譯者序
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關(guān)于機(jī)器人的名人語錄
第1章　移動機(jī)器人：一般概念1
　1.1　引言1
　1.2　機(jī)器人的定義和歷史1
　　1.2.1　機(jī)器人是什么1
　　1.2.2　機(jī)器人的發(fā)展歷史2
　1.3　地面機(jī)器人運動8
　　1.3.1　腿式運動8
　　1.3.2　輪式運動10
　參考文獻(xiàn)22
第2章　移動機(jī)器人運動學(xué)23
　2.1　引言23
　2.2　背景概念23
　　2.2.1　機(jī)器人的正逆運動學(xué)23
　　2.2.2　齊次變換26
　　2.2.3　非完整約束28
　2.3　非完整約束移動機(jī)器人30
　　2.3.1　獨輪車30
　　2.3.2　差分驅(qū)動WMR31
　　2.3.3　三輪車35
　　2.3.4　類車WMR36
　　2.3.5　鏈與Brockett積分器模型40
　　2.3.6　牽引車-掛車WMR41
　2.4　全向WMR的運動學(xué)建模43
　　2.4.1　通用多輪全向WMR43
　　2.4.2　帶有麥克納姆輪的四輪全向WMR45
　參考文獻(xiàn)48
第3章　移動機(jī)器人動力學(xué)50
　3.1　引言50
　3.2　通用機(jī)器人動力學(xué)建模50
　　3.2.1　牛頓-歐拉動力學(xué)模型51
　　3.2.2　拉格朗日動力學(xué)模型52
　　3.2.3　多連桿機(jī)器人的拉格朗日模型52
　　3.2.4　非完整約束機(jī)器人的動力學(xué)建模52
　3.3　差分驅(qū)動輪式移動機(jī)器人53
　　3.3.1　牛頓-歐拉動力學(xué)模型53
　　3.3.2　拉格朗日動力學(xué)模型54
　　3.3.3　滑移式WMR的動力學(xué)56
　3.4　類車輪式移動動力學(xué)模型60
　3.5　三輪全向移動機(jī)器人62
　3.6　四麥輪全向機(jī)器人66
　參考文獻(xiàn)71
第4章　移動機(jī)器人傳感器72
　4.1　引言72
　4.2　傳感器的分類與特性72
　　4.2.1　傳感器分類72
　　4.2.2　傳感器特性74
　4.3　位置傳感器和速度傳感器74
　　4.3.1　位置傳感器74
　　4.3.2　速度傳感器76
　4.4　距離傳感器76
　　4.4.1　聲吶傳感器76
　　4.4.2　激光傳感器77
　　4.4.3　紅外傳感器78
　4.5　機(jī)器人視覺79
　　4.5.1　一般問題79
　　4.5.2　傳感81
　　4.5.3　預(yù)處理84
　　4.5.4　圖像分割85
　　4.5.5　圖像描述85
　　4.5.6　圖像識別85
　　4.5.7　圖像解釋86
　　4.5.8　全向視覺86
　4.6　其他機(jī)器人傳感器91
　　4.6.1　陀螺儀91
　　4.6.2　羅盤92
　　4.6.3　力傳感器和觸覺傳感器92
　4.7　全球定位系統(tǒng)94
　4.8　鏡頭與相機(jī)光學(xué)元件95
　參考文獻(xiàn)97
第5章　移動機(jī)器人控制I：基于李雅普諾夫的方法98
　5.1　引言98
　5.2　背景概念98
　　5.2.1　狀態(tài)空間模型98
　　5.2.2　李雅普諾夫穩(wěn)定性102
　　5.2.3　狀態(tài)反饋控制105
　　5.2.4　二階系統(tǒng)106
　5.3　通用機(jī)器人控制器109
　　5.3.1　PD位置控制109
　　5.3.2　基于李雅普諾夫穩(wěn)定性的控制設(shè)計110
　　5.3.3　計算力矩控制111
　　5.3.4　笛卡兒空間中的機(jī)器人控制112
　5.4　差分驅(qū)動移動機(jī)器人的控制113
　　5.4.1　非線性運動跟蹤控制114
　　5.4.2　動態(tài)跟蹤控制116
　5.5　差分驅(qū)動移動機(jī)器人的計算力矩控制117
　　5.5.1　運動跟蹤控制117
　　5.5.2　動態(tài)跟蹤控制118
　5.6　類車移動機(jī)器人的控制121
　　5.6.1　停車控制121
　　5.6.2　引導(dǎo)-跟隨系統(tǒng)的控制123
　5.7　全向移動機(jī)器人的控制126
　參考文獻(xiàn)130
第6章　移動機(jī)器人控制II：仿射系統(tǒng)和不變流形方法131
　6.1　引言131
　6.2　背景概念132
