| 作者 |
| 尤金·卡根尼尔·什瓦布 伊拉德·本-加尔 阿朗佐·凯利 等 |
| 丛书名 |
| 机器人学译丛 |
| 出版社 |
| 机械工业出版社 |
| ISBN |
| 9782108121619 |
| 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。 ---------------------------8065989 - 现代机器人学：机构、规划与控制--------------------------- 本书系统地介绍了机器人学的基础理论知识，重心放在机器人机构、规划与控制三个方面，为机器人学的入门教材，可纳入到机器人导论的范畴。 全书以现代数学分支之一——旋量理论为工具和桥梁，衔接全书知识体系。这既是书名定位为现代机器人学的主要依据，也是本书区别其他机器人导论类教材的重要特征。 . 全书总共13章，第1章为绪论。第2章主要介绍与机器人机构有关的若干基本概念，第3章作为全书的理论基础，详细讨论如何应用旋量理论构建刚体运动模型的过程；第4?7章主要讲述有关机器人运动学方面的基础内容，包括开链机器人正向运动学（第4章）、一阶运动学与静力学（第5章）、逆向运动学（第6章）和并联机器人运动学（第7章）。第8?11章主要讲述有关机器人动力学、规划与控制方面的基础内容，包括开链机器人动力学建模（第8章）、轨迹生成（第9章）与运动规划算法（第10章）以及经典的机器人控制方法等（第11章）。第12?13章主要介绍机器人的两种典型形态—操作手与移动机器人的基础知识与原理。此外，作为正文的补充，增加了4个附录内容，包括全书重要结论、刚体姿态描述方法、D-H参数法以及优化算法等。 本书可作为高年级机器人工程专业本科专业教材或研究生教材，也可作为相关科研人员与工程技术人员参考用书。 ---------------------------8062178 - 工业机器人系统及应用--------------------------- 本书的两位作者是机器人领域的技术专家和资深教授，他们通过本书为读者了解机器人的组成结构、电气控制及其工业应用奠定了坚实的基础。书中涵盖机器人相关的最新组件、技术和功能，配有丰富的实际应用案例和详细说明。本书着眼于机器人的整个体系——从设计和生产到部署、操作和维护。附录中还提供了关于机器人模型和控制器的附加信息。 ---------------------------8059530 - ROS机器人编程：原理与应用--------------------------- 本书共分为六部分。第一部分介绍了如何编写ROS节点和ROS工具，也覆盖了消息、类和服务器。第二部分是用ROS进行模拟和可视化，其中包括坐标转换。第三部分讨论了ROS的感知过程。第四部分介绍了ROS中的移动机器人控制和导航。第五部分介绍了ROS机器人臂的相关知识。第六部分涉及系统集成和更高级别的控制，包括基于感知的移动操作。 ---------------------------7642244 - 移动机器人原理与设计[图书]--------------------------- 本书介绍用于移动机器人设计的不同工具和方法。通过模拟、练习和实例说明，详细讲解机器人建模的基础知识，包括执行器、传感器、控制理论及视觉制导等方面。除了理论知识以外，书中还包含对三维仿真工具的讨论，以实现在复杂真实环境下对机器人的可靠定位。 ---------------------------7390735 - 机器人学导论（原书第4版）--------------------------- 本书系统讲解了机器人学的理论知识，主要内容包括：空间位姿的描述和变换、操作臂的正运动学和逆运动学、操作臂的雅可比、操作臂动力学、轨迹规划、操作臂的机构设计、操作臂的线性和非线性控制、操作臂的力控制、机器人编程语言和离线编程。此外，各章末包括不同难度的习题、编程练习和MATLAB练习。 本书可作为高等院校相关专业的教材和参考书，也可供相关技术人员参考。 ---------------------------7113325 - 机器人操作中的力学原理--------------------------- 本书是学习机器人操作的基础教材，旨在介绍机器人操作过程中的力学原理和规划算法。在力学原理部分，本书将从一个全新视角来审视经典力学，包括运动学、静力学和动力学，并使用新的方法（如多种图形化方法）来解决在其他书籍中没有出现过的一些特殊问题。在规划算法部分，本书将使用基于状态空间的方法，同时考虑如何处理以下两个难题：使用经典力学得到的高维连续状态空间并不适合用于搜索算法；由于机器人的感知和运动控制等系统以及周围环境因素而带来的不确定性。 本书可作为有一定机器人运动学、动力学和控制基础的本科生与研究生教材。 ---------------------------6019641 - 机器人自动化：建模、仿真与控制--------------------------- 本书介绍机器人的建模、仿真和控制方法，主要内容包括：线性系统、机械系统、伺服电动机的建模，非线性系统的计算机仿真，线性系统及其稳定性和状态控制器，线性控制系统的能控性与能观性，线性化控制及非线性系统的稳定性等。此外，本书通过大量习题对基本概念和基本方法进行演绎与验证。 本书适合作为自动控制相关专业的教材，也可以作为机器人相关专业人士的参考书。 ---------------------------5894194 - 机器人与数字人：基于MATLAB的建模与控制--------------------------- 本书提供了一系列多元且实用的工具，可用于复杂机器人系统的建模和控制，以及数字人的建模和运动生成。书中首先介绍机器人运动学的数学原理和控制系统设计，然后将机器人算法和建模过程向更高维度、更大规模和更复杂的研究领域—数字人建模—推进。全书包含大量MATLAB代码和可视化图形示例，读者可跟随讲解内容在MATLAB中创建3D机器人模型和数字人模型，并通过实时动画操作模型。 本书适合机器人相关工程类专业的高年级本科生和研究生学习，同时也可作为机器人和数字人研发者及工程师的参考指南。 ---------------------------5894198 - 机器人操作系统ROS原理与应用[按需印刷]--------------------------- 本书主要分析ROS的核心功能实现原理，探讨基于ROS的智能机器人软件系统优化开发方法与实现技术。本书主要分为四部分：智能机器人发展现状和ROS基本框架;ROS核心功能包集实现原理及源码分析;基于ROS的服务、工业智能机器人开发;ROS优化及智能机器人软件展望。 ---------------------------4992320 - 机器人系统实施：制造业中的机器人、自动化和系统集成--------------------------- 本书主要研究工业机器人，首先讲解机器人和周边设备的总体技术问题，继而讨论机器人应用项目的管理和实施，为工业机器人系统的实际应用提供指导。主要内容包括：机器人和自动化技术的发展史；机器人类型和使用机器人的好处；重要的机器人周边设备；机器人的典型应用领域；如何设计机器人应用方案；如何制作机器人项目的用户需求说明书；如何对机器人应用进行经济性评价；如何成功实施机器人应用项目；后总结了机器人系统实施流程，讨论了自动化战略并提出了未来展望。本书适合高等院校机械、自动化、电子和计算机等专业的高年级本科生阅读，也适合正在研究工业机器人的教师和研究生作为参考书目，还值得正在从事工业机器人产品研发的工程师和企业管理人员借鉴。 ---------------------------4972222 - 机器人建模和控制--------------------------- 本书基于Spong和Vidyasagar两位教授所著的十分成功的经典教材《Robot Dynamics and Control》（Wiley，1989），对现代机器人的操作和控制进行了全面和精辟的论述，所介绍的初级和高级内容不仅易读，而且在数学推导上十分严谨。 本书适合机器人技术方面的多学季或单学期课程使用。前6章适合面向具有初步线性控制系统背景学生的初级/高级机器人技术介绍性课程使用，后6章适合机器人技术及控制方向的研究生阅读。 |
| 目录 |
