Fundamentals of Robotic Grasping and Fixturing pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Xiong, Youlun

出品人:

页数:218

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价格:$ 108.48

装帧:

isbn号码:9789812771834

丛书系列:

图书标签:

• Robotics
• Grasping
• Fixturing
• Manipulation
• Automation
• Industrial Robotics
• Manufacturing
• Engineering
• Artificial Intelligence
• Computer Vision

好的，这是一份关于《机械臂抓取与夹持基础》（Fundamentals of Robotic Grasping and Fixturing）一书内容的详细介绍，侧重于该领域的核心概念、技术和应用，同时避免提及您已有的书名和相关信息。 --- 《机械臂抓取与夹持基础》内容概述 本书深入探讨了现代机器人技术中至关重要的两个核心议题：如何让机器人有效地抓取物体（Grasping）以及如何稳定地固定物体（Fixturing）。这两个能力是实现自动化制造、物流、服务机器人以及复杂装配任务的关键所在。本书旨在为读者提供一个全面且系统的理论框架与实践指导，涵盖从基础几何原理到高级控制策略的各个层面。 第一部分：抓取基础与物体识别 本书的开篇部分着重于理解抓取的物理基础和环境感知。 1. 抓取的几何学与接触力学 抓取操作的本质是利用机械手末端执行器（Gripper）与目标物体之间建立稳定、可控的接触关系。本部分首先解析了抓取的几何学基础，包括接触点的确定、抓取姿态（Grasp Pose）的定义以及抓取稳定性的判据。 接触模型： 详细介绍了单点接触、线接触和面接触的数学描述，以及如何利用摩擦锥理论来预测接触力的传递和物体的运动状态。书中强调了摩擦系数在抓取稳定性分析中的决定性作用。 抓取构型： 分析了不同类型的机械手（如二指、三指、多指）在抓取不同形状物体时的优势与局限。重点阐述了“闭合式抓取”（Form-Closure Grasp）的概念，即在给定外部干扰力矩的情况下，系统仍能保持静力平衡的能力。 稳定域分析： 引入了抓取稳定域（Stability Locus）的概念，通过分析抓取过程中施加的力与力矩的允许范围，来量化抓取的鲁棒性。 2. 感知与环境建模 有效的抓取离不开对环境和物体的精确感知。 传感器技术： 介绍了用于抓取任务的主要传感器，包括2D/3D视觉系统（如立体视觉、结构光、激光雷达）、触觉传感器（Tactile Sensors）和力/力矩传感器（Force/Torque Sensors）。 物体识别与姿态估计： 阐述了如何利用传感器数据对物体进行识别，并准确估计其在三维空间中的位置和姿态。重点讨论了点云处理、表面重建以及基于深度学习的物体特征提取方法在抓取规划中的应用。 不确定性处理： 鉴于真实世界中感知数据的固有噪声和不确定性，本书探讨了如何将这些不确定性纳入抓取规划过程，例如使用概率方法（如贝叶斯框架）来评估不同抓取位点的可靠性。 第二部分：抓取规划与控制 本部分从理论推导转向实际的抓取方案生成与执行。 3. 抓取规划算法 抓取规划是将感知信息转化为具体机械手动作的过程。 特征空间搜索： 介绍了如何构建一个描述抓取质量的评估函数（Grasp Quality Metric），并利用该函数在抓取特征空间中搜索最优抓取位点和姿态。 基于学习的规划： 探讨了利用强化学习（Reinforcement Learning, RL）和模仿学习（Imitation Learning）来训练机器人直接从感知输入中学习成功的抓取策略，尤其适用于高度不规则或未知物体的抓取。 离线与在线规划： 区分了预先计算所有可能抓取方案的离线规划与在机器人运行过程中实时生成抓取指令的在线规划策略。 4. 抓取执行与力控 成功的抓取不仅需要找到一个好的抓取点，还需要精确控制抓取力的施加与调整。 轨迹生成： 描述了如何规划机械手从初始位置到目标抓取点的运动轨迹，以避免与障碍物碰撞或意外释放物体。 反馈控制： 强调了闭环控制在维持抓取稳定性的重要性。详细介绍了基于视觉反馈和基于力矩反馈的抓取力调节技术，例如，如何根据物体材料的刚度动态调整夹持力。 成功检测： 阐述了如何通过传感器数据判断抓取是否成功（例如，触觉反馈、视觉确认或力矩传感器读数的稳定）以及在抓取失败时如何快速反应。 第三部分：夹持系统与固定技术 与抓取注重动态操作不同，夹持（Fixturing）更关注于在制造、加工或装配过程中对工件进行长期、高刚度的固定。 5. 夹持系统设计原理 夹具的设计是确保加工精度的基础。 三点定位原理： 深入解析了三点定位理论，这是实现工件在空间中唯一确定位置的关键。书中详细讨论了如何选择定位元素（定位块、V形块等）来精确约束工件的六个自由度。 夹持力学： 分析了夹紧力（Clamping Force）的设计。夹紧力必须足够大以克服加工过程中产生的切削力或操作扰动，同时又不能过大导致工件变形或损坏。书中引入了最小夹持力判据。 模块化夹具系统： 介绍了现代制造中广泛应用的模块化夹具系统（Modular Fixturing Systems, MFS），其优势在于快速重构和适应不同工件，并探讨了基于快速连接机构的设计。 6. 可重构夹具与柔性制造 随着小批量、多品种生产的需求增加，夹具的适应性和重构能力变得尤为重要。 主动夹具与自适应夹持： 探讨了使用形状记忆合金（SMA）、电磁或气动驱动元件设计的可主动调整的夹具，这些夹具能够根据工件的微小偏差自动调整其夹持姿态。 柔性夹持器： 介绍了使用柔性材料、流体填充物或气囊等设计的柔性夹具，它们可以更均匀地分布应力，适用于易碎或形状复杂的工件。 夹具布局优化： 运用有限元分析（FEA）方法，对夹具系统的刚度和稳定性进行仿真和优化，确保在复杂加工环境下工件的定位精度和刚度。 总结与展望 全书最后部分将抓取与夹持技术置于更广阔的自动化系统中进行考察。它强调了高精度感知、智能决策和鲁棒控制这三要素的协同作用。通过对这些基础理论和前沿技术的掌握，读者将能够设计和实现更加高效、可靠的机器人操作系统，以应对现代工业和复杂环境中的各种挑战。本书不仅是机器人学、机械工程和自动化领域学生的宝贵教材，也是一线工程师和研究人员解决实际抓取与夹持难题的实用参考手册。