　　6.2.1　仿射動態(tài)系統(tǒng)132
　　6.2.2　流形137
　　6.2.3　使用不變集的李雅普諾夫穩(wěn)定性139
　6.3　移動機(jī)器人的反饋線性化141
　　6.3.1　一般問題141
　　6.3.2　差分驅(qū)動機(jī)器人輸入-輸出反饋線性化與軌跡跟蹤147
　6.4　使用不變集的移動機(jī)器人反饋穩(wěn)定控制156
　　6.4.1　采用鏈?zhǔn)侥Ｐ偷莫気嗆嚨姆�(wěn)定控制156
　　6.4.2　由雙Brockett積分器建模的差分驅(qū)動機(jī)器人的動態(tài)控制158
　　6.4.3　采用鏈?zhǔn)侥Ｐ偷念愜嚈C(jī)器人的穩(wěn)定控制160
　參考文獻(xiàn)167
第7章　移動機(jī)器人控制III：自適應(yīng)控制和魯棒控制168
　7.1　引言168
　7.2　背景概念168
　　7.2.1　模型參考自適應(yīng)控制168
　　7.2.2　魯棒非線性滑�？刂�170
　　7.2.3　使用李雅普諾夫穩(wěn)定方法的魯棒控制173
　7.3　移動機(jī)器人的模型參考自適應(yīng)控制175
　　7.3.1　差分驅(qū)動WMR175
　　7.3.2　通過輸入-輸出線性化實現(xiàn)自適應(yīng)控制176
　　7.3.3　全向機(jī)器人179
　7.4　移動機(jī)器人的滑模控制182
　7.5　極坐標(biāo)系中的滑�？刂�184
　　7.5.1　建模184
　　7.5.2　滑�？刂�185
　7.6　利用李雅普諾夫方法對差分驅(qū)動機(jī)器人實現(xiàn)魯棒控制186
　　7.6.1　標(biāo)稱控制器188
　　7.6.2　魯棒控制器188
　參考文獻(xiàn)190
第8章　移動機(jī)器人控制IV：模糊方法和神經(jīng)方法191
　8.1　引言191
　8.2　背景概念192
　　8.2.1　模糊系統(tǒng)192
　　8.2.2　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)196
　8.3　模糊和神經(jīng)機(jī)器人控制：一般問題202
　　8.3.1　模糊機(jī)器人控制202
　　8.3.2　神經(jīng)機(jī)器人控制204
　8.4　移動機(jī)器人的模糊控制205
　　8.4.1　自適應(yīng)模糊跟蹤控制器205
　　8.4.2　Dubins汽車的模糊局部路徑跟蹤210
　　8.4.3　模糊滑模控制214
　8.5　移動機(jī)器人的神經(jīng)控制220
　　8.5.1　采用MLP網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)跟蹤控制器220
　　8.5.2　采用RBF網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)跟蹤控制器223
　　8.5.3　神經(jīng)控制器的穩(wěn)定性證明223
　參考文獻(xiàn)224
第9章　移動機(jī)器人控制V：基于視覺的方法226
　9.1　引言226
　9.2　背景概念226
　　9.2.1　機(jī)器人視覺控制的分類226
　　9.2.2　運動學(xué)變換227
　　9.2.3　相機(jī)視覺轉(zhuǎn)換228
　　9.2.4　圖像的雅可比矩陣230
　9.3　基于位置的視覺控制：一般問題233
　　9.3.1　點到點定位233
　　9.3.2　基于位姿的運動控制234
　9.4　基于圖像的視覺控制：一般問題234
　　9.4.1　逆雅可比矩陣的應(yīng)用234
　　9.4.2　轉(zhuǎn)置拓展雅可比矩陣的應(yīng)用235
　　9.4.3　圖像雅可比矩陣的估計236
　9.5　移動機(jī)器人視覺控制237
　　9.5.1　位姿穩(wěn)定控制238
　　9.5.2　墻壁跟蹤控制240
　　9.5.3　引導(dǎo)-跟隨系統(tǒng)的控制241
　9.6　視野中的路標(biāo)保持243
　9.7　自適應(yīng)線性路徑跟隨視覺控制247
　　9.7.1　圖像雅可比矩陣247
　　9.7.2　視覺控制器249
　9.8　基于圖像的移動機(jī)器人視覺伺服253
　9.9　使用全向視覺的移動機(jī)器人視覺伺服254
　　9.9.1　一般問題：雙曲線、拋物線與橢圓方程254
