| 作者 |
| 尤金·卡根尼尔·什瓦布 伊拉德·本-加尔 阿朗佐·凯利 |
| 丛书名 |
| 机器人学译丛 |
| 出版社 |
| 机械工业出版社 |
| ISBN |
| 9782109241651 |
| 简要 |
| 简介 |
| 内容简介书籍计算机书籍 ---------------------------8083128 - 自主移动机器人与多机器人系统：运动规划、通信和集群--------------------------- 本书首先介绍了在具有完整位置和速度信息的全局坐标系中导航和运动规划的模型和算法。第二部分研究了机器人在势场中的运动，势场是由机器人的期望和知识的环境状态定义的。第三部分介绍了机器人在未知环境中的运动以及利用感测信息进行环境映射的相应任务。第四部分从二维和三维两个方面研究了多机器人系统和群体动力学。 ---------------------------8066546 - 移动机器人学：数学基础、模型构建及实现方法--------------------------- 本书介绍与移动机器人的控制、感知和规划技术相关的数学基础、系统模型、传感器技术和算法。数学基础方面，涵盖矩阵理论、刚体变换、线性与非线性优化、微分代数与微分方程、最优估计等；系统模型方面，涵盖运动学和动力学模型、控制系统模型、传感器和环境模型等；传感器技术方面，涵盖常用的车轮里程计、超声波传感器、激光雷达以及各种视觉传感器；算法方面，涵盖位姿估计、观测误差估计、同步定位和地图构建、运动规划等。本书可作为机器人学相关专业高年级本科生和研究生的教材，也可供该领域的科研人员和工程技术人员参考。 |
| 目录 |
| [套装书具体书目] 8066546 - 移动机器人学：数学基础、模型构建及实现方法 - 9787111633495 - 机械工业出版社 - 定价 159 8083128 - 自主移动机器人与多机器人系统：运动规划、通信和集群 - 9787111687436 - 机械工业出版社 - 定价 99 ---------------------------8083128 - 自主移动机器人与多机器人系统：运动规划、通信和集群--------------------------- 贡献者名单 译者序 前言 致谢 配套资源 第1章绪论1 11机器人的早期历史1 12自主机器人2 13机械臂5 14移动机器人6 15多机器人系统和集群机器人9 16本书的宗旨和结构12 参考文献13 第2章全局坐标系下的运动规划17 21动机17 22符号表示17 221构型空间17 222工作空间18 223权重函数18 23已知构型空间的运动规划19 231势场法19 232基于网格的算法21 233基于采样的算法23 24已知部分构型空间的运动规划24 241BUG025 242BUG126 243BUG226 25小结26 参考文献27 第3章基础感知28 31传感器基本方案28 32障碍传感器（安全保险杆）29 33里程计传感器38 34距离传感器41 341飞行时间测距仪41 342相移测距仪44 343三角测距仪46 344超声波测距仪46 35小结49 参考文献49 第4章全局坐标系下的运动表示50 41移动机器人模型50 411轮式移动机器人50 412空中移动机器人51 42Hilare型移动机器人的运动学与控制53 421Hilare型移动机器人的前向运动学53 422Hilare型移动机器人的速度控制54 423轨迹跟踪55 43四旋翼移动机器人的运动学与控制57 431四旋翼移动机器人的动力学57 432螺旋桨的力与转矩58 433姿态变换58 434四旋翼动力学模型60 435简化动力学模型61 436四旋翼的轨迹跟踪控制61 437仿真63 参考文献65 第5章势场和导航函数下的运动66 51问题描述66 52梯度下降法67 521无约束的梯度下降67 522有约束的梯度下降69 53闵可夫斯基和70 54人工势场法71 55导航函数法74 551静态确定性环境下的导航函数74 