| [套装书具体书目] 4972222 - 机器人建模和控制 - 9787111542759 - 机械工业出版社 - 定价 79 4992320 - 机器人系统实施：制造业中的机器人、自动化和系统集成 - 9787111549376 - 机械工业出版社 - 定价 49 5894194 - 机器人与数字人：基于MATLAB的建模与控制 - 9787111565543 - 机械工业出版社 - 定价 119 5894198 - 机器人操作系统ROS原理与应用[按需印刷] - 9787111568360 - 机械工业出版社 - 定价 59 6019641 - 机器人自动化：建模、仿真与控制 - 9787111570424 - 机械工业出版社 - 定价 49 7113325 - 机器人操作中的力学原理 - 9787111584612 - 机械工业出版社 - 定价 59 7390735 - 机器人学导论（原书第4版） - 9787111590316 - 机械工业出版社 - 定价 79 7642244 - 移动机器人原理与设计[图书] - 9787111591863 - 机械工业出版社 - 定价 69 8059530 - ROS机器人编程：原理与应用 - 9787111625766 - 机械工业出版社 - 定价 199 8062178 - 工业机器人系统及应用 - 9787111631415 - 机械工业出版社 - 定价 89 8065989 - 现代机器人学：机构、规划与控制 - 9787111639848 - 机械工业出版社 - 定价 139 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 ---------------------------8065989 - 现代机器人学：机构、规划与控制--------------------------- 译者序 序一 序二 前言 作译者简介 第1章 绪论 1 第2章 位形空间 8 2.1 刚体的自由度 9 2.2 机器人的自由度 10 2.3 位形空间：拓扑与表达 15 2.4 位形与速度约束 18 2.5 任务空间与工作空间 21 2.6 本章小结 23 2.7 推荐阅读 24 习题 24 第3章 刚体运动 34 3.1 平面内的刚体运动 36 3.2 旋转与角速度 40 3.3 刚体运动与运动旋量 53 3.4 力旋量 67 3.5 本章小结 68 3.6 软件 69 3.7 推荐阅读 70 习题 71 第4章 正向运动学 84 4.1 指数积公式 86 4.2 通用机器人的描述格式 94 4.3 本章小结 98 4.4 软件 99 4.5 推荐阅读 99 习题 99 第5章 一阶运动学与静力学 106 5.1 机器人雅可比 110 5.2 开链机器人的静力学 118 5.3 奇异性分析 119 5.4 可操作度 122 5.5 本章小结 124 5.6 软件 125 5.7 推荐阅读 125 习题 125 第6章 逆运动学 134 6.1 逆运动学的解析求解 135 6.2 逆运动学的数值求解 138 6.3 逆向速度运动学 142 6.4 有关闭环的一点说明 143 6.5 本章小结 144 6.6 软件 144 6.7 推荐阅读 144 习题 145 第7章 闭链运动学 150 7.1 正、逆运动学 151 7.2 微分运动学 154 7.3 奇异 157 7.4 本章小结 160 7.5 推荐阅读 160 习题 161 第8章 开链动力学 164 8.1 拉格朗日方程 165 8.2 单刚体动力学 172 8.3 牛顿–欧拉逆动力学 178 8.4 封闭形式的动力学方程 181 8.5 开链机器人的正向动力学 183 8.6 任务空间中的动力学 184 8.7 受约束动力学 185 8.8 URDF中的机器人动力学 187 8.9 驱动、传动和摩擦 187 8.10 本章小结 194 8.11 软件 197 8.12 推荐阅读 199 习题 199 第9章 轨迹生成 202 9.1 定义 202 9.2 点到点的轨迹 202 9.3 多项式中间点的轨迹 208 9.4 时间最优的时间标度 209 9.5 本章小结 215 9.6 软件 216 9.7 推荐阅读 217 习题 217 第10章 运动规划 221 10.1 运动规划概述 221 10.2 基础知识 224 10.3 完整路径规划器 231 10.4 网格方法 232 10.5 采样方法 239 10.6 虚拟势场 244 10.7 非线性优化 248 10.8 平滑 249 10.9 本章小结 250 10.10 推荐阅读 251 习题 253 第11章 机器人控制 255 11.1 控制系统概述 255 11.2 误差动力学 256 11.3 速度输入的运动控制 261 11.4 力或力矩输入的运动控制 267 11.5 力控制 276 11.6 运动–力混合控制 278 11.7 阻抗控制 281 11.8 底层的关节力/力矩控制 283 11.9 其他议题 285 11.10 本章小结 286 11.11 软件 287 11.12 推荐阅读 288 习题 288 第12章 抓握和操作 294 12.1 接触运动学 295 12.2 接触力和摩擦力 309 12.3 操作 316 12.4 本章小结 321 12.5 推荐阅读 321 习题 322 第13章 轮式移动机器人 328 13.1 轮式移动机器人的类型 328 13.2 全向轮式移动机器人 329 13.3 非完整轮式移动机器人 333 13.4 里程计测距 350 13.5 移动操作 352 13.6 本章小结 354 13.7 推荐阅读 355 习题 356 附录A 重要公式汇总 363 附录B 转动的其他表示方法 369 附录C D-H参数法 376 附录D 优化和拉格朗日乘子 383 参考文献 385 索引 394 ---------------------------8062178 - 工业机器人系统及应用--------------------------- 译者序 前言 致谢 作者简介 第1章 绪论 1 1.1 本章目标 1 1.2 定义 1 1.3 机器人的历史 3 1.4 计算机程序 3 1.5 微处理器 4 1.6 机器人的优势 4 1.7 机器人的弊端 5 1.8 机器人、硬自动化、人类劳动 5 1.9 机器人和人类 7 1.10 工业机器人的应用 8 1.11 本章总结 9 1.12 关键术语 10 1.13 思考题 11 第2章 机器人 12 2.1 本章目标 12 2.2 工业机器人 12 2.3 实验室机器人 13 2.4 探索机器人 13 2.5 爱好者机器人 13 2.6 课堂机器人 14 2.7 娱乐机器人 15 2.8 操作机及其分类 15 2.9 基座 15 2.10 手臂 16 2.11 腕关节 17 2.12 夹持器 17 2.13 操作机的组成部分 18 2.14 工作空间 19 2.15 回转关节 19 2.16 腕关节运动 19 2.17 自由度 19 2.18 机器人的运动能力 20 2.19 坐标 20 2.19.1 直角坐标 20 2.19.2 圆柱坐标 21 2.19.3 极坐标 22 2.19.4 关节坐标 22 2.20 腕关节动作 23 2.21 不同坐标机器人的工作空间 24 2.22 驱动操作机 24 2.22.1 气动驱动 25 2.22.2 液压驱动 25 2.22.3 电力驱动 26 2.23 本章总结 27 2.24 关键术语 28 2.25 思考题 28 第3章 驱动系统 30 3.1 本章目标 30 3.2 液压系统 30 3.3 泵 33 3.4 气体力学 33 3.5 电机 34 3.6 直流电机 35 3.6.1 永磁电机 36 3.6.2 直流无刷电机 36 3.6.3 步进电机 37 3.7 交流电机 39 3.7.1 感应电机 39 3.7.2 鼠笼式电机 39 3.7.3 滑移 40 3.8 末端执行器 41 3.8.1 夹持器 41 3.8.2 真空夹持器 41 3.8.3 磁性夹持器 42 3.8.4 末端工具 42 3.9 定位 43 3.10 重复定位精度和精度 46 3.11 传动 46 3.11.1 齿轮 46 3.11.2 齿轮系 47 3.11.3 蜗杆蜗轮传动 48 3.11.4 滚珠丝杠 48 3.11.5 锥齿轮 