機器人學：建模、控製與視覺 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

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編輯推薦

本書基於作者多年研究與教學經驗並藉鑒國內外在機器人學方麵的研究成果和教學經驗編寫而成，內容全麵，結構清晰，講解深入透徹，實用性較強

內容簡介

為適應工業機器人、海陸空機器人和共融機器人快速發展的需要，突齣機器人學的綜閤性、新穎性和前瞻性等特點，《機器人學：建模、控製與視覺》一書分建模、控製與視覺三個部分係統地闡述瞭機器人學的基礎內容。
全書包含十七章。第1章為概述，介紹機器人的內涵、應用以及機器人學的研究方嚮。建模部分包括第2章至第7章，係統介紹機器人機構，剛體位姿描述和齊次變換，剛體速度和靜力，操作臂運動學、雅可比矩陣和操作臂動力學。控製部分包括第8章至第13章，介紹軌跡生成、軌跡控製、力的控製、運動規劃、協調控製和自適應控製。視覺部分包括第14章至第17章，介紹視覺圖像處理、視覺運動控製、輪式移動機器人和飛行機器人。

作者簡介

熊有倫，華中科技大學教授，中國科學院院士。1966年畢業於西安交通大學機械工程係，1980年至1982年為英國Sheffield大學控製工程係訪問學者，1988年至1989年擔任英國Salford大學航空與機械工程係客座教授。長期從事機器人教學與研究工作，齣版著作4部，主持國傢自然科學基金重大/重點項目、國傢973計劃項目等多個項目。獲得國傢科學技術進步二等奬、國傢自然科學二等奬。曾任機器人學國傢重點實驗室學術委員會主任，國傢973製造與工程科學領域顧問專傢。
李文龍，華中科技大學教授，教育部青年長江學者。獲得湖北省傑齣青年基金資助。2004年畢業於西安交通大學機械工程及其自動化專業，2010年獲華中科技大學機械電子工程專業博士學位，2012年博士後齣站並留校任教。長期從事復雜麯麵精密測量、工業機器人應用研究與教學工作，主持國傢自然科學基金項目、國傢973計劃項目、航空基金等多個項目，發錶論文40餘篇，申報專利和著作權30餘項，研究成果在航空航天、汽車、核電領域大型復雜零件精密製造中成功應用。
陳文斌，華中科技大學副教授。2012年畢業於華中科技大學，獲工學博士學位；2013年至2014年在英國Lincoln大學計算機學院從事博士後研究工作。現為中國機械工程學會機器人分會委員。主要從事人體運動機理認知、人機電一體化機器人係統的建模與運動規劃等方麵的研究與教學工作，發錶學術論文近20篇，申請專利20餘項。作為項目負責人和研究骨乾，先後主持和參與國傢自然科學基金項目、國傢973計劃項目等科研項目10餘項，並獲得日內瓦國際發明展金奬。

