移動機器人控制導論

譯者序
前言
主要符號與首字母縮寫
關于機器人的名人語錄
第1章　移動機器人：一般概念1
　11　引言1
　12　機器人的定義和歷史1
　　121　機器人是什么1
　　122　機器人的發(fā)展歷史2
　13　地面機器人運動8
　　131　腿式運動8
　　132　輪式運動10
　參考文獻22
第2章　移動機器人運動學23
　21　引言23
　22　背景概念23
　　221　機器人的正逆運動學23
　　222　齊次變換26
　　223　非完整約束28
　23　非完整約束移動機器人30
　　231　獨輪車30
　　232　差分驅動WMR31
　　233　三輪車35
　　234　類車WMR36
　　235　鏈與Brockett積分器模型40
　　236　牽引車-掛車WMR41
　24　全向WMR的運動學建模43
　　241　通用多輪全向WMR43
　　242　帶有麥克納姆輪的四輪全向WMR45
　參考文獻48
第3章　移動機器人動力學50
　31　引言50
　32　通用機器人動力學建模50
　　321　牛頓-歐拉動力學模型51
　　322　拉格朗日動力學模型52
　　323　多連桿機器人的拉格朗日模型52
　　324　非完整約束機器人的動力學建模52
　33　差分驅動輪式移動機器人53
　　331　牛頓-歐拉動力學模型53
　　332　拉格朗日動力學模型54
　　333　滑移式WMR的動力學56
　34　類車輪式移動動力學模型60
　35　三輪全向移動機器人62
　36　四麥輪全向機器人66
　參考文獻71
第4章　移動機器人傳感器72
　41　引言72
　42　傳感器的分類與特性72
　　421　傳感器分類72
　　422　傳感器特性74
　43　位置傳感器和速度傳感器74
　　431　位置傳感器74
　　432　速度傳感器76
　44　距離傳感器76
　　441　聲吶傳感器76
　　442　激光傳感器77
　　443　紅外傳感器78
　45　機器人視覺79
　　451　一般問題79
　　452　傳感81
　　453　預處理84
　　454　圖像分割85
　　455　圖像描述85
　　456　圖像識別85
　　457　圖像解釋86
　　458　全向視覺86
　46　其他機器人傳感器91
　　461　陀螺儀91
　　462　羅盤92
　　463　力傳感器和觸覺傳感器92
　47　全球定位系統94
　48　鏡頭與相機光學元件95
　參考文獻97
第5章　移動機器人控制I：基于李雅普諾夫的方法98
　51　引言98
　52　背景概念98
　　521　狀態(tài)空間模型98
　　522　李雅普諾夫穩(wěn)定性102
　　523　狀態(tài)反饋控制105
　　524　二階系統106
　53　通用機器人控制器109
　　531　PD位置控制109
　　532　基于李雅普諾夫穩(wěn)定性的控制設計110
　　533　計算力矩控制111
　　534　笛卡兒空間中的機器人控制112
　54　差分驅動移動機器人的控制113
　　541　非線性運動跟蹤控制114
　　542　動態(tài)跟蹤控制116
　55　差分驅動移動機器人的計算力矩控制117
　　551　運動跟蹤控制117
　　552　動態(tài)跟蹤控制118
　56　類車移動機器人的控制121
　　561　停車控制121
　　562　引導-跟隨系統的控制123
　57　全向移動機器人的控制126
　參考文獻130
第6章　移動機器人控制II：仿射系統和不變流形方法131
　61　引言131
　62　背景概念132
　　621　仿射動態(tài)系統132
　　622　流形137
　　623　使用不變集的李雅普諾夫穩(wěn)定性139
　63　移動機器人的反饋線性化141
　　631　一般問題141
　　632　差分驅動機器人輸入-輸出反饋線性化與軌跡跟蹤147
　64　使用不變集的移動機器人反饋穩(wěn)定控制156
　　641　采用鏈式模型的獨輪車的穩(wěn)定控制156
　　642　由雙Brockett積分器建模的差分驅動機器人的動態(tài)控制158
　　643　采用鏈式模型的類車機器人的穩(wěn)定控制160
　參考文獻167
第7章　移動機器人控制III：自適應控制和魯棒控制168
　71　引言168
　72　背景概念168
　　721　模型參考自適應控制168
　　722　魯棒非線性滑?？刂?70
　　723　使用李雅普諾夫穩(wěn)定方法的魯棒控制173
　73　移動機器人的模型參考自適應控制175