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读完这本书，我最大的感受是其内容的广度和深度达到了一个惊人的平衡。它不仅仅是理论的堆砌，更穿插了大量的实际工程案例分析，这对于应用型工程师来说至关重要。例如，书中关于柔性体抓取和不确定性环境下的适应性控制部分，简直是打开了我的思路。作者并没有回避现实世界中的非理想因素，比如传感器噪声和执行器误差，反而提供了一套严谨的鲁棒性设计方法。我特别关注了其中关于实时反馈和阻抗控制的部分，作者的讲解方式非常“工程师导向”，直接给出了如何在有限计算资源下实现高性能抓取的思路。那些关于被动适应性夹具设计的章节，让我深刻认识到，有时最“聪明”的解决方案恰恰是最“简单”的机械设计，而非过度依赖复杂的算法。这本书的排版和语言风格都非常专业，阅读过程虽然需要高度集中注意力，但每一次深入都伴随着清晰的知识点突破，这是一种非常令人满足的学习体验。

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我购买这本书的主要目的是为了解决一个关于定制化夹具设计中的材料兼容性问题，这本书在相关领域的讨论虽然不是主题，却提供了极其宝贵的参考框架。作者在介绍不同材质物体接触时的表面能和微观形貌对宏观抓取性能的影响时，其分析的细致程度令人称奇。他们用相当大的篇幅讨论了如何通过材料选择和表面处理来优化抓取力矩的分配，这对于我目前遇到的摩擦力不足且物体易损的场景，提供了全新的思路方向。这本书的叙述风格非常严谨，几乎每一句话都充满了信息量，没有一句废话，这对于我这种时间宝贵的专业人士来说，是最大的优点之一。它不是那种可以轻松翻阅的小册子，而是一部需要反复研读、时常需要停下来进行思考和练习的工具书，其长期价值远超其价格本身。

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这本书的封面设计简洁有力，一看就知道是面向专业人士的深度技术著作。从目录上看，它涵盖了非常广泛的机器人操作基础知识，特别是那些需要高精度控制和复杂力学分析的场景。我尤其欣赏作者在讲解力学原理时的细致程度，他们没有停留在表面的概念介绍，而是深入到了材料的应力分布和接触几何学的数学建模。对于那些希望从零开始建立扎实理论基础的研究生或者高级工程师来说，这本书无疑是一份宝藏。它对于理解物体与夹具之间相互作用力的精确量化，提供了非常清晰的路线图。书中大量的公式推导和图示分析，极大地帮助我将抽象的物理概念转化为可操作的工程解决方案。特别是关于摩擦锥和稳定性分析的部分，作者的阐述逻辑清晰，配图精妙，使得原本晦涩的几何约束问题变得直观易懂。这本书的价值在于它提供了一个坚实的理论框架，让读者能够超越现成的库函数，真正理解“为什么”这样抓取是稳定的，以及“如何”设计出更优化的夹持策略。

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这本书的深度绝对会让那些只做表面应用开发的读者感到吃力，但对于想成为该领域专家的同行来说，它是一剂强心针。其中对多体动力学在抓取瞬间的建模分析，简直可以用“教科书级别”来形容。我发现，作者对不同类型的接触模型（如库仑摩擦、粘附力等）的适用场景和数学描述进行了详尽的对比，这一点对于选择合适的仿真参数至关重要。读到关于视觉伺服与力反馈融合的部分时，我感觉自己仿佛在参加一场高级研讨会，作者不仅展示了技术栈，更阐述了背后的哲学思考——如何在信息不完全的情况下，做出最佳决策。这本书在理论深度上几乎没有妥协，它要求读者必须具备扎实的微积分和线性代数基础，但回报是对于机器人操作稳定性和精确性的深刻理解。

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这本书的结构安排体现了作者深厚的行业经验。它不是按照时间顺序或简单的主题罗列，而是遵循了一种从基础到高级、从静态到动态的逻辑流。开篇对传统操作方法局限性的剖析，很快就将读者带入了需要新范式的领域。我发现，作者在探讨复杂多自由度系统建模时，所采用的坐标系选择和约束方程的表达方式，极大地简化了后续的优化过程。对于我目前正在进行的一个涉及精密装配的项目来说，书中关于姿态估计和微小位移补偿的技术细节，几乎可以直接被采纳和实现。更难得的是，它不仅关注“如何做”，还花了大量篇幅讨论“为什么”某些方法在特定约束下会失效，这种批判性的视角，是很多教科书所缺乏的。总而言之，这本书更像是一份来自资深专家的操作手册和思想精粹的结合体，而不是一本单纯的教材。

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