48 3.11.6 调整齿轮 49 3.12 谐波传动 50 3.13 皮带 51 3.13.1 V带 51 3.13.2 同步带 52 3.13.3 平带 52 3.14 链传动 52 3.14.1 滚子链 52 3.14.2 珠链 52 3.15 本章总结 53 3.16 关键术语 54 3.17 思考题 54 第4章 传感器与感知 56 4.1 本章目标 56 4.2 机器人的传感器与感知 56 4.3 传感器的分类 57 4.3.1 非接触式传感器 57 4.3.2 自我保护 58 4.3.3 避免碰撞 59 4.4 接近传感器 59 4.5 距离传感器 60 4.6 触觉传感器 60 4.6.1 应变片 61 4.6.2 脉冲红外光电控制器 61 4.6.3 温度感知 64 4.7 位移感知 64 4.8 速度感知 65 4.9 转矩感知 66 4.10 视觉传感器 67 4.11 本章总结 68 4.12 关键术语 69 4.13 思考题 69 第5章 控制方法 71 5.1 本章目标 71 5.2 电力 71 5.2.1 单相电机 71 5.2.2 三相电机 74 5.3 伺服控制机器人 74 5.4 非伺服控制机器人 75 5.4.1 电动非伺服控制机器人 76 5.4.2 气动非伺服控制机器人 76 5.4.3 液压非伺服控制机器人 76 5.5 作动器 76 5.5.1 电动作动器 77 5.5.2 液压作动器 77 5.5.3 气动作动器 77 5.6 控制器 78 5.6.1 转鼓控制器 78 5.6.2 空气逻辑控制器 78 5.6.3 继电器逻辑控制器 78 5.6.4 可编程控制器 79 5.6.5 基于微处理器的控制器 81 5.6.6 小型机控制器 81 5.7 机器人编程 82 5.7.1 示教盒编程 82 5.7.2 引导式编程 83 5.7.3 计算机终端编程 83 5.8 本章总结 85 5.9 关键术语 86 5.10 思考题 86 第6章 机器人与计算机 88 6.1 本章目标 88 6.2 机器人-计算机接口 88 6.2.1 存储器 88 6.2.2 中央处理器 89 6.2.3 输入/输出 89 6.3 语言 89 6.4 软件 91 6.5 接口 91 6.6 ASCII代码 92 6.6.1 并行端口 92 6.6.2 串行端口 93 6.7 机器人与计算机的接口 93 6.8 程序控制 94 6.9 机器人的视觉 95 6.10 本章总结 98 6.11 关键术语 99 6.12 思考题 100 第7章 机器人的应用 101 7.1 本章目标 101 7.2 上料和下料 101 7.2.1 车道装载机 102 7.2.2 流水线传输 102 7.2.3 机床上料 103 7.3 物料搬运 104 7.3.1 压铸 104 7.3.2 码垛 106 7.3.3 线路跟踪 106 7.3.4 工艺流程 106 7.4 制造 107 7.5 装配 108 7.6 喷涂 109 7.7 焊接 110 7.8 检验和测试 110 7.9 未来的柔性自动化 111 7.10 未来的机器人 113 7.11 机器人的社会影响 113 7.12 新用途和新形式 113 7.13 本章总结 114 7.14 关键术语 114 7.15 思考题 115 第8章 各制造商的机器人产品及其特性 116 8.1 本章目标 116 8.2 机器人简史 116 8.3 本书所选的制造商及其机器人产品 117 8.4 Binks制造公司 118 8.5 Cincinnati Milacron股份有限公司 120 8.6 Comau制造系统公司和Comau S.p.A.公司 121 8.7 Cybotech公司 127 8.8 ESAB North America股份有限公司 128 8.9 Feedback股份有限公司 129 8.10 GCA公司/工业系统部门 130 8.11 IBM公司/制造系统产品部 131 8.12 International Robomation/Intelligence公司 133 8.13 Mack公司 134 8.14 Microbot股份有限公司 135 8.15 PRAB Robots股份有限公司 136 8.16 Schrader-Bellows 139 8.17 Seiko Instruments USA股份有限公司 142 8.18 Thermwood Robotics 143 8.19 Unimation股份有限公司，Westinghouse公司 144 8.20 Yaskawa America股份有限公司 146 8.21 各制造商的机器人规格表汇总 148 8.22 思考题 166 第9章 故障排除和设备维护 167 9.1 本章目标 167 9.2 故障排除和机器人技术人员 167 9.3 预防性维护 167 9.3.1 潮湿地区 167 9.3.2 意外电击的预防 168 9.3.3 接地故障插座 170 9.3.4 布线设备 170 9.4 小型电机的维护 171 9.5 电机问题 172 9.6 常见的电机故障及其原因 173 9.7 故障排除辅助工具 175 9.7.1 连接图 175 9.7.2 小型三相电机的额定数据 177 9.8 电源干扰 178 9.9 鼠笼式异步电机 180 9.10 单相电机中离心开关的测试 180 9.11 测试运行绕组和启动绕组之间的短路电路 181 9.12 电容测试 181 9.13 使用仪表检查问题 182 9.13.1 用伏安表解决电机故障 182 9.13.2 钳式伏安表 183 9.13.3 发现接地 183 9.13.4 发现开路 183 9.14 故障排除指南 184 9.15 电机寿命 189 9.16 性能特点 190 9.17 电机保护 191 9.18 直流电机的故障问题 192 9.19 固态设备故障排除 195 9.20 思考题 196 第10章 工业机器人的行业现状与未来展望 197 10.1 本章目标 197 10.2 UR机器人的历史 198 10.3 UR机器人的主要产品 198 10.4 Neocortex的详细介绍 199 10.5 全球机器人产业 200 10.6 先进的系统 201 10.7 机器人软件 201 10.8 思考题 201 附录A 控制器、示教盒和工业机器人 203 附录B 机器人技术员和工程师 206 附录C 机器人的交叉比较 208 思考题答案 226 ---------------------------8059530 - ROS机器人编程：原理与应用--------------------------- 译者序 前言 第一部分 ROS基础 / 1 第1章 概述：ROS工具和节点 / 2 1.1 ROS基础概念 / 2 1.2 编写ROS节点 / 5 1.2.1 创建ROS程序包 / 5 1.2.2 编写一个最小的ROS发布器 / 8 1.2.3 编译ROS节点 / 11 1.2.4 运行ROS节点 / 12 1.2.5 检查运行中的最小发布器节点 / 13 1.2.6 规划节点时间 / 15 1.2.7 编写一个最小ROS订阅器 / 17 1.2.8 编译和运行最小订阅器 / 19 1.2.9 总结最小订阅器和发布器节点 / 21 1.3 更多的ROS工具：catkin_simple、roslaunch、rqt_console和rosbag / 21 1.3.1 用catkin_simple简化CMakeLists.txt / 21 1.3.2 自动启动多个节点 / 23 1.3.3 在ROS控制台观察输出 / 25 1.3.4 使用rosbag记录并回放数据 / 26 1.4 最小仿真器和控制器示例 / 28 1.5 小结 / 32 第2章 消息、类和服务器 / 33 2.1 定义自定义消息 / 33 2.1.1 定义一条自定义消息 / 34 2.1.2 定义一条变长的消息 / 38 2.2 ROS服务介绍 / 43 2.2.1 服务消息 / 43 2.2.2 ROS服务节点 / 45 2.2.3 与ROS服务手动交互 / 47 2.2.4 ROS服务客户端示例 / 48 2.2.5 运行服务和客户端示例 / 50 2.3 在ROS中使用C++类 / 51 2.4 在ROS中创建库模块 / 56 2.5 