機器人學·建模規劃與控制

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《機器人學·建模規劃與控制》，[意] 布魯諾·西西里安諾，[意] 洛倫索· 著，出版社： 西安交通大學出版社。

內容簡介

《機器人學:建模、規劃與控制》在闡述機器人學基礎知識的基礎上介紹了機器人學的基本技術——建模、規劃與控制。全書內容包括機器人運動學、微分運動學與靜力學、軌跡規劃、執行器與傳感器、控制體系、機器人動力學、運動控制、力控制、視覺伺服以及移動機器人、機器人運動規劃等。為了向學生傳授實用技能，全書穿插有大量精心安排的實例和一些案例研究，其中多數進行了仿真。《機器人學:建模、規劃與控制》中提出了許多研究性問題，並介紹和解釋了如何採用恰當的工具尋求和獲得面向工程的解決方案。此外，《機器人學:建模、規劃與控制》每章末附有習題，供讀者進一步思考和鞏固所學內容；附錄部分給出了線性代數、剛體力學、反饋控制、微分幾何、圖搜索算法等相關內容；《器人學:建模、規劃與控制》還配有電子版的題解手冊，包含了計算機求解問題的MATLAB源代碼，可免費提供給採用《機器人學:建模、規劃與控制》作為教材的教師。

目錄

叢書序 前言 第1章引言 1.1機器人學 1.2機器人機械結構 1.2.1機器人機械手 1.2.2移動機器人 1.3工業機器人學 1.4先進機器人學 1.4.1野外機器人 1.4.2服務機器人 1.5機器人建模、規劃與控制 1.5.1建模 1.5.2規劃 1.5.3控制 參考資料 第2章運動學 2.1剛體的姿態 2.2旋轉矩陣 2.2.1基本旋轉 2.2.2向量的表示 2.2.3向量的旋轉 2.3旋轉矩陣的合成 2.4歐拉角 2.4.1ZYZ角 2.4.2RPY角 2.5角和軸 2.6單位四元數 2.7齊次□換 2.8正運動學 2.8.1開鏈 2.8.2Denavit—Hartenberg法 2.8.3閉鏈 2.9典型機械手結構運動學 2.9.1三連杆平面臂 2.9.2平行四邊形臂 2.9.3球形臂 2.9.4擬人臂 2.9.5球形腕 2.9.6斯坦福機械手 2.9.7帶球形腕的擬人臂 2.9.8DLR機械手 2.9.9類人機械手 2.10關節空間與操作空間 2.10.1工作空間 2.10.2運動學冗餘 2.11運動學標定 2.12逆運動學問題 2.12.1三連杆平面臂的求解 2.12.2帶球形腕機械手的求解 2.12.3球形臂的求解 2.12.4擬人臂的求解 2.12.5球形腕的求解 參考資料 習題 第3章微分運動學和靜力學 3.1幾何雅可比矩陣 3.1.1旋轉矩陣求導 3.1.2連杆速度 3.1.3雅可比矩陣計算 3.2典型機械手結構的雅可比矩陣 3.2.1三連杆平面臂 3.2.2擬人臂 3.2.3斯坦福機械手 3.3運動學奇點 3.3.1奇點解耦 3.3.2腕奇點 3.3.3臂奇點 3.4冗餘分析 3.5逆微分運動學 3.5.1冗餘機械手 3.5.2運動學奇點 3.6分析雅可比矩陣 3.7逆運動學算法 3.7.1（廣義—）逆雅可比矩陣 3.7.2雅可比矩陣轉置 3.7.3方向誤差 3.7.4二階算法 3.7.5逆運動學算法之間的對比 3.8靜力學 3.8.1運動靜力學二元性 3.8.2速度和力□換 3.8.3閉鏈 3.9可操縱性橢球體 參考資料 習題 第4章軌跡規劃 4.1路徑和軌跡 4.2關節空間軌跡 4.2.1點對點運動 4.2.2通過系列點的運動 4.3操作空間軌跡 4.3.1路徑基元 4.3.2位置 4.3.3指向 參考資料 習題 第5章執行器與傳感器 5.1關節執行系統 5.1.1傳動裝置 5.1.2伺服發動機 5.1.3功率放大器 5.1.4能源 5.2驅動 5.2.1電氣驅動 5.2.2液壓驅動 5.2.3傳動裝置影響 5.2.4位置控制 5.3本體傳感器 5.3.1位置傳感器 5.3.2速度傳感器 5.4外部傳感器 5.4.1力傳感器 5.4.2距離傳感器 5.4.3視覺傳感器 參考資料 習題 第6章控制體系 