552静态不确定性环境下的导航函数76 553动态环境下的导航函数与势场78 56小结79 参考文献80 第6章全球卫星导航系统与机器人定位81 61卫星导航概论81 62位置计算82 621多径信号82 622GNSS精度分析83 623精度因子83 63坐标系84 631纬度、经度和海拔84 632UTM投影85 633局部笛卡儿坐标系85 64速度计算86 641计算大纲86 642插入说明86 65城市导航87 651城市峡谷导航87 652地图匹配88 653航位推算——惯性传感器88 66GNSS数据与INS结合88 661改进的粒子滤波器89 662结合GNSS和INS估计速度89 67GNSS协议90 68其他类型的GPS91 681辅助全球定位系统91 682差分全球定位系统91 683实时动态导航92 69GNSS威胁92 691GNSS干扰92 692GNSS欺骗92 参考文献92 第7章局部坐标系下的运动94 71全局运动规划与导航94 72不确定性运动规划96 721运载器性能的不确定性96 722传感器的不确定性97 723适应不确定性的运动规划97 73在线运动规划98 731带微分约束的运动规划99 732被动运动规划101 74利用局部地图进行全局定位101 75三维空间中无人机的运动规划103 76小结105 参考文献105 第8章未知环境中的运动108 81基于概率地图的定位108 811信念分布与马尔可夫定位110 812运动预测与卡尔曼定位113 82未知环境建图与决策116 821建图和定位116 822不确定性条件下的决策121 83概率运动规划实例127 831信念空间中的运动规划127 832环境建图132 84小结134 参考文献135 第9章移动机器人的能量限制与能量效率138 91引言138 92移动机器人的能量限制问题138 93移动机器人功率管理和能量控制的精选文献分析139 94移动机器人的能量模型140 95移动机器人推进141 951轮式移动机器人的推进142 952履带式移动机器人的推进143 96机械能源的能量模型145 961内燃机145 962锂电池146 97小结146 参考文献147 第10章多机器人系统与集群149 101多智能体系统与机器人集群149 1011多智能体系统原理149 1012基本蜂拥规则与聚合和避碰的方法155 102智能体的控制与集群的定位163 1021基于智能体的模型164 1022集群动力学的概率模型175 103小结178 参考文献179 第11章基于共享环境地图的协作运动182 111基于共享信息的协作运动182 1111公共势场中的运动183 1112共享本地环境信息的地形中的运动187 112异构环境中的集群动力学189 1121异构环境和外部势场下的基础集群189 1122基于公共概率地图的集群搜索193 113基于共享环境地图的集群动力学案例195 1131基于多搜索器的概率搜索195 1132基于吸引/排斥势的避障、避碰197 114小结201 参考文献202 第12章直接与间接通信下的协作运动203 121组内移动机器人间的通信203 122简单的通信协议与协作行为的示例206 1221移动机器人组的通信协议示例206 1222协议的实现和移动机器人协作行为的示例214 123间接通信与复合通信的示例218 1231蚂蚁运动模型与信息素机器人系统仿真218 1232用于移动机器人组的生物信号方法与破坏性搜索221 124小结224 参考文献225 第13章布朗运动与集群动力学228 131郎之万和福克普朗克形式体系228 132实例229 133小结235 参考文献235 第14章结论236 术语表237 ---------------------------8066546 - 移动机器人学：数学基础、模型构建及实现方法--------------------------- 译者序 前言 第1章 绪论 1 1.1 移动机器人应用 1 1.2 移动机器人分类 2 1.2.1 地面自主移动机器人 