动作服务器和动作客户端介绍 / 61 2.5.1 创建动作服务器包 / 62 2.5.2 定义自定义动作服务器消息 / 62 2.5.3 设计动作客户端 / 68 2.5.4 运行示例代码 / 71 2.6 参数服务器介绍 / 80 2.7 小结 / 84 第二部分 ROS中的仿真和可视化 / 85 第3章 ROS中的仿真 / 86 3.1 简单的2维机器人仿真器 / 86 3.2 动力学仿真建模 / 93 3.3 统一的机器人描述格式 / 95 3.3.1 运动学模型 / 95 3.3.2 视觉模型 / 98 3.3.3 动力学模型 / 99 3.3.4 碰撞模型 / 102 3.4 Gazebo介绍 / 104 3.5 最小关节控制器 / 112 3.6 使用Gazebo插件进行关节伺服控制 / 118 3.7 构建移动机器人模型 / 124 3.8 仿真移动机器人模型 / 132 3.9 组合机器人模型 / 136 3.10 小结 / 139 第4章 ROS中的坐标变换 / 141 4.1 ROS中的坐标变换简介 / 141 4.2 转换侦听器 / 149 4.3 使用Eigen库 / 156 4.4 转换ROS数据类型 / 161 4.5 小结 / 163 第5章 ROS中的感知与可视化 / 164 5.1 rviz中的标记物和交互式标记物 / 168 5.1.1 rviz中的标记物 / 168 5.1.2 三轴显示示例 / 172 5.1.3 rviz中的交互式标记物 / 176 5.2 在rviz中显示传感器值 / 183 5.2.1 仿真和显示激光雷达 / 183 5.2.2 仿真和显示彩色相机数据 / 189 5.2.3 仿真和显示深度相机数据 / 193 5.2.4 rviz中点的选择 / 198 5.3 小结 / 201 第三部分 ROS中的感知处理 / 203 第6章 在ROS中使用相机 / 204 6.1 相机坐标系下的投影变换 / 204 6.2 内置相机标定 / 206 6.3 标定立体相机内参 / 211 6.4 在ROS中使用OpenCV / 217 6.4.1 OpenCV示例：寻找彩色像素 / 218 6.4.2 OpenCV示例：查找边缘 / 223 6.5 小结 / 224 第7章 深度图像与点云信息 / 225 7.1 从扫描LIDAR中获取深度信息 / 225 7.2 立体相机的深度信息 / 230 7.3 深度相机 / 236 7.4 小结 / 237 第8章 点云数据处理 / 238 8.1 简单的点云显示节点 / 238 8.2 从磁盘加载和显示点云图像 / 244 8.3 将发布的点云图像保存到磁盘 / 246 8.4 用PCL方法解释点云图像 / 248 8.5 物体查找器 / 257 8.6 小结 / 261 第四部分 ROS中的移动机器人 / 263 第9章 移动机器人的运动控制 / 264 9.1 生成期望状态 / 264 9.1.1 从路径到轨迹 / 264 9.1.2 轨迹构建器库 / 268 9.1.3 开环控制 / 273 9.1.4 发布期望状态 / 274 9.2 机器人状态估计 / 282 9.2.1 从Gazebo获得模型状态 / 282 9.2.2 里程计 / 286 9.2.3 混合里程计、GPS和惯性传感器 / 292 9.2.4 混合里程计和LIDAR / 297 9.3 差分驱动转向算法 / 302 9.3.1 机器人运动模型 / 303 9.3.2 线性机器人的线性转向 / 304 9.3.3 非线性机器人的线性转向 / 306 9.3.4 非线性机器人的非线性转向 / 308 9.3.5 仿真非线性转向算法 / 309 9.4 相对于地图坐标系的转向 / 312 9.5 小结 / 317 第10章 移动机器人导航 / 318 10.1 构建地图 / 318 10.2 路径规划 / 323 10.3 move_base客户端示例 / 328 10.4 修改导航栈 / 331 10.5 小结 / 335 第五部分 ROS中的机械臂 / 337 第11章 底层控制 / 338 11.1 单自由度移动关节机器人模型 / 338 11.2 位置控制器示例 / 339 11.3 速度控制器示例 / 342 11.4 力控制器示例 / 344 11.5 机械臂的轨迹消息 / 349 11.6 7自由度臂的轨迹插值动作服务器 / 353 11.7 小结 / 354 第12章 机械臂运动学 / 355 12.1 正向运动学 / 356 12.2 逆向运动学 / 360 12.3 小结 / 365 第13章 手臂运动规划 / 366 13.1 笛卡儿运动规划 / 367 13.2 关节空间规划的动态规划 / 368 13.3 笛卡儿运动动作服务器 / 372 13.4 小结 / 376 第14章 Baxter仿真器进行手臂控制 / 377 14.1 运行Baxter仿真器 / 377 14.2 Baxter关节和主题 / 379 14.3 Baxter夹具 / 382 14.4 头盘控制 / 385 14.5 指挥Baxter关节 / 387 14.6 使用ROS关节轨迹控制器 / 390 14.7 关节空间记录和回放节点 / 391 14.8 Baxter运动学 / 397 14.9 Baxter笛卡儿运动 / 399 14.10 小结 / 404 第15章 object-grabber包 / 405 15.1 object-grabber代码组织 / 405 15.2 对象操作查询服务 / 407 15.3 通用夹具服务 / 410 15.4 object-grabber动作服务器 / 412 15.5 object-grabber动作客户端示例 / 415 15.6 小结 / 425 第六部分 系统集成与高级控制 / 427 第16章 基于感知的操作 / 428 16.1 外部相机标定 / 428 16.2 综合感知和操作 / 431 16.3 小结 / 440 第17章 移动操作 / 441 17.1 移动机械手模型 / 441 17.2 移动操作 / 442 17.3 小结 / 446 第18章 总结 / 447 参考文献 / 449 ---------------------------7642244 - 移动机器人原理与设计[图书]--------------------------- 译者序 前言 第1章三维建模 11旋转矩阵 111定义 112旋转向量 113伴随矩阵 114坐标系变换 12欧拉角 121定义 122欧拉矩阵的导数 123欧拉矩阵的旋转向量 13刚性机器人的运动学模型 14习题 15参考答案 第2章反馈线性化 21控制积分链 211比例微分控制器 212比例积分微分控制器 22引例 23方法的原理 231原理 232相对次数 233微分延迟矩阵 234奇异点 24二轮车 241一阶模型 242二阶模型 25控制三轮车 251速度和转向控制 252位置控制 253选择另一个输出 26帆船 261极坐标曲线 262微分延迟 263反馈线性化的方法 264极坐标曲线控制 27运动学模型和动力学模型 271原理 272倒立摆系统 273伺服电机 28习题 29参考答案 第3章无模型控制 31无人车的无模型控制 311方向和速度的比例控制器 312方向的比例微分控制器 32雪橇车 321模型 322正弦驱动控制 323最大推力控制 324快速动态特性的简化 33帆船 331问题 332控制器 333导航 334实验 34习题 35参考答案 第4章导引 41球面上的导引 42路径规划 421简单示例 422贝塞尔多项式 43维诺图 44人工势场法 45习题 46参考答案 第5章实时定位 51传感器 52测角定位 521问题描述 522内接角 523平面机器人的静态三角测量 524动态三角测量 53多点定位 54习题 55参考答案 第6章辨识 61二次型函数 611定义 612二次型的导数 613二次型函数的特征值 614二次型函数的最小化 62最小二乘法 621线性情形 622非线性情形 63习题 64参考答案 第7章卡尔曼滤波器 71协方差矩阵 711定义和解释 712性质 713置信椭圆 714生成高斯随机向量 72无偏正交估计 73线性估计的应用 74卡尔曼滤波器 75卡尔曼平滑器 76习题 77参考答案 