　　9.9.2　折反射投影幾何257
　　9.9.3　基于全向視覺的移動機(jī)器人視覺伺服263
　參考文獻(xiàn)271
第10章　移動機(jī)械臂：建模和控制274
　10.1　引言274
　10.2　背景概念274
　　10.2.1　Denavit�睭artenberg方法274
　　10.2.2　機(jī)器人的逆運動學(xué)276
　　10.2.3　可操作性測量277
　　10.2.4　平面雙連桿機(jī)器人278
　10.3　移動機(jī)械臂的建模281
　　10.3.1　一般運動學(xué)模型281
　　10.3.2　一般動力學(xué)模型283
　　10.3.3　五自由度非完整約束移動機(jī)械臂的建模283
　　10.3.4　全向移動機(jī)械臂的建模287
　10.4　移動機(jī)械臂的控制290
　　10.4.1　差分驅(qū)動移動機(jī)械臂的計算力矩控制290
　　10.4.2　全向移動機(jī)械臂的滑�？刂�291
　10.5　基于視覺的移動機(jī)械臂控制296
　　10.5.1　一般問題296
　　10.5.2　全狀態(tài)移動機(jī)械臂視覺控制299
　參考文獻(xiàn)304
第11章　移動機(jī)器人路徑、運動和任務(wù)規(guī)劃306
　11.1　引言306
　11.2　一般概念306
　11.3　移動機(jī)器人路徑規(guī)劃308
　　11.3.1　機(jī)器人導(dǎo)航中的基本操作308
　　11.3.2　路徑規(guī)劃方法的分類308
　11.4　基于模型的機(jī)器人路徑規(guī)劃309
　　11.4.1　位形空間309
　　11.4.2　路線圖路徑規(guī)劃方法311
　　11.4.3　全球與局部路徑規(guī)劃的集成322
　　11.4.4　全覆蓋路徑規(guī)劃324
　11.5　移動機(jī)器人運動規(guī)劃327
　　11.5.1　一般的在線方法327
　　11.5.2　運動規(guī)劃：使用向量場329
　　11.5.3　解析運動規(guī)劃331
　11.6　移動機(jī)器人任務(wù)規(guī)劃335
　　11.6.1　一般問題335
　　11.6.2　規(guī)劃的表示和生成336
　　11.6.3　世界建模、任務(wù)規(guī)范和機(jī)器人程序綜合338
　參考文獻(xiàn)340
第12章　移動機(jī)器人定位與地圖構(gòu)建343
　12.1　引言343
　12.2　背景概念343
　　12.2.1　隨機(jī)過程344
　　12.2.2　隨機(jī)動力學(xué)模型345
　　12.2.3　離散卡爾曼濾波器與預(yù)測器345
　　12.2.4　貝葉斯學(xué)習(xí)346
　12.3　傳感器瑕疵349
　12.4　相對定位350
　12.5　航位推算的運動學(xué)分析351
　　12.5.1　差分驅(qū)動WMR351
　　12.5.2　艾克曼轉(zhuǎn)向352
　　12.5.3　三輪驅(qū)動352
　　12.5.4　全向驅(qū)動352
　12.6　定位353
　　12.6.1　一般問題353
　　12.6.2　基于三邊測量的定位353
　　12.6.3　基于三角測量的定位355
　　12.6.4　基于地圖匹配的定位356
　12.7　基于卡爾曼濾波器的定位和傳感器標(biāo)定及融合357
　　12.7.1　機(jī)器人定位357
　　12.7.2　傳感器標(biāo)定359
　　12.7.3　傳感器融合359
　12.8　同步定位與地圖構(gòu)建362
　　12.8.1　一般問題362
　　12.8.2　基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器的SLAM362
　　12.8.3　基于貝葉斯估計的SLAM366
　　12.8.4　基于粒子濾波器的SLAM369
　　12.8.5　基于全向視覺的SLAM371
　參考文獻(xiàn)380
第13章　實驗研究382
　13.1　引言382
　13.2　模型參考自適應(yīng)控制382
　13.3　基于李雅普諾夫的魯棒控制384
　13.4　使用基于極坐標(biāo)的控制器實現(xiàn)位姿穩(wěn)定和泊車控制385
　13.5　基于不變流形的控制器的穩(wěn)定化386
　13.6　滑模模糊邏輯控制388
　13.7　基于視覺的控制389