6.1功能體系 6.2編程環境 6.2.1示教 6.2.2面向機器人編程 6.3硬件體系 參考資料 習題 第7章動力學 7.1拉格朗日公式 7.1.1動能計算 7.1.2勢能計算 7.1.3運動方程 7.2動力學模型的典型性質 7.2.1矩陣陣B—2C的反對稱性 7.2.2動力學參數的線性性 7.3簡單機械手結構的動力學模型 7.3.1兩連杆笛卡兒臂 7.3.2兩連杆平面臂 7.3.3平行四邊形臂 7.4動力學參數辨識 7.5牛頓—歐拉公式 7.5.1連杆加速度 7.5.2遞歸算法 7.5.3示例 7.6動力學正解與逆解問題 7.7軌跡的動態標度 7.8操作空間動力學模型 7.9動力學可操作橢球 參考資料 習題 第8章運動控制 8.1控制問題 8.2關節空間控制 8.3分散控制 8.3.1獨立關節控制 8.3.2分散前饋補償 8.4計算轉矩前饋控制 8.5集中控制 8.5.1重力補償PD控制 8.5.2逆動力學控制 8.5.3魯棒控制 8.5.4自適應控制 8.6操作空間控制 8.6.1總體方案 8.6.2重力補償PD控制 8.6.3逆動力學控制 8.7不同控制方案的比較 參考資料 習題 第9章力控制 9.1機械手與外部環境的交互 9.2柔量控制 9.2.1被動柔量 9.2.2主動柔量 9.3阻抗控制 9.4力控制 9.4.1包含內位置迴路的力控制 9.4.2包含內速度迴路的力控制 9.4.3並聯力／位置控制 9.5約束運動 9.5.1剛性環境 9.5.2柔性環境 9.6自然約束與人工約束 9.6.1任務分析 9.7混合力／力矩控制 9.7.1柔性環境 9.7.2剛性環境 參考資料 習題 第10章視覺伺服系統 10.1用於控制的視覺 10.1.1視覺系統配置 10.2圖像處理 10.2.1圖像分割 10.2.2圖像解釋 10.3位姿估計 10.3.1解析解 10.3.2相互作用矩陣 10.3.3算法解 10.4立體視覺 10.4.1核面幾何 10.4.2三角測量 10.4.3絕對定向 10.4.4根據平面單應性實現的3D重建 10.5相機標定 10.6視覺伺服問題 10.7基於位置的視覺伺服 10.7.1重力補償PD控制 10.7.2速度分解控制 10.8基於圖像的視覺伺服 10.8.1重力補償PD控制 10.8.2速度分解控制 10.9不同控制方案之間的比較 10.10複合視覺伺服 參考資料 習題 第11章移動機器人 11.1非完整約束 11.1.1可積性條件 11.2運動學模型 11.2.1獨輪車 11.2.2兩輪車 11.3鏈式系統 11.4動力學模型 11.5規劃 11.5.1規劃和時間律 11.5.2平滑輸出 11.5.3路徑規劃 11.5.4軌跡規劃 11.5.5□□軌跡 11.6運動控制 11.6.1軌跡跟蹤 11.6.2校正 11.7里程定位 參考資料 習題 第12章運動規劃 12.1問題的規範描述 12.2位形空間 12.2.1距離 12.2.2障礙 12.2.3障礙舉例 12.3基於回縮的路徑規劃 12.4基於單元分解的路徑規劃 12.4.1精確分解 12.4.2近似分解 12.5概率規劃 12.5.1PRM方法 12.5.2雙向RRT方法 12.6基於人工勢場的規劃方法 12.6.1引力勢場 12.6.2斥力勢場 12.6.3總勢場 12.6.4規劃方法 12.6.5□部極小值問題 12.7機器人機械手情形 參考資料 習題 附錄A線性代數 A.1定義 A.2矩陣運算 A.3向量運算 A.4線性□換 A.5特徵值與特徵向量 A.6雙線性型與二次型 A.7廣義逆 A.8奇異值分解 參考資料 附錄B剛體力學 B.1運動學 B.2動力學 B.3功與能 B.4約束系統 參考資料 附錄C反饋控制 C.1線性系統單輸入／單輸出控制 C.2非線性機械系統的控制 C.3李亞普諾夫直接法 參考資料 附錄D微分幾何 D.1向量場與李氏括號 D.2非線性可控性 參考資料 附錄E圖搜索算法 E.1複雜度 E.2廣度優先搜索和深度優先搜索 E.3A算法 參考資料 參考文獻 索引