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）

图书标准信息

• 作者 石青 ；王化平 ；吴阳
• 出版社 北京理工大学出版社
• 出版时间 2020-06
• 版次 1
• ISBN 9787568280327
• 定价 58.00元
• 装帧 其他
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸

【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。

【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。

 

【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