2 1.2.2 服务机器人 2 1.2.3 清洁和草坪护理机器人 3 1.2.4 社交机器人 3 1.2.5 野外机器人 4 1.2.6 检测、侦查、监控和勘探机器人 5 1.3 移动机器人工程 6 1.3.1 移动机器人子系统 6 1.3.2 全书概述 6 1.3.3 轮式移动机器人基础 8 1.3.4 参考文献与延伸阅读 9 1.3.5 习题 9 第2章 数学基础 10 2.1 约定和定义 10 2.1.1 符号约定 10 2.1.2 附体坐标系 14 2.1.3 参考文献与延伸阅读 16 2.2 矩阵基础 17 2.2.1 矩阵运算 17 2.2.2 矩阵函数 19 2.2.3 矩阵求逆 20 2.2.4 秩–零化度定理 22 2.2.5 矩阵代数 23 2.2.6 矩阵微积分 25 2.2.7 莱布尼茨法则 31 2.2.8 参考文献与延伸阅读 32 2.2.9 习题 32 2.3 刚体变换基础 33 2.3.1 定义 33 2.3.2 为什么使用齐次变换 33 2.3.3 语义和解释 34 2.3.4 参考文献与延伸阅读 43 2.3.5 习题 44 2.4 机构运动学 45 2.4.1 正运动学 45 2.4.2 逆运动学 49 2.4.3 微分运动学 52 2.4.4 参考文献与延伸阅读 54 2.4.5 习题 54 2.5 方向和角速度 55 2.5.1 欧拉角形式的方向表示 56 2.5.2 角速度和小角度 59 2.5.3 欧拉角形式的角速度与方向变化率 61 2.5.4 轴角形式的角速度与方向变化率 62 2.5.5 参考文献与延伸阅读 63 2.5.6 习题 64 2.6 传感器的运动学模型 64 2.6.1 摄像机的运动学模型 64 2.6.2 激光测距传感器的运动学模型 65 2.6.3 参考文献与延伸阅读 71 2.6.4 习题 71 2.7 变换图与位姿网络 71 2.7.1 关系变换 71 2.7.2 位姿网络求解 74 2.7.3 过约束网络 75 2.7.4 用于一般位置坐标系的微分运动学 77 2.7.5 参考文献与延伸阅读 81 2.7.6 习题 81 2.8 四元数 82 2.8.1 表示和符号 82 2.8.2 四元数乘法 83 2.8.3 其他四元数运算 85 2.8.4 三维旋转表示 86 2.8.5 姿态和角速度 88 2.8.6 参考文献与延伸阅读 90 2.8.7 习题 90 第3章 数值方法 92 3.1 向量函数的线性化和优化 92 3.1.1 线性化 93 3.1.2 目标函数优化 94 3.1.3 约束优化 98 3.1.4 参考文献与延伸阅读 103 3.1.5 习题 103 3.2 方程组 103 3.2.1 线性系统 103 3.2.2 非线性系统 108 3.2.3 参考文献与延伸阅读 110 3.2.4 习题 110 3.3 非线性优化和约束优化 111 3.3.1 非线性优化 111 3.3.2 约束优化 116 3.3.3 参考文献与延伸阅读 119 3.3.4 习题 120 3.4 微分代数系统 120 3.4.1 约束动力学 121 3.4.2 一阶和二阶约束运动学系统 123 3.4.3 拉格朗日动力学 125 3.4.4 约束 129 3.4.5 参考文献与延伸阅读 133 3.4.6 习题 133 3.5 微分方程的积分 134 3.5.1 状态空间中的动力学模型 134 3.5.2 状态空间模型的积分 134 3.5.3 参考文献与延伸阅读 137 3.5.4 习题 137 第4章 动力学 138 4.1 动坐标系 138 4.1.1 观测问题 138 4.1.2 改变参考系 139 4.1.3 应用实例：姿态稳定裕度估计 143 4.1.4 运动状态的递归变换 145 4.1.5 参考文献和延伸阅读 148 4.1.6 习题 149 4.2 轮式移动机器人运动学 149 4.2.1 刚体运动概况 150 4.2.2 轮式移动机器人固定接触点的速度运动学 152 4.2.3 常用转向系统配置 155 