参考文献 索引 ---------------------------7390735 - 机器人学导论（原书第4版）--------------------------- 译者序 前言 第1章概述 1.1背景 1.2操作臂的力学与控制 1.3符号 参考文献 习题 编程练习 MATLAB练习 第2章空间描述和变换 2.1引言 2.2描述：位置、姿态与位姿 2.3映射：从一个坐标系到另一坐标系的变换 2.4算子：平移、旋转和变换 2.5总结和说明 2.6变换的计算 2.7变换方程 2.8其他姿态描述 2.9自由矢量的变换 2.10计算问题 参考文献 习题 编程练习 MATLAB练习 第3章操作臂运动学 3.1引言 3.2连杆的描述 3.3连杆连接的描述 3.4连杆坐标系的定义 3.5操作臂运动学 3.6驱动器空间、关节空间和笛卡儿空间 3.7实例：两种工业机器人的运动学问题 3.8坐标系的标准命名 3.9工具的位置 3.10计算问题 参考文献 习题 编程练习 MATLAB练习 第4章操作臂逆运动学 4.1引言 4.2解的存在性 4.3当n<6时操作臂子空间的描述 4.4代数解法和几何解法 4.5简化成多项式的代数解法 4.6三轴相交的Pieper解法 4.7操作臂逆运动学实例 4.8标准坐标系 4.9操作臂求解 4.10重复精度和精度 4.11计算问题 参考文献 习题 编程练习 MATLAB练习 第5章雅可比：速度和静力 5.1引言 5.2时变位置和姿态的符号表示 5.3刚体的线速度和角速度 5.4对角速度的进一步研究 5.5机器人连杆的运动 5.6连杆之间的速度“传递” 5.7雅可比 5.8奇异性 5.9操作臂的静力 5.10力域中的雅可比 5.11速度和静力的笛卡儿变换 参考文献 习题 编程练习 MATLAB练习 第6章操作臂动力学 6.1引言 6.2刚体的加速度 6.3质量分布 6.4牛顿方程和欧拉方程 6.5牛顿欧拉递推动力学方程 6.6迭代形式与封闭形式 6.7封闭形式的动力学方程应用举例 6.8操作臂动力学方程的结构 6.9操作臂动力学的拉格朗日方程 6.10笛卡儿空间中的操作臂动力学 6.11考虑非刚体影响 6.12动力学仿真 6.13计算问题 参考文献 习题 编程练习 MATLAB练习 第7章轨迹生成 7.1引言 7.2关于路径描述和路径生成的综述 7.3关节空间的规划方法 7.4笛卡儿空间规划方法 7.5笛卡儿路径的几何问题 7.6路径的实时生成 7.7使用机器人编程语言描述路径 7.8使用动力学模型的路径规划 7.9无碰撞路径规划 参考文献 习题 编程练习 MATLAB练习 第8章操作臂的机构设计 8.1引言 8.2基于任务需求的设计 8.3运动学构型 8.4工作空间属性的定量方法 8.5冗余结构与闭链结构 8.6驱动方案 8.7刚度与变形 8.8位置检测 8.9光学编码器 8.10力传感 参考文献 习题 编程练习 MATLAB练习 第9章操作臂的线性控制 9.1引言 9.2反馈与闭环控制 9.3二阶线性系统 9.4二阶系统的控制 9.5控制规律的分解 9.6轨迹跟踪控制 9.7抑制干扰 9.8连续控制与离散时间控制 9.9单关节的建模和控制 9.10工业机器人控制器的结构 参考文献 习题 编程练习 MATLAB练习 第10章操作臂的非线性控制 10.1引言 10.2非线性系统和时变系统 10.3多输入多输出控制系统 10.4操作臂的控制问题 10.5实际问题 10.6当前工业机器人控制系统 10.7李雅普诺夫稳定性分析 10.8基于笛卡儿坐标的控制系统 10.9自适应控制 参考文献 习题 编程练习 第11章操作臂的力控制 11.1引言 11.2工业机器人在装配作业中的应用 11.3部分约束任务中的控制坐标系 11.4力/位混合控制问题 11.5质量弹簧系统的力控制 11.6力/位混合控制方法 11.7当前工业机器人控制方法 参考文献 习题 编程练习 第12章机器人编程语言及编程系统 12.1引言 12.2可编程机器人的三个发展水平 12.3应用实例 12.4机器人编程语言的必要条件 12.5机器人编程语言的特殊问题 参考文献 习题 编程练习 第13章离线编程系统 13.1引言 13.2离线编程系统的要点 13.3PILOT仿真器 13.4离线编程系统的自动子任务 参考文献 习题 编程练习 附录A三角恒等式 附录B24种转角排列设定法 附录C逆运动学公式 部分习题答案 索引 ---------------------------7113325 - 机器人操作中的力学原理--------------------------- 译者序 前言 第1章 操作 1 1.1 实例1：人工操作 1 1.2 实例2：一种自动装配系统 3 1.3 操作中亟待解决的问题 4 1.4 操作技术的分类 6 1.5 文献注释 7 习题 8 第2章 运动学 9 2.1 基础知识 9 2.2 平面运动学 12 2.3 球面运动学 16 2.4 空间运动学 18 2.5 运动学约束 20 2.5.1 非完整约束 23 2.5.2 根据速度中心对平面约束 进行分析 27 2.6 运动机构 29 2.7 文献注释 31 习题 31 第3章 运动学表示 34 3.1 空间旋转的表示 34 3.1.1 轴线–角度 35 3.1.2 旋转矩阵 36 3.1.3 欧拉角 40 3.1.4 四元数 42 3.2 空间位移的表示 49 3.2.1 齐次坐标 50 3.2.2 旋量坐标 51 3.3 运动学约束 58 3.4 文献注释 61 习题 61 第4章 运动学操作 65 4.1 路径规划 65 4.1.1 实际中的抓取和放置 66 4.1.2 位形空间变换 67 4.1.3 路径规划——离散C空间内的启发式搜索 70 4.2 非完整系统的路径规划 71 4.3 接触的运动学模型 72 4.4 文献注释 74 习题 74 第5章 刚体静力学 78 5.1 刚体上的作用力 78 5.2 多面体凸锥 83 5.3 接触力旋量与力旋量锥 85 5.4 速度旋量空间中的锥 87 5.5 有向平面 88 5.6 瞬心和Reuleaux方法 91 5.7 力线和力矩标记 92 5.8 对偶力 94 5.9 总结 97 5.10 文献注释 97 习题 98 第6章 摩擦 101 6.1 库仑定律 101 6.2 单自由度问题 103 6.3 平面内的单点接触问题 105 6.4 摩擦锥的图形表示 106 6.5 静平衡问题 106 6.6 平面滑动 108 6.6.1 平面滑动的力和力矩 109 6.6.2 极限曲面 111 6.7 文献注释 115 习题 115 第7章 准静态操作 118 7.1 抓取和夹具固持 118 7.2 推 121 7.3 稳定的推进 125 7.3.1 Peshkin界限 127 7.3.2 “平分线”界限 128 7.3.3 “竖直带”界限 128 7.3.4 计算稳定的推进动作 129 7.3.5 规划稳定的推进轨迹 131 7.4 零件定向 132 7.4.1 半径函数和推函数 133 7.4.2 旋转对称：定向到对称 135 7.4.3 不确定性的建模 135 7.4.4 规划算法 136 7.5 装配 138 7.6 文献注释 142 习题 143 第8章 动力学 148 8.1 牛顿定律 148 8.2 三维空间中的一个质点 149 8.3 力矩和动量矩/角动量 150 8.4 质点系的动力学 151 8.5 刚体动力学 153 8.6 角惯量矩阵 156 8.7 自由旋转体的运动 161 8.8 平面内的单点接触问题 163 8.8.1 摩擦的不一致性 165 8.8.2 摩擦的不确定性 167 8.9 平面动力学的图形方法 168 8.10 平面内的多点接触问题 170 8.11 文献注释 172 习题 172 第9章 碰撞 174 9.1 质点碰撞 174 9.1.1 摩擦：一个不好的模型 176 9.1.2 一个更好的模型 177 9.2 刚体碰撞 179 9.3 文献注释 184 习题 184 第10章 动态操作 185 10.1 准动态操作 185 10.2 短暂动态操作 188 10.3 完全动态操作 189 10.4 文献注释 191 习题 193 附录 无限远点 194 参考文献 197 索引 201 ---------------------------6019641 - 