精彩書評

本書站在多學科綜閤交叉的視角上，融會貫通多學科知識來介紹機器人學，在具備較強的係統性、基礎性的同時又具有較強的前瞻性，可用於深入學習機器人學課程。

目錄

第1章 概述（1）
1.1 機器人的內涵（1）
1.2 機器人的應用與發展（4）
1.3 機器人學的研究展望（7）
1.4 機器人學：建模、控製與視覺（11）
第2章 機器人機構（14）
2.1 運動副（14）
2.2 串聯機器人機構（15）
2.3 並聯機器人機構（20）
2.4 機器人手爪（24）
2.5 探測車懸架機構（27）
2.6 多足步行機器人機構（29）
2.7 RV減速器和諧波減速器（31）
習題（34）
第3章 位姿描述和齊次變換（36）
3.1 剛體位姿描述（36）
3.2 齊次坐標和齊次變換（40）
3.3 運動算子（43）
3.4 變換矩陣的運算（44）
3.5 歐拉角與RPY角（49）
3.6 鏇轉變換通式（52）
3.7 位姿的綜閤（57）
3.8 計算的復雜性（59）
習題（60）
第4章 剛體速度和靜力（63）
4.1 綫矢量（63）
4.2 微分轉動與轉動速度（66）
4.3 微分運動與運動鏇量（71）
4.4 剛體變換的綫矢量錶示（78）
4.5 螺鏇運動（81）
4.6 力鏇量（85）
4.7 綫矢量、鏇量與螺鏇（88）
習題（90）
第5章 操作臂運動學（93）
5.1 連杆參數和連杆坐標係（93）
5.2 連杆變換和運動學方程（97）
5.3 PUMA560機器人運動學反解（102）
5.4 指數積公式（107）
5.5 運動學方程的自動生成（112）
5.6 運動學反解的子問題（114）
5.7 運動學的封閉解和解的存在性、唯一性（119）
5.8 驅動空間、關節空間和操作空間（123）
5.9 並聯機構運動學（124）
習題（130）
第6章 操作臂的雅可比矩陣（135）
6.1 引例（135）
6.2 速度雅可比矩陣（137）
6.3 逆雅可比矩陣和奇異性（142）
6.4 操作臂的靈巧性（145）
6.5 力雅可比矩陣（148）
6.6 冗餘度機器人（153）
6.7 剛度與柔度（157）
6.8 誤差標定與補償（159）
習題（162）
第7章 操作臂動力學（167）
7.1 操作臂動力學概述（167）
7.2 質點係與單剛體動力學（168）
7.3 拉格朗日動力學（173）
7.4 操作臂的拉格朗日方程（176）
7.5 拉格朗日方程的其他形式（180）
7.6 連杆運動的傳遞（183）
7.7 牛頓歐拉遞推動力學方程（187）
7.8 基於指數積的牛頓�纔防�方法（191）
7.9 關節空間和操作空間動力學（193）
7.10 動力學性能指標（195）
習題（198）
第8章 軌跡生成（201）
8.1 軌跡規劃的一般性問題（201）
8.2 關節軌跡的插值（203）
8.3 笛卡兒空間軌跡規劃方法（211）
8.4 利用四元數進行直綫軌跡規劃（217）
8.5 軌跡的實時生成（222）
8.6 全覆蓋路徑規劃（224）
習題（227）
第9章 操作臂的軌跡控製（229）
9.1 二階綫性係統控製器的分解（230）
9.2 單關節的建模和控製（235）
9.3 操作臂的非綫性控製（242）
9.4 操作臂的多關節控製（245）
9.5 實際問題（247）
9.6 工業機器人的集中控製（250）
9.7 分解運動控製（251）
9.8 基於直角坐標的控製（257）
9.9 李雅普諾夫穩定性分析（259）
習題（262）
第10章 機器人的力控製（264）
10.1 概述（264）
10.2 力-力矩傳感器（265）
10.3 約束運動與約束坐標係（267）
10.4 力控製規律的分解（270）
10.5 間接力控製（272）
10.6 直接力控製（275）
習題（280）
第11章 運動規劃（282）
11.1 空間及運動規劃（282）
11.2 廣義維羅尼圖法（286）
11.3 單元分解法運動規劃（288）
11.4 基於采樣的運動規劃（289）
11.5 人工勢力場法（291）
習題（294）
第12章 協調控製（295）
12.1 概述（295）
12.2 雙臂協調運動的約束關係（295）
12.3 雙臂協調的關節力矩計算（300）
12.4 多指手爪的運動分析（304）
12.5 抓取的穩定性和可操作性（308）
12.6 多指抓取規劃和協調控製（310）
習題（315）
第13章 自適應控製（317）
13.1 模型參考自適應控製（318）
13.2 自校正自適應控製（321）
13.3 自適應擾動控製（323）
13.4 PD自適應控製（325）
13.5 自適應魯棒性聯閤控製（330）
13.6 直角坐標空間自適應控製（331）
13.7 自適應阻抗控製（334）
13.8 自學習控製（338）
習題（342）
第14章 視覺圖像處理（343）
14.1 圖像傳感器與視覺係統（343）
14.2 圖像幾何變換與相機成像模型（348）
14.3 空間濾波（351）
14.4 頻域濾波（356）
14.5 圖像分割（358）
14.6 特徵提取（362）
14.7 圖像匹配（365）
14.8 圖像拼接（368）
習題（372）
第15章 視覺運動控製（373）
15.1 視覺標定（373）
15.2 立體視覺（377）
15.3 視覺檢測（383）
15.4 視覺跟蹤（388）
15.5 視覺伺服控製（392）
習題（397）
第16章 輪式移動機器人（398）
16.1 簡介（398）
16.2 運動學建模（400）
16.3 機動性（405）
16.4 動力學建模（408）
16.5 移動機器人定位（410）
16.6 SLAM與導航（415）
習題（419）
第17章 飛行機器人（420）
17.1 引言（420）
17.2 係統構成（421）
17.3 動力學模型（423）
17.4 控製係統（427）
17.5 全球定位係統GPS（429）
17.6 視覺裏程計（431）
習題（434）
附錄A 符號與術語（435）
附錄B 術語中英文對照（438）
參考文獻（441）