　　731　差分驅動WMR175
　　732　通過輸入-輸出線性化實現自適應控制176
　　733　全向機器人179
　74　移動機器人的滑?？刂?82
　75　極坐標系中的滑?？刂?84
　　751　建模184
　　752　滑?？刂?85
　76　利用李雅普諾夫方法對差分驅動機器人實現魯棒控制186
　　761　標稱控制器188
　　762　魯棒控制器188
　參考文獻190
第8章　移動機器人控制IV：模糊方法和神經方法191
　81　引言191
　82　背景概念192
　　821　模糊系統192
　　822　神經網絡196
　83　模糊和神經機器人控制：一般問題202
　　831　模糊機器人控制202
　　832　神經機器人控制204
　84　移動機器人的模糊控制205
　　841　自適應模糊跟蹤控制器205
　　842　Dubins汽車的模糊局部路徑跟蹤210
　　843　模糊滑模控制214
　85　移動機器人的神經控制220
　　851　采用MLP網絡的自適應跟蹤控制器220
　　852　采用RBF網絡的自適應跟蹤控制器223
　　853　神經控制器的穩(wěn)定性證明223
　參考文獻224
第9章　移動機器人控制V：基于視覺的方法226
　91　引言226
　92　背景概念226
　　921　機器人視覺控制的分類226
　　922　運動學變換227
　　923　相機視覺轉換228
　　924　圖像的雅可比矩陣230
　93　基于位置的視覺控制：一般問題233
　　931　點到點定位233
　　932　基于位姿的運動控制234
　94　基于圖像的視覺控制：一般問題234
　　941　逆雅可比矩陣的應用234
　　942　轉置拓展雅可比矩陣的應用235
　　943　圖像雅可比矩陣的估計236
　95　移動機器人視覺控制237
　　951　位姿穩(wěn)定控制238
　　952　墻壁跟蹤控制240
　　953　引導-跟隨系統的控制241
　96　視野中的路標保持243
　97　自適應線性路徑跟隨視覺控制247
　　971　圖像雅可比矩陣247
　　972　視覺控制器249
　98　基于圖像的移動機器人視覺伺服253
　99　使用全向視覺的移動機器人視覺伺服254
　　991　一般問題：雙曲線、拋物線與橢圓方程254
　　992　折反射投影幾何257
　　993　基于全向視覺的移動機器人視覺伺服263
　參考文獻271
第10章　移動機械臂：建模和控制274
　101　引言274
　102　背景概念274
　　1021　DenavitHartenberg方法274
　　1022　機器人的逆運動學276
　　1023　可操作性測量277
　　1024　平面雙連桿機器人278
　103　移動機械臂的建模281
　　1031　一般運動學模型281
　　1032　一般動力學模型283
　　1033　五自由度非完整約束移動機械臂的建模283
　　1034　全向移動機械臂的建模287
　104　移動機械臂的控制290
　　1041　差分驅動移動機械臂的計算力矩控制290
　　1042　全向移動機械臂的滑?？刂?91
　105　基于視覺的移動機械臂控制296
　　1051　一般問題296
　　1052　全狀態(tài)移動機械臂視覺控制299
　參考文獻304
第11章　移動機器人路徑、運動和任務規(guī)劃306
　111　引言306
　112　一般概念306
　113　移動機器人路徑規(guī)劃308
　　1131　機器人導航中的基本操作308
　　1132　路徑規(guī)劃方法的分類308
　114　基于模型的機器人路徑規(guī)劃309
　　1141　位形空間309
　　1142　路線圖路徑規(guī)劃方法311
　　1143　全球與局部路徑規(guī)劃的集成322
　　1144　全覆蓋路徑規(guī)劃324
　115　移動機器人運動規(guī)劃327
　　1151　一般的在線方法327
　　1152　運動規(guī)劃：使用向量場329
　　1153　解析運動規(guī)劃331
　116　移動機器人任務規(guī)劃335
　　1161　一般問題335
　　1162　規(guī)劃的表示和生成336
　　1163　世界建模、任務規(guī)范和機器人程序綜合338
　參考文獻340
第12章　移動機器人定位與地圖構建343
　121　引言343
　122　背景概念343
　　1221　隨機過程344
　　1222　隨機動力學模型345
　　1223　離散卡爾曼濾波器與預測器345
　　1224　貝葉斯學習346