机器人自动化：建模、仿真与控制--------------------------- 译者序 前言 第1章建模 1.1线性系统 1.2机械系统 1.3伺服电动机 1.4习题 1.5习题解答 第2章仿真 2.1向量场的概念 2.2图形表示 2.2.1模式 2.2.2旋转矩阵 2.2.3齐次坐标 2.3仿真 2.3.1欧拉法 2.3.2龙格库塔法 2.3.3泰勒法 2.4习题 2.5习题解答 第3章线性系统 3.1稳定性 3.2拉普拉斯变换 3.2.1拉普拉斯变量 3.2.2传递函数 3.2.3拉普拉斯变换 3.2.4输入输出关系 3.3状态方程与传递函数的关系 3.4习题 3.5习题解答 第4章线性控制 4.1能控性和能观性 4.2状态反馈控制 4.3输出反馈控制 4.4小结 4.5习题 4.6习题解答 第5章线性化控制 5.1线性化 5.1.1函数的线性化 5.1.2动态系统的线性化 5.1.3工作点附近的线性化 5.2非线性系统的稳定性 5.3习题 5.4习题解答 术语表 参考文献 ---------------------------5894194 - 机器人与数字人：基于MATLAB的建模与控制--------------------------- 译者序 前言 第1章机器人和数字人建模概述1 1.1机器人的发展历程: 过去、现在和未来1 1.2数字人建模：历史、成就和新挑战5 1.3借助机器人分析方法进行数字人建模7 参考文献8 第2章数学基础10 2.1向量、坐标变换和空间描述10 2.2李群和李代数13 2.3指数映射和k过程15 2.4对偶数、对偶向量及代数形式19 2.4.1对偶环微积分21 2.4.2对偶向量和对偶矩阵23 2.4.3单位旋量和特殊正交对偶矩阵25 2.5外代数简介27 习题29 参考文献31 第3章刚体运动的表示32 3.1平移和旋转32 3.2线速度和角速度38 3.3位置和方向的统一表示42 3.4切空间和雅可比矩阵变换48 习题52 参考文献54 第4章机器人运动学和静力学55 4.1DH法55 4.2刚体运动的齐次变换57 4.3运动学反解62 4.4雅可比矩阵和微分运动68 4.5对偶变换73 4.6机器人静力学77 4.7计算机仿真实践85 4.7.1斯坦福机器人运动85 4.7.2工业机器人模型及其运动86 习题87 参考文献90 第5章冗余机器人和混联机器人系统91 5.1广义逆矩阵91 5.2冗余机器人93 5.3混联机器人系统105 5.4并联机构的运动学建模110 5.4.1Stewart平台110 5.4.2雅可比方程和对偶原理117 5.4.33＋3自由度混联机器人手臂建模和分析124 5.5计算机仿真实践132 习题134 参考文献136 第6章机器人手臂数字样机和3D动画138 6.1MATLAB中的基本曲面绘制和数据结构138 6.2机器人手臂的数字化建模和装配145 6.3运动规划和3D动画149 习题152 参考文献153 第7章机器人动力学：建模和方程154 7.1机器人动力学的几何解释154 7.2牛顿欧拉算法157 7.3拉格朗日方程162 7.4惯性矩阵的确定163 7.5位形流形和等距嵌入171 7.5.1度量分解和流形嵌入172 7.5.2位形流形的等距嵌入178 7.5.3组合等距嵌入和结构矩阵180 7.5.4最小等距嵌入和等距化181 7.6简洁动力学方程191 习题193 参考文献193 第8章机器人系统控制196 8.1路径规划和轨迹跟踪196 8.2独立关节伺服控制199 8.3输入/输出映射和系统可逆性203 8.3.1输入/输出映射和相对度的概念203 8.3.2系统的可逆性及应用207 8.4精确线性化和可线性化理论208 8.4.1对合性和完全可积性209 8.4.2输入状态线性化过程210 8.4.3输入/输出线性化过程213 8.4.4输入/输出通道的动态扩展217 8.4.5线性子系统和内部动态220 8.4.6零动态和最小相位系统222 8.5机器人系统动态控制232 8.5.1李雅普诺夫稳定性理论233 8.5.2设定点稳定性和轨迹跟踪控制策略237 8.6多级联系统反推控制器设计239 8.6.1李雅普诺夫直接法控制器设计239 8.6.2反推递推法控制器设计242 8.7机器人自适应控制系统248 8.8计算机仿真实践260 8.8.13关节类斯坦福机器人手臂动力学建模和控制260 8.8.2欠驱动机器人系统建模和控制261 8.8.3并联机器人动力学建模和控制262 习题263 参考文献266 第9章数字人建模：运动学和静力学268 9.1局部与全局运动学模型和运动类型268 9.2五点模型的局部和全局雅可比矩阵280 9.3运动范围和力的范围284 9.3.1人体结构体系基本概念284 9.3.2人体运动系统概述285 9.3.3运动范围和关节舒适区287 9.3.4关节力的范围289 9.4数字人静力学293 9.4.1关节力矩分布和平衡法则293 9.4.2由重力产生的关节力矩分布300 9.5姿态优化准则304 9.5.1关节舒适准则305 9.5.2对接关节力矩分布准则305 9.5.3最小做功的目标312 习题312 参考文献313 第10章数字人建模：三维实体模型和运动生成315 10.1利用MATLAB建立人体模型315 10.2手部模型和数字传感325 10.3运动规划和定量描述334 10.4人体基本运动分析：行走、奔跑和跳跃342 10.5数字人现实运动生成344 习题358 参考文献358 第11章数字人建模：动力学和交互式控制360 11.1动力学模型、算法及实现360 11.2δ力激励和步态动力学364 11.3模拟汽车碰撞中的数字人动力学运动366 11.4简易爆炸装置中的人体模型动力学建模和分析372 11.5车辆主动系统的动态交互式控制376 11.5.1车辆主动约束系统建模和控制377 11.5.2主动悬挂系统模型和人机交互控制383 11.6数字人建模展望384 习题386 参考文献386 索引388 ---------------------------5894198 - 机器人操作系统ROS原理与应用[按需印刷]--------------------------- 前言 第1章 智能机器人及其发展概述 1 1.1 智能机器人概念及其特点 1 1.1.1 智能机器人概念 1 1.1.2 智能机器人的发展 2 1.1.3 智能机器人的特点 3 1.2 智能机器人的组成 3 1.2.1 智能机器人的硬件组成 3 1.2.2 智能机器人的软件系统 7 1.3 智能机器人的分类 10 1.3.1 服务智能机器人 11 1.3.2 工业智能机器人 14 第2章 ROS体系架构 18 2.1 ROS框架 18 2.1.1 ROS简介 18 2.1.2 ROS整体架构分析 20 2.1.3 名称系统 27 2.2 ROS 2.0框架 28 2.2.1 ROS 2.0简介 28 2.2.2 ROS与ROS 2.0之间的主要区别 29 2.3 本章小结 31 第3章 ROS通信机制 32 3.1 ROS通信机制概述 32 3.1.1 ROS通信机制概念 32 3.1.2 ROS通信机制的基本要素 32 3.1.3 ROS通信机制的分类 33 3.2 基于主题的异步数据流通信 33 3.2.1 简介 33 3.2.2 异步数据流的实现基础 34 3.2.3 异步数据流的实现过程 42 3.2.4 回调函数处理 47 3.3 基于服务的同步RPC通信 50 3.3.1 简介 50 3.3.2 同步RPC通信的实现过程 51 3.4 基于参数服务器的数据传递 55 3.4.1 简介 55 3.4.2 具体实现过程 57 3.5 本章小结 58 第4章 ROS坐标变换体系及其实现 60 4.1 机器人运动学基本原理 60 4.1.1 空间坐标系的描述和转换 60 4.1.2 机器人的正运动学 65 4.2 ROS tf 69 4.3 tf原理分析 70 4.3.1 相关数据结构 70 4.3.2 tf关键模块的实现 80 4.4 特定机器人的ROS tf应用实例 85 4.4.1 tf外部接口 85 4.4.2 ROS tf在UR5上的应用 85 4.5 本章小结 87 第5章 ROS任务调度与有限状态机实现 88 5.1 ROS 任务调度接口设计 88 