　　《機器人學:建模、規劃與控製》在闡述機器人學基礎知識的基礎上介紹瞭機器人學的基本技術——建模、規劃與控製。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、控製體係、機器人動力學、運動控製、力控製、視覺伺服以及移動機器人、機器人運動規劃等。為瞭嚮學生傳授實用技能，全書穿插有大量精心安排的實例和一些案例研究，其中多數進行瞭仿真。《機器人學:建模、規劃與控製》中提齣瞭許多研究性問題，並介紹和解釋瞭如何采用恰當的工具尋求和獲得麵嚮工程的解決方案。此外，《機器人學:建模、規劃與控製》每章末附有習題，供讀者進一步思考和鞏固所學內容；附錄部分給齣瞭綫性代數、剛體力學、反饋控製、微分幾何、圖搜索算法等相關內容；《器人學:建模、規劃與控製》還配有電子版的題解手冊，包含瞭計算機求解問題的MATLAB源代碼，可免費提供給采用《機器人學:建模、規劃與控製》作為教材的教師。

精彩書評

　　非常棒！一本教材競能將機器人的操控技術與移動技術從基礎知識到前沿研究這麼長跨度的內容囊括其中，並能在數學的深度和物理直覺兩方麵達到創造性的平衡。　　——奧薩馬·卡迪（Oussama Khatib），美國斯坦福大學
　　本書在對機器人力學、規劃和控製這些內容的處理上達到瞭很好的平衡，令人享受到智力上的滿足感；本書是每個有抱負的青年機器人研究者書架上的必備之書。　　——樸鍾午（Frank Chongwoo Park），韓國首爾國立大學
　　本書清晰地解釋瞭理解*新的機器人學所需要的物理和數學基礎。毋庸置疑，這是本科高年級和研究生很好的教材！　　——中村吉彥（Yoshihiko Nakamura），日本東京大學
　　本書不僅提供瞭經典機器人學的堅實基礎，而且保留瞭作為一本*威參考書的特性，可供進行機器人學最前沿和跨學科的專題研究。　　——安東尼奧·比基（Antonio Bicchi），意大利比薩大學
　　本書以麵嚮前沿、實際應用的眼光，綜閤而又嚴謹地處理瞭不同學科的所有相關概念，使其成為研究生一年級機器人學課程的優秀教材。　　——維傑·庫瑪爾（Vijay Kumar），美國賓夕法尼亞大學
　　這是一本非常優秀的研究生用書，因其以嚴謹的形式涵蓋瞭機器人學領域的基礎，並實現瞭與技術層麵的良好平衡。　　——亞曆山大·澤林斯基（Alexander Zelinsky），澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）　　本書以條理清晰、前後一緻和利於教學的方式介紹瞭機器人學的基本概念，使從本科生到科研人員的所有讀者明白，一個有著自身基礎的新學科誕生瞭。　　——讓—保羅·勞濛德（Jean—Paul Laumond），法國國傢科學研究中心係統分析與架構實驗室（LAAS—CNRS）