4.2.4 参考文献和延伸阅读 159 4.2.5 习题 160 4.3 约束运动学与动力学 160 4.3.1 禁止方向的约束 161 4.3.2 纯滚动（无侧滑）约束 165 4.3.3 拉格朗日动力学 168 4.3.4 地形接触 173 4.3.5 轨迹估计与预测 175 4.3.6 参考文献和延伸阅读 179 4.3.7 习题 180 4.4 线性系统理论概述 181 4.4.1 线性定常系统 181 4.4.2 线性动态系统的状态空间表示 187 4.4.3 非线性动态系统 190 4.4.4 非线性动态系统的扰动动力学 192 4.4.5 参考文献与延伸阅读 194 4.4.6 习题 195 4.5 预测模型与系统辨识 195 4.5.1 制动 196 4.5.2 转向 197 4.5.3 车辆翻倒 199 4.5.4 车轮打滑和偏航稳定性 202 4.5.5 动力学模型的参数化和线性化 204 4.5.6 系统辨识 207 4.5.7 参考文献与延伸阅读 213 4.5.8 习题 214 第5章 最优估计 215 5.1 随机变量、随机过程与随机变换 215 5.1.1 不确定性的表征 215 5.1.2 随机变量 216 5.1.3 不确定性变换 222 5.1.4 随机过程 229 5.1.5 参考文献与延伸阅读 234 5.1.6 习题 234 5.2 协方差传播与最优估计 235 5.2.1 连续积分与平均过程的方差 235 5.2.2 随机积分 239 5.2.3 最优估计 244 5.2.4 参考文献与延伸阅读 251 5.2.5 习题 251 5.3 状态空间卡尔曼滤波器 252 5.3.1 引言 252 5.3.2 线性离散时间卡尔曼滤波 254 5.3.3 非线性系统的卡尔曼滤波 256 5.3.4 简单应用实例：二维平面的移动机器人 260 5.3.5 关于卡尔曼滤波的实用信息 269 5.3.6 其他形式的卡尔曼滤波 274 5.3.7 参考文献与延伸阅读 274 5.3.8 习题 275 5.4 贝叶斯估计 276 5.4.1 定义 276 5.4.2 贝叶斯法则 278 5.4.3 贝叶斯滤波 282 5.4.4 贝叶斯建图 286 5.4.5 贝叶斯定位 292 5.4.6 参考文献与延伸阅读 295 5.4.7 习题 295 第6章 状态估计 296 6.1 位姿估计的数学基础 296 6.1.1 位姿修正与航位推算法 296 6.1.2 位姿修正 298 6.1.3 三角测量中的误差传播 300 6.1.4 实际位姿修正系统 307 6.1.5 航位推算法 308 6.1.6 实际航位推算系统 316 6.1.7 参考文献与延伸阅读 316 6.1.8 习题 317 6.2 用于状态估计的传感器 318 6.2.1 关节传感器 318 6.2.2 环境场传感器 319 6.2.3 惯性参考系 320 6.2.4 惯性传感器 322 6.2.5 参考文献与延伸阅读 327 6.2.6 习题 327 6.3 惯性导航系统 328 6.3.1 引言 328 6.3.2 惯性导航的数学原理 328 6.3.3 惯性导航中的误差和辅助系统 332 6.3.4 应用实例：简单的里程计辅助姿态航向基准系统 335 6.3.5 参考文献与延伸阅读 338 6.3.6 习题 338 6.4 卫星导航系统 339 6.4.1 引言 339 6.4.2 工作原理 339 6.4.3 状态测量 340 6.4.4 性能参数 343 6.4.5 运行模式 345 6.4.6 参考文献与延伸阅读 346 6.4.7 习题 346 第7章 控制 348 7.1 经典控制 348 7.1.1 引言 348 7.1.2 虚拟弹簧阻尼系统 351 7.1.3 反馈控制 353 7.1.4 参考模型和前馈控制 358 7.1.5 参考文献与延伸阅读 361 7.1.6 习题 361 7.2 状态空间控制 362 7.2.1 引言 362 7.2.2 状态空间反馈控制 363 7.2.3 