　123　傳感器瑕疵349
　124　相對定位350
　125　航位推算的運動學分析351
　　1251　差分驅動WMR351
　　1252　艾克曼轉向352
　　1253　三輪驅動352
　　1254　全向驅動352
　126　絕對定位353
　　1261　一般問題353
　　1262　基于三邊測量的定位353
　　1263　基于三角測量的定位355
　　1264　基于地圖匹配的定位356
　127　基于卡爾曼濾波器的定位和傳感器標定及融合357
　　1271　機器人定位357
　　1272　傳感器標定359
　　1273　傳感器融合359
　128　同步定位與地圖構建362
　　1281　一般問題362
　　1282　基于擴展卡爾曼濾波器的SLAM362
　　1283　基于貝葉斯估計的SLAM366
　　1284　基于粒子濾波器的SLAM369
　　1285　基于全向視覺的SLAM371
　參考文獻380
第13章　實驗研究382
　131　引言382
　132　模型參考自適應控制382
　133　基于李雅普諾夫的魯棒控制384
　134　使用基于極坐標的控制器實現位姿穩(wěn)定和泊車控制385
　135　基于不變流形的控制器的穩(wěn)定化386
　136　滑模模糊邏輯控制388
　137　基于視覺的控制389
　　1371　引導-跟隨系統的控制389
　　1372　開閉環(huán)協同控制391
　　1373　基于全向視覺的控制392
　138　全向移動機器人滑模控制396
　139　差分驅動移動機械臂的控制398
　　1391　計算力矩控制398
　　1392　最大可操作性控制399
　1310　基于模糊邏輯的全局和局部集成路徑規(guī)劃器400
　1311　不確定環(huán)境中的模糊神經混合路徑規(guī)劃405
　　13111　路徑規(guī)劃算法406
　　13112　仿真結果406
　1312　基于擴展卡爾曼濾波器的移動機器人SLAM408
　1313　基于粒子濾波器的雙機器人協同SLAM409
　　13131　第一步：預測409
　　13132　第二步：更新410
　　13133　第三步：重采樣410
　　13134　實驗研究410
　1314　基于神經網絡的移動機器人控制和導航411
　　13141　軌跡跟蹤411
　　13142　避障導航413
　1315　差分驅動機器人模糊跟蹤控制415
　1316　基于視覺的差分驅動機器人自適應魯棒跟蹤控制417
　1317　移動機械臂球形全向視覺控制419
　參考文獻420
第14章　移動機器人智能控制的通用系統與軟件架構423
　141　引言423
　142　通用智能控制架構424
　　1421　一般問題424
　　1422　分層的智能控制架構424
　　1423　多分辨率的智能控制架構425
　　1424　參考模型智能控制架構425
　　1425　基于行為的智能控制架構426
　143　移動機器人控制軟件架構的設計特征428
　144　兩種移動機器人控制軟件架構的簡介430
　　1441　面向組件的Jde架構430
　　1442　分層移動機器人控制軟件架構432
　145　兩種移動機器人控制軟件架構的比較評估433
　　1451　初步問題433
　　1452　比較評估435
　146　智能人機交互界面436
　　1461　智能人機交互界面的結構436
　　1462　機器人化的人機交互界面的主要功能437
　　1463　自然語言人機交互界面437
　　1464　圖形化人機交互界面438
　147　兩種智能移動機器人研究原型機440
　　1471　SENARIO智能輪椅441
　　1472　ROMAN智能服務移動機械臂443
　148　對其他問題的進一步討論446
　　1481　異構化設計446
　　1482　模塊化設計449
　參考文獻452
第15章　工作中的移動機器人456
　151　引言456
　152　工廠和工業(yè)中的移動機器人456
　153　社會生活中的移動機器人459
　　1531　救援機器人459
　　1532　機器人手杖、導引助手和醫(yī)院中使用的移動機器人460
　　1533　家務移動機器人462
　154　輔助型移動機器人463
　155　移動型遙操作機器人和網絡機器人465
　156　其他機器人應用案例469
　　1561　戰(zhàn)爭機器人469
　　1562　娛樂機器人471
　　1563　研究型機器人472
　157　移動機器人的安全性473
　參考文獻474
習題477
機器人網站列表495