　　13.7.1　引導(dǎo)-跟隨系統(tǒng)的控制389
　　13.7.2　開閉環(huán)協(xié)同控制391
　　13.7.3　基于全向視覺的控制392
　13.8　全向移動機(jī)器人滑�？刂�396
　13.9　差分驅(qū)動移動機(jī)械臂的控制398
　　13.9.1　計算力矩控制398
　　13.9.2　可操作性控制399
　13.10　基于模糊邏輯的全局和局部集成路徑規(guī)劃器400
　13.11　不確定環(huán)境中的模糊神經(jīng)混合路徑規(guī)劃405
　　13.11.1　路徑規(guī)劃算法406
　　13.11.2　仿真結(jié)果406
　13.12　基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器的移動機(jī)器人SLAM408
　13.13　基于粒子濾波器的雙機(jī)器人協(xié)同SLAM409
　　13.13.1　步：預(yù)測409
　　13.13.2　第二步：更新410
　　13.13.3　第三步：重采樣410
　　13.13.4　實驗研究410
　13.14　基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的移動機(jī)器人控制和導(dǎo)航411
　　13.14.1　軌跡跟蹤411
　　13.14.2　避障導(dǎo)航413
　13.15　差分驅(qū)動機(jī)器人模糊跟蹤控制415
　13.16　基于視覺的差分驅(qū)動機(jī)器人自適應(yīng)魯棒跟蹤控制417
　13.17　移動機(jī)械臂球形全向視覺控制419
　參考文獻(xiàn)420
第14章　移動機(jī)器人智能控制的通用系統(tǒng)與軟件架構(gòu)423
　14.1　引言423
　14.2　通用智能控制架構(gòu)424
　　14.2.1　一般問題424
　　14.2.2　分層的智能控制架構(gòu)424
　　14.2.3　多分辨率的智能控制架構(gòu)425
　　14.2.4　參考模型智能控制架構(gòu)425
　　14.2.5　基于行為的智能控制架構(gòu)426
　14.3　移動機(jī)器人控制軟件架構(gòu)的設(shè)計特征428
　14.4　兩種移動機(jī)器人控制軟件架構(gòu)的簡介430
　　14.4.1　面向組件的Jde架構(gòu)430
　　14.4.2　分層移動機(jī)器人控制軟件架構(gòu)432
　14.5　兩種移動機(jī)器人控制軟件架構(gòu)的比較評估433
　　14.5.1　初步問題433
　　14.5.2　比較評估435
　14.6　智能人機(jī)交互界面436
　　14.6.1　智能人機(jī)交互界面的結(jié)構(gòu)436
　　14.6.2　機(jī)器人化的人機(jī)交互界面的主要功能437
　　14.6.3　自然語言人機(jī)交互界面437
　　14.6.4　圖形化人機(jī)交互界面438
　14.7　兩種智能移動機(jī)器人研究原型機(jī)440
　　14.7.1　SENARIO智能輪椅441
　　14.7.2　ROMAN智能服務(wù)移動機(jī)械臂443
　14.8　對其他問題的進(jìn)一步討論446
　　14.8.1　異構(gòu)化設(shè)計446
　　14.8.2　模塊化設(shè)計449
　參考文獻(xiàn)452
第15章　工作中的移動機(jī)器人456
　15.1　引言456
　15.2　工廠和工業(yè)中的移動機(jī)器人456
　15.3　社會生活中的移動機(jī)器人459
　　15.3.1　救援機(jī)器人459
　　15.3.2　機(jī)器人手杖、導(dǎo)引助手和醫(yī)院中使用的移動機(jī)器人460
　　15.3.3　家務(wù)移動機(jī)器人462
　15.4　輔助型移動機(jī)器人463
　15.5　移動型遙操作機(jī)器人和網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人465
　15.6　其他機(jī)器人應(yīng)用案例469
　　15.6.1　戰(zhàn)爭機(jī)器人469
　　15.6.2　娛樂機(jī)器人471
　　15.6.3　研究型機(jī)器人472
　15.7　移動機(jī)器人的安全性473
　參考文獻(xiàn)474
習(xí)題477
機(jī)器人網(wǎng)站列表495