前言/序言

21世紀是機器人時代，是智能機器人時代，是人機共融、和諧發展的時代。機器人進入“海陸空”，融入人類社會，成為人們的萬能夥伴，將會改變人類的生産方式、生活方式和思維方式。機器人作為傳媒的熱點，已成為傢喻戶曉、老幼皆知的話題。機器人學就是在這樣的科技生態環境之下衍生而齣的。本書麵嚮機器人的未來世界，緻力於機器人學的多學科綜閤交叉、融會貫通，為有關專業的大學生和研究生，以及機器人研究和開發人員提供係統性、基礎性和前瞻性的知識。
機器人學是一門綜閤性學科，將會帶動有關技術學科、信息學科以及傳媒學科的深度融閤與發展。機器人學也是一門課程，將逐漸成為研究型大學有關專業的主乾課程。
全書包含十七章，主要內容分為三個部分：建模、控製與視覺。第1章為概述，介紹機器人的內涵、應用以及機器人學的研究方嚮。建模部分包括第2章至第7章，係統介紹機器人機構，剛體位姿描述和齊次變換，剛體速度和靜力，操作臂運動學、雅可比矩陣和操作臂動力學。控製部分包括第8章至第13章，闡述軌跡生成、軌跡控製、力的控製、運動規劃、協調控製和自適應控製。視覺部分包括第14章至第17章，介紹視覺圖像處理、視覺運動控製、輪式移動機器人和飛行機器人。
我們在20世紀編寫的《機器人學》一書齣版至今已經25年。本書的前兩部分主要參考瞭該書，仍然保留該書的部分內容，建模部分增添瞭一章“剛體速度和靜力”，介紹李群的李代數、運動鏇量和力鏇量；控製部分增添瞭一章“運動規劃”，介紹無碰撞路徑規劃的�部占涓拍睢⑷斯な坪�數方法和導航函數；視覺部分的四章是新增加的，所介紹的有關內容已經成為機器人學的重要部分。
本書的齣版是多項國傢自然科學基金和國傢重點基礎研究973項目基金資助的結果，特彆是NSFC.No.51327801和NSFC.No.51475187；本書的齣版得到瞭“數字製造裝備與技術”國傢重點實驗室的資助，在此錶示感謝。
本書的具體編寫分工如下：第2章由陳文斌改寫，第7章由丁燁和陳文斌改寫，第10章由趙歡改寫，第14和第15章由楊華編寫，第16章由李文龍編寫，第17章由陳文斌和丁燁編寫，其餘各章由熊有倫編寫。全書由熊有倫修改定稿，李文龍和陳文斌協助整理。《機器人學》的兩位作者丁漢教授和劉恩滄教授對本書的齣版做齣瞭重要貢獻，丁漢教授對本書的編寫還提齣瞭許多寶貴意見和建議，在此深錶感謝。
在編寫的過程中，我們參照瞭《機器人操作》一書，許多教授還提供瞭寶貴的研究成果和教學經驗，在此對楊文玉教授、尹周平教授、熊蔡華教授、孫容磊教授、唐立新教授、黃永安教授、陶波教授和張海濤教授等錶示感謝。楊文玉教授和孫容磊教授等閱讀瞭初稿，提齣許多寶貴建議。李國民教授和黃田教授嚮我們介紹瞭美國和英國有關課程教學改革與教材建設的經驗，並提齣瞭許多有益的見解。董偉博士和黃劍博士為本書的齣版也做齣瞭貢獻。實際上，還有許多專傢學者幫助和參與瞭本書的編寫，在此錶示感謝。博士生時勝磊、宋開友、王剛、龔澤宇和張宇豪等，結閤機器人學課程學習和科研，為本書的齣版查閱文獻、整理資料、編寫程序，甚至協助編寫瞭有關內容。華中科技大學齣版社對本書的齣版給予瞭極大的支持，王連弟社長和俞道凱分社長親自進行選題策劃，特彆是姚同梅和羅雪兩位責任編輯具備敬業精神和嚴謹學風，促使本書及時齣版，保證瞭本書質量，在此深錶感謝。
機器人學是一門綜閤性學科，涉及的專業範圍很廣，限於作者的研究水平和教學經驗，書中的錯誤和缺點不可避免，希望任課老師和讀者批評指正。

熊有倫2017年7月
華中科技大學機械學院
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