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、規劃與控製 1.5.1建模 1.5.2規劃 1.5.3控製參考資料第2章運動學 2.1剛體的姿態 2.2鏇轉矩陣 2.2.1基本鏇轉 2.2.2嚮量的錶示 2.2.3嚮量的鏇轉 2.3鏇轉矩陣的閤成 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齊次變換 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 2.9.1三連杆平麵臂 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 2.12.1三連杆平麵臂的求解 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鏇轉矩陣求導 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 3.2.1三連杆平麵臂 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方嚮誤差 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速度和力變換 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通過係列點的運動 4.3操作空間軌跡 4.3.1路徑基元 4.3.2位置 4.3.3指嚮參考資料習題第5章執行器與傳感器 5.1關節執行係統 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位置控製 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章控製體係 6.1功能體係 6.2編程環境 6.2.1示教 6.2.2麵嚮機器人編程 6.3硬件體係參考資料習題第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動力學參數的綫性性 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 7.3.2兩連杆平麵臂 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章運動控製 8.1控製問題 8.2關節空間控製 8.3分散控製 8.3.1獨立關節控製 8.3.2分散前饋補償 8.4計算轉矩前饋控製 8.5集中控製 8.5.1重力補償PD控製 8.5.2逆動力學控製 8.5.3魯棒控製 8.5.4自適應控製 8.6操作空間控製 8.6.1總體方案 8.6.2重力補償PD控製 8.6.3逆動力學控製 8.7不同控製方案的比較參考資料習題第9章力控製 9.1機械手與外部環境的交互 9.2柔量控製 9.2.1被動柔量 9.2.2主動柔量 9.3阻抗控製 9.4力控製 9.4.1包含內位置迴路的力控製 9.4.2包含內速度迴路的力控製 9.4.3並聯力／位置控製 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混閤力／力矩控製 9.7.1柔性環境 9.7.2剛性環境參考資料習題第10章視覺伺服係統 10.1用於控製的視覺 10.1.1視覺係統配置 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核麵幾何 10.4.2三角測量 10.4.3絕對定嚮 10.4.4根據平麵單應性實現的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控製 10.7.2速度分解控製 10.8基於圖像的視覺伺服 10.8.1重力補償PD控製 10.8.2速度分解控製 10.9不同控製方案之間的比較 10.10復閤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鏈式係統 11.4動力學模型 11.5規劃 11.5.1規劃和時間律 11.5.2平滑輸齣 11.5.3路徑規劃 11.5.4軌跡規劃 11.5.5最優軌跡 11.6運動控製 11.6.1軌跡跟蹤 11.6.2校正 11.7裏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基於迴縮的路徑規劃 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雙嚮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局部極小值問題 12.7機器人機械手情形參考資料習題附錄A綫性代數 A.1定義 A.2矩陣運算 A.3嚮量運算 A.4綫性變換 A.5特徵值與特徵嚮量 A.6雙綫性型與二次型 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約束係統參考資料附錄C反饋控製 C.1綫性係統單輸入／單輸齣控製 C.2非綫性機械係統的控製 C.3李亞普諾夫直接法參考資料附錄D微分幾何 D.1嚮量場與李氏括號 D.2非綫性可控性參考資料附錄E圖搜索算法 E.1復雜度 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

精彩書摘

　　使用無刷直流電動機的主要原因是為瞭消除永磁直流電動機中由於電刷的機械換嚮所産生的問題。事實上，換嚮器的存在限製瞭永磁直流電動機的性能。由於電刷和換嚮器的接觸産生瞭接觸壓降，從而産生瞭電損耗。此外，摩擦和換嚮過程中綫圈的自感所引起的電弧會産生機械損耗。消除産生這些損耗的來源（電刷和換嚮器）所帶來的不便，使得電動機在更高速度和更少材料損耗這方麵性能得到瞭改進。　　定子和轉子的功能交換帶來瞭很多的便利之處。電樞綫圈放在定子上而不放在轉子上有利於散熱。轉子上沒有繞組，以及使用稀土永磁材料的可能性可以使轉子結構更加緊湊。緊湊的轉子結構可減小轉動慣量。因此，在功率相同的情況下，無刷直流電動機的尺寸要比永磁直流電動機的尺寸小，同時使用無刷直流電動機有更好的動態性能。對於在一個特定應用場閤選擇一個最閤適的伺服電動機，成本也是必須考慮的問題。　　步進電動機的應用也非常普遍。執行器是由閤適的激磁序列控製的，並且它們的運行不需要電動機轉角位置的測量信息。不過，步進電動機的動態性能在很大程度上受到有效載荷的影響，同時步進電動機還會導緻機械手機械結構的振蕩。這些不便之處限製瞭步進電動機在微型機械手領域的應用。在這一領域，相對於更高的動態性能，低成本是首先考慮的因素。　　在一些應用中需要用到液壓伺服發動機，它基於壓縮流體的容積變化這一簡單工作原理。從結構的觀點來看，液壓伺服發動機是由活塞構成的一個或多個腔室構成的（缸體在管室內作往復運動）。綫性伺服發動機的行程有限，僅由一個活塞構成。鏇轉伺服馬達的行程不受限製，由多個（通常是奇數個）活塞相對於發動機鏇轉軸的軸嚮或徑嚮布置構成。液壓伺服發動機的靜態和動態性能與電動伺服馬達的性能具有可比性。　　……