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）
出版时间:
2020-06
版次:
1
ISBN:
9787568280327
定价:
58.00
装帧:
其他
开本:
16开
纸张:
胶版纸
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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。 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。
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
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内容简介:
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。
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作者简介:
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。
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目录:
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
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