5.1.1 action的设计与编译 88 5.1.2 基于主题的ActionClient与ActionServer的交互设计 89 5.1.3 ActionClient与ActionServer的交互过程 90 5.1.4 action状态变换 91 5.1.5 actionlib的任务调度策略 93 5.1.6 actionlib接口的具体实现 95 5.2 ROS有限状态机的SMACH 98 5.2.1 有限状态机的基本原理 98 5.2.2 SMACH概述 100 5.2.3 SMACH状态描述 102 5.2.4 SMACH容器设计与实现 107 5.2.5 SMACH主要处理构件分析 111 5.2.6 状态机的具体实现 113 5.3 本章小结 115 第6章 ROS运动规划及其实现 116 6.1 智能机器人运动控制概述 116 6.2 ROS MoveIt包介绍 117 6.2.1 用户接口 117 6.2.2 ROS MoveIt参数配置 118 6.2.3 ROS MoveIt机器人接口 119 6.2.4 ROS MoveIt运动规划实现 120 6.3 运动规划库 121 6.3.1 运动规划库概述 121 6.3.2 MoveIt运动规划 编程用例 122 6.3.3 规划接口定义 123 6.3.4 OMPL接口分析 124 6.4 RRT算法 125 6.4.1 基本RRT算法描述 125 6.4.2 RRT算法的性能分析 127 6.4.3 RRT算法的几种优化 128 6.4.4 CRRT算法 129 6.5 本章小结 130 第7章 基于ROS的智能机器人系统开发方法 131 7.1 ROS实时化 131 7.1.1 混合实时ROS体系结构RGMP-ROS 131 7.1.2 案例分析 133 7.1.3 结合OROCOS的实时性实现 135 7.2 遗产代码的ROS集成 136 7.2.1 ROSlink简介 136 7.2.2 ROSlink实现概述 137 7.2.3 ROSlink设计原理 138 7.3 机器人任务级编程 141 7.3.1 简介 142 7.3.2 功能可见性模板示例 142 7.3.3 实现架构 143 7.3.4 Rviz用户界面 144 7.4 本章小结 146 第8章 基于ROS的服务智能机器人设计 147 8.1 服务智能机器人的基本情况 147 8.1.1 服务智能机器人的现状及分类 147 8.1.2 服务智能机器人的关键技术 148 8.2 ROS导航功能包集介绍 149 8.2.1 概述 149 8.2.2 实现过程 151 8.3 基于ROS的服务智能机器人设计案例 153 8.3.1 先锋3DX机器人——利用ROS实现建图、定位和自主导航 153 8.3.2 基于ROS的足球机器人设计（以NAO机器人为例） 157 8.3.3 基于ROS的多机器人协作AAL体系架构 159 8.3.4 基于ROS的助老服务机器人设计 162 8.4 本章小结 167 第9章 基于ROS的工业智能机器人设计 168 9.1 工业智能机器人及其软件开发挑战 168 9.1.1 工业智能机器人 168 9.1.2 工业智能机器人软件开发挑战 168 9.2 ROS-Industrial 169 9.2.1 ROS-Industrial简介 169 9.2.2 ROS-Industrial项目 169 9.3 基于ROS-Industrial的工业智能机器人开发实例 177 9.3.1 基于ROS-Industrial的智能喷涂机器人设计 177 9.3.2 工业机械臂Descartes运动规划 179 9.3.3 特定工业机器人MotoPlus-ROS增量运动实现 181 9.4 本章小结 188 第10章 智能机器人软件平台及其未来发展 189 10.1 其他智能机器人软件平台 189 10.1.1 微软机器人软件平台 189 10.1.2 ABB智能机器人软件平台 190 10.1.3 服务机器人软件体系框架SAFSR 193 10.2 智能机器人软件未来的发展方向 194 10.2.1 多传感器信息融合 194 10.2.2 人机协作 195 10.2.3 人工智能深化应用 196 10.2.4 多机器人协作 197 10.3 云机器人软件平台 198 10.3.1 云机器人发展背景 198 10.3.2 云机器人系统结构与计算模型 199 10.3.3 Rapyuta机器人云平台 202 10.3.4 云机器人面临的挑战 206 参考文献 207 ---------------------------4992320 - 机器人系统实施：制造业中的机器人、自动化和系统集成--------------------------- 译者序 致谢 作者简介 第1章简介1 1.1本书范围2 1.2自动化引论3 1.3机器人演变4 1.4机器人应用的发展9 1.4.1汽车工业9 1.4.2汽车零部件11 1.4.3其他领域12 1.4.4未来的增长点12 1.5机器人与就业13 第2章工业机器人15 2.1机器人的结构16 2.1.1关节臂型17 2.1.2SCARA型19 2.1.3直角坐标型20 2.1.4并联型21 2.1.5圆柱坐标型21 2.2机器人的性能22 2.3机器人的选型24 2.4机器人的好处25 2.4.1对系统集成商的好处26 2.4.2对终端用户的好处27 第3章自动化系统组件30 3.1搬运设备31 3.1.1输送机31 3.1.2离散输送车32 3.1.3工件喂料设备32 3.2视觉系统35 3.3工艺设备37 3.3.1焊接37 3.3.2喷涂41 3.3.3粘接和密封41 3.3.4切削和材料去除42 3.4抓手和工具转换器43 3.5工装与夹具45 3.6装配自动化组件47 3.7系统控制48 3.8安全与防护50 3.9小结52 第4章典型应用54 4.1焊接54 4.1.1弧焊54 4.1.2点焊56 4.1.3激光焊接57 4.2调配58 4.2.1喷涂58 4.2.2涂胶和密封60 4.3加工61 4.3.1机械切割61 4.3.2水切割61 4.3.3激光切割63 4.3.4磨削与去毛刺63 4.3.5抛光64 4.4搬运与机床上下料65 4.4.1铸造65 4.4.2注塑66 4.4.3冲压与锻造67 4.4.4机床上下料68 4.4.5测量、检验与测试70 4.4.6码垛71 4.4.7包装与拣选72 4.5装配73 第5章机器人方案设计75 5.1确定应用参数75 5.2初步方案设计77 5.2.1弧焊77 5.2.2机床上下料81 5.2.3码垛82 5.2.4包装84 5.2.5装配87 5.2.6其他应用88 5.3控制与安全89 5.4测试与仿真90 5.5方案细化92 第6章说明书的准备95 6.1说明书的功能要素96 6.1.1概述96 6.1.2自动化方案96 6.1.3需求96 6.2供货范围97 6.2.1需方提供98 6.2.2安全98 6.2.3周边配套服务98 6.2.4项目管理98 6.2.5设计98 6.2.6制造和装配99 6.2.7出厂测试99 6.2.8运输99 6.2.9安装和调试100 6.2.10最终测试和验收100 6.2.11守护人员101 6.2.12培训101 6.2.13文档101 6.2.14保修102 6.2.15其他条款102 6.3验收标准102 6.4附信103 6.5小结103 第7章经济性评价105 7.1机器人的好处106 7.1.1减少操作成本106 7.1.2提高产品质量和一致性107 7.1.3提高员工的工作质量107 7.1.4提高生产量107 7.1.5提高产品制造的柔性107 7.1.6减少原料浪费并增产108 7.1.7遵守安全规则，提高工作场所的卫生和安全程度108 7.1.8减少劳动力流动和招聘工人的困难108 7.1.9减少资金成本108 7.1.10为高价值的制造业节省空间109 7.2快速经济分析109 7.2.1计算应该多保守110 7.2.2什么是技术风险110 7.2.3方案是否具有柔性110 7.2.4谁是投资的驱动者110 7.2.5解决方案过时了吗110 7.2.6竞争能力111 7.2.7公司对自动化的态度111 7.2.8项目实施还是不实施111 7.3明确成本节省111 