应用实例：机器人轨迹跟踪 366 7.2.4 感知控制 370 7.2.5 转向轨迹生成 372 7.2.6 参考文献与延伸阅读 377 7.2.7 习题 378 7.3 预测控制的优化与建模 378 7.3.1 变分法 378 7.3.2 最优控制 381 7.3.3 模型预测控制 385 7.3.4 求解最优控制问题的方法 387 7.3.5 参数化最优控制 390 7.3.6 参考文献与延伸阅读 393 7.3.7 习题 394 7.4 智能控制 394 7.4.1 引言 395 7.4.2 评价 397 7.4.3 表达 399 7.4.4 搜索 405 7.4.5 参考文献与延伸阅读 409 7.4.6 习题 410 第8章 感知 411 8.1 图像处理算子与算法 411 8.1.1 计算机视觉算法分类 412 8.1.2 高通滤波算子 413 8.1.3 低通算子 417 8.1.4 信号和图像匹配 418 8.1.5 特征检测 420 8.1.6 区域处理 422 8.1.7 参考文献与延伸阅读 425 8.1.8 习题 425 8.2 非接触传感器的物理特性及原理 426 8.2.1 非接触传感器 426 8.2.2 测距技术 427 8.2.3 辐射信号 430 8.2.4 透镜、滤光片和反射镜 436 8.2.5 参考文献与延伸阅读 439 8.2.6 习题 440 8.3 感知传感器 440 8.3.1 激光测距传感器 440 8.3.2 超声波测距传感器 444 8.3.3 可见光摄像机 445 8.3.4 中远红外波长摄像机 447 8.3.5 雷达 449 8.3.6 参考文献与延伸阅读 451 8.3.7 习题 451 8.4 几何级与语义级计算机视觉概述 451 8.4.1 像素级分类 451 8.4.2 计算立体视觉 453 8.4.3 障碍物探测 456 8.4.4 参考文献与延伸阅读 459 8.4.5 习题 459 第9章 定位和地图构建 462 9.1 表示和问题 462 9.1.1 引言 462 9.1.2 表示 463 9.1.3 定时和运动问题 465 9.1.4 定位的相关问题 466 9.1.5 结构概述 468 9.1.6 应用实例：无人地面车辆的地形地图 469 9.1.7 参考文献与延伸阅读 473 9.1.8 习题 473 9.2 视觉定位和运动估计 473 9.2.1 引言 473 9.2.2 定位和运动估计的信号对准 479 9.2.3 用于定位和运动估计的特征匹配 483 9.2.4 搜索最优位姿 488 9.2.5 参考文献与延伸阅读 496 9.2.6 习题 497 9.3 同步定位与地图构建 498 9.3.1 引言 498 9.3.2 循环构建地图的全局一致性 499 9.3.3 回访检测 503 9.3.4 离散路标的EKF SLAM 505 9.3.5 应用实例：激光反射器的自动探测 508 9.3.6 参考文献与延伸阅读 510 9.3.7 习题 511 第10章 运动规划 512 10.1 引言 512 10.1.1 路径规划简介 513 10.1.2 路径规划的系统阐述 514 10.1.3 无障碍运动规划 515 10.1.4 参考文献与延伸阅读 516 10.1.5 习题 517 10.2 全局路径规划的表示与搜索 517 10.2.1 连续运动规划 517 10.2.2 最优搜索的重要创意 522 10.2.3 一致代价序贯规划算法 525 10.2.4 加权序贯规划 529 10.2.5 序贯运动规划的实现 536 10.2.6 参考文献与延伸阅读 538 10.2.7 习题 539 10.3 实时全局运动规划：在未知的动态环境中的移动 539 10.3.1 引言 539 10.3.2 有限深度搜索 541 10.3.3 实时方法 543 10.3.4 规划修正方法：D*算法 544 10.3.5 分层规划 551 10.3.6 参考文献与延伸阅读 553 10.3.7 习题 553 索引 554 |