工程学,主要研究机器人的控制与被
处理物体之间的相互关系,涉及机械学、电子工程学、控制理 论与控制工程学、计算机科学
与工程等多学科领域的融合及交叉。 21世纪以来,机器人技术成为衡量一个国家科技水平
与高端制造水平的重要标准,也是中国制造 2025的重点发展领域,国家前沿科技和未来
产业发展的核心力量。利用 MATLAB强大的仿真工具和可视化特征,可简化机器人的复杂
计算,易于机器人爱好者及初学者迅速了解和探索机器人学中的奥秘。
本书是关于 MATLAB基本应用和机器人学的实用参考书,全书共 7章,以当前比较
流行的 MATLAB2018版本为基础,描述了 MATLAB的主要功能及机器人学基本应用。第
1章和第 2章介绍了 MATLAB简介及运算规则,包括 MATLAB用户界面、帮助系统、矩阵
运算、数值运算及符号运算等;第 3章至第 5章介绍了 MATLAB常见功能,包括 MATLAB程序设计、数据插值与拟合、数值微积分、常微分方程求解及 MATLAB绘图等;第 6章利
用 MATLAB机器人工具箱,以机械臂为例详细介绍了机器人运动学与动力学建模及仿真;
第 7章基于 MATLAB的 Simulink仿真,介绍了机器人运动学与动力学建模及计算过程。
作者一直从事机器人及其仿真相关课程教学,所在团队的研究方向主要仿生机器人、微
纳操作机器人 ,在机器人技术前沿交叉及工程应用方面领域等进行了多年的研究,也积累了
丰富的经验。本书的初衷是通过介绍 MATLAB这一强大的工程计算软件的基础知识,并结
合团队多年在机器人技术中的实践研究,通过实例展现机器人学的 MATLAB仿真,为广大
的本科生、研究生以及机器人爱好者提供一种机器人学仿真的解决方案,使他们更加体会到
科学计算工具应用于实际研究中的重要性。
本书主要由石青、王化平、吴阳编写。团队同事、博士生及硕士生参与了部分章节的资
料整理工作,特别感谢侯尧珍、陈晨、胡豪俊、闫书睿等。本书的编写与出版得到国家重点
研发 计划政府间国际合作专项( 2017YFE0117000)、国家自然科学基金 61773058)的资助
在此表示衷心的感谢。
由于作者水平有限,时间仓促,书中难免存在疏漏及不妥之处,敬请广大读者和专家不吝批评指正。

 

 

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