7.3.1质量成本节省112 7.3.2减少劳动力周转和旷工113 7.3.3卫生和安全113 7.3.4占地面积节省113 7.3.5其他节省113 7.4经济性评价113 7.5合理预算115 第8章成功实施116 8.1项目计划116 8.2供应商的选择118 8.3系统的构建和验收121 8.4安装和调试122 8.5操作和维护123 8.6员工和供应商的参与124 8.6.1供应商125 8.6.2生产人员125 8.6.3维护人员126 8.7避免问题126 8.7.1项目方案127 8.7.2项目启动127 8.7.3系统设计和制造129 8.7.4实施129 8.7.5操作129 8.8小结130 第9章结论132 9.1自动化战略134 9.2展望136 参考文献138 缩写词139 参考网站140 附录A询价信141 附录B用户需求说明书143 索引155 ---------------------------4972222 - 机器人建模和控制--------------------------- 译者序 前言 第1章导论1 1.1机器人的数学模型2 1.1.1机器人的符号表示2 1.1.2位形空间3 1.1.3状态空间3 1.1.4工作空间3 1.2机器人作为一种机械装置4 1.2.1机器人机械臂的分类4 1.2.2机器人系统5 1.2.3精度和重复精度5 1.2.4手腕和末端执行器6 1.3常见的运动学配置7 1.3.1关节型机械臂(RRR)7 1.3.2球坐标机械臂(RRP)7 1.3.3SCARA型机械臂(RRP)8 1.3.4圆柱型机械臂(RPP)8 1.3.5笛卡儿型机械臂(PPP)9 1.3.6并联机械臂9 1.4本书概要10 习题14 附注与参考15 第2章刚性运动和齐次变换18 2.1位置的表示方法18 2.2旋转的表示方法19 2.2.1平面内的旋转19 2.2.2三维空间内的旋转21 2.3旋转变换22 2.3.1相似变换24 2.4旋转的叠加25 2.4.1相对于当前坐标系的旋转25 2.4.2相对于固定坐标系的旋转26 2.4.3旋转变换的叠加定律26 2.5旋转的参数化27 2.5.1欧拉角27 2.5.2滚动角、俯仰角和偏航角29 2.5.3转轴/角度表示29 2.6刚性运动31 2.7齐次变换32 2.8本章总结33 习题34 附注与参考37 第3章正运动学和逆运动学38 3.1运动链38 3.2DenavitHartenberg约定39 3.2.1存在和唯一性问题40 3.2.2坐标系的配置42 3.2.3实例43 3.3逆运动学49 3.3.1一般的逆运动学问题49 3.3.2运动解耦50 3.3.3逆向位置：一种几何方法51 3.3.4关节型位形52 3.3.5球坐标型位形54 3.3.6逆向姿态55 3.4本章总结57 习题58 附注与参考60 第4章速度运动学——雅可比矩阵61 4.1角速度：固定转轴情形61 4.2反对称矩阵62 4.2.1反对称矩阵的性质63 4.2.2旋转矩阵的导数63 4.3角速度：一般情况64 4.4角速度求和65 4.5移动坐标系上点的线速度66 4.6雅可比矩阵的推导67 4.6.1角速度67 4.6.2线速度68 4.6.3线速度和角速度雅可比矩阵的叠加69 4.7工具速度71 4.8分析雅可比矩阵72 4.9奇点73 4.9.1奇点解耦74 4.9.2手腕奇点75 4.9.3手臂奇点75 4.10静态力/力矩关系77 4.11逆速度和加速度78 4.12可操作性79 4.13本章总结81 习题82 附注与参考84 第5章路径和轨迹规划85 5.1位形空间85 5.2基于势场的路径规划88 5.2.1引力场88 5.2.2斥力场90 5.2.3将工作空间力映射到关节力矩91 5.2.4梯度下降规划93 5.3逃离局部最小值94 5.4概率路线图方法95 5.4.1位形空间内的采样96 5.4.2连接位形对96 5.4.3增强97 5.4.4路径光滑化97 5.5轨迹规划97 5.5.1点到点运动的轨迹98 5.5.2通过中间点确定的轨迹103 5.6本章总结105 习题106 附注与参考106 第6章独立关节控制108 6.1驱动器的动力学109 6.2独立关节模型110 6.3设定点跟踪111 6.3.1比例微分补偿控制器111 6.3.2比例积分微分补偿控制器113 6.3.3饱和与柔性的影响114 6.4前馈控制115 6.5传动系统的动力学116 6.6状态空间设计119 6.6.1状态反馈控制120 6.6.2观测器121 6.7本章总结123 习题124 附注与参考126 第7章动力学127 7.1欧拉拉格朗日方程127 7.1.1动机127 7.1.2完整约束和虚功129 7.1.3达朗贝尔原理131 7.2动能和势能133 7.2.1惯性张量133 7.2.2n连杆机器人的动能134 7.2.3n连杆机器人的势能135 7.3运动方程135 7.4一些常见位形136 7.5机器人动力学方程的性质142 7.5.1反对称性和无源性143 7.5.2惯性矩阵的界限144 7.5.3参数的线性化144 7.6牛顿欧拉方法145 7.6.1重温平面肘型机械臂149 7.7本章总结151 习题153 附注与参考154 第8章多变量控制155 8.1重温PD控制155 8.1.1关节柔性的影响157 8.2逆动力学158 8.2.1关节空间内的逆动力学158 8.2.2任务空间内的逆动力学160 8.3鲁棒和自适应运动控制161 8.3.1鲁棒逆运动学161 8.3.2自适应逆运动学164 8.4基于无源性的运动控制165 8.4.1基于无源性的鲁棒控制166 8.4.2基于无源性的自适应控制167 8.5本章总结168 习题171 附注与参考171 第9章力控制173 9.1坐标系和约束173 9.1.1对偶基174 9.1.2自然约束和人工约束175 9.2网络模型和阻抗176 9.2.1阻抗操作符177 9.2.2阻抗操作符的分类177 9.2.3戴维南和诺顿等效177 9.3任务空间内的动力学和控制178 9.3.1任务空间内的动力学178 9.3.2阻抗控制178 9.3.3混合阻抗控制179 9.4本章总结181 习题182 附注与参考182 第10章几何非线性控制183 10.1背景介绍183 10.1.1流形、向量场和分布183 10.1.2弗罗贝尼乌斯定理186 10.2反馈线性化187 10.3单输入系统188 10.4n连杆机器人的反馈线性化193 10.5非完整系统195 10.5.1对合和完整性196 10.5.2无碛控制系统196 10.5.3非完整系统实例197 10.6周氏定理199 10.7无碛系统的控制200 10.8本章总结201 习题202 附注与参考203 第11章计算机视觉204 11.1成像几何204 11.1.1相机坐标系204 11.1.2透视投影205 11.1.3成像平面和传感器阵列205 11.2相机标定206 11.2.1相机的外部参数206 11.2.2相机的内部参数206 11.2.3确定相机参数207 11.3阈值分割208 11.3.1简略的统计回顾209 11.3.2自动选择阈值210 11.4连通区域213 11.5位置和方向214 11.5.1图像矩215 11.5.2物体的质心和中心矩215 11.5.3物体的方向215 11.6本章总结217 习题217 附注与参考219 第12章基于视觉的控制220 12.1设计要点220 12.1.1相机位形220 12.1.2基于图像的方法与基于位置的方法221 12.2相机运动和交互作用矩阵221 12.3点特征的交互作用矩阵222 12.3.1固定点相对于移动相机的速度223 12.3.2构建交互作用矩阵224 12.3.3点间交互作用矩阵的性质225 12.3.4多点的交互作用矩阵226 12.4基于图像的控制律226 12.4.1计算相机运动227 12.4.2比例控制方案227 12.4.3基于图像的视觉伺服系统的表现228 12.5末端执行器和相机的运动230 12.6划分方法231 12.7运动感知233 12.8本章总结234 习题235 附注与参考236 附录A三角函数237 附录B线性代数238 附录C动态系统243 附录D李雅普诺夫稳定性245 参考文献250 索引259 |