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移动机器人控制导论

移动机器人控制导论

作者:[希腊] 斯皮罗斯·G.扎菲斯塔斯(Spyros G.Tzafestas) 著,贾振中,张鼎元,王国磊 等 译

出版社:机械工业出版社

出版时间:2021-10-01

ISBN:9787111690429

定价:¥169.00

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内容简介
  《移动机器人控制导论》对轮式非完整约束全向移动机器人和机械臂的建模、控制和导航方法进行了完整而简明的研究。《移动机器人控制导论》中首先研究了移动机器人的驱动以及相应的运动学和动力学模型,并讨论了移动机器人中常用的传感器。然后,探讨了各种基于模型、无模型和基于视觉的控制器,并统一证明了它们的稳定性和跟踪性能。此外,书中还解决了路径规划、运动规划和任务规划的问题,以及定位和建图等主题的问题。书中还提供了大量的实验结果、移动机器人控制体系结构、系统和软件的概念概述,以及轮式移动机器人和机械臂在工业和生活中的应用。《移动机器人控制导论》是一本重要的技术专著,可以作为移动机器人领域的专业人员和研究人员的参考书,也可以作为大学机器人课程的补充教材。主要特点:清晰地提出移动机器人的概念。通过图表和示例进行详尽的阐述说明。通过大量的实验和模拟实例展示关键技术。无须事先了解预备知识,每一章的内容都从背景知识开始讲解。
作者简介
  斯皮罗斯·G扎菲斯塔斯,希腊雅典国立技术大学电气与计算机工程学院荣誉退休教授。他是一位在智能控制和机器人领域都颇有建树的学者,组织、领导过很多会议以及希腊和欧盟的工程项目。他创立了Journal of Intelligent & Robotic Systems (SCI索引期刊),还曾担任Springer ISCA( Intelligent Systems, Control and Automation )系列书籍的主编。
目录
译者序
前言
主要符号与首字母缩写
关于机器人的名人语录
第1章 移动机器人:一般概念1
 11 引言1
 12 机器人的定义和历史1
  121 机器人是什么1
  122 机器人的发展历史2
 13 地面机器人运动8
  131 腿式运动8
  132 轮式运动10
 参考文献22
第2章 移动机器人运动学23
 21 引言23
 22 背景概念23
  221 机器人的正逆运动学23
  222 齐次变换26
  223 非完整约束28
 23 非完整约束移动机器人30
  231 独轮车30
  232 差分驱动WMR31
  233 三轮车35
  234 类车WMR36
  235 链与Brockett积分器模型40
  236 牵引车-挂车WMR41
 24 全向WMR的运动学建模43
  241 通用多轮全向WMR43
  242 带有麦克纳姆轮的四轮全向WMR45
 参考文献48
第3章 移动机器人动力学50
 31 引言50
 32 通用机器人动力学建模50
  321 牛顿-欧拉动力学模型51
  322 拉格朗日动力学模型52
  323 多连杆机器人的拉格朗日模型52
  324 非完整约束机器人的动力学建模52
 33 差分驱动轮式移动机器人53
  331 牛顿-欧拉动力学模型53
  332 拉格朗日动力学模型54
  333 滑移式WMR的动力学56
 34 类车轮式移动动力学模型60
 35 三轮全向移动机器人62
 36 四麦轮全向机器人66
 参考文献71
第4章 移动机器人传感器72
 41 引言72
 42 传感器的分类与特性72
  421 传感器分类72
  422 传感器特性74
 43 位置传感器和速度传感器74
  431 位置传感器74
  432 速度传感器76
 44 距离传感器76
  441 声呐传感器76
  442 激光传感器77
  443 红外传感器78
 45 机器人视觉79
  451 一般问题79
  452 传感81
  453 预处理84
  454 图像分割85
  455 图像描述85
  456 图像识别85
  457 图像解释86
  458 全向视觉86
 46 其他机器人传感器91
  461 陀螺仪91
  462 罗盘92
  463 力传感器和触觉传感器92
 47 全球定位系统94
 48 镜头与相机光学元件95
 参考文献97
第5章 移动机器人控制I:基于李雅普诺夫的方法98
 51 引言98
 52 背景概念98
  521 状态空间模型98
  522 李雅普诺夫稳定性102
  523 状态反馈控制105
  524 二阶系统106
 53 通用机器人控制器109
  531 PD位置控制109
  532 基于李雅普诺夫稳定性的控制设计110
  533 计算力矩控制111
  534 笛卡儿空间中的机器人控制112
 54 差分驱动移动机器人的控制113
  541 非线性运动跟踪控制114
  542 动态跟踪控制116
 55 差分驱动移动机器人的计算力矩控制117
  551 运动跟踪控制117
  552 动态跟踪控制118
 56 类车移动机器人的控制121
  561 停车控制121
  562 引导-跟随系统的控制123
 57 全向移动机器人的控制126
 参考文献130
第6章 移动机器人控制II:仿射系统和不变流形方法131
 61 引言131
 62 背景概念132
  621 仿射动态系统132
  622 流形137
  623 使用不变集的李雅普诺夫稳定性139
 63 移动机器人的反馈线性化141
  631 一般问题141
  632 差分驱动机器人输入-输出反馈线性化与轨迹跟踪147
 64 使用不变集的移动机器人反馈稳定控制156
  641 采用链式模型的独轮车的稳定控制156
  642 由双Brockett积分器建模的差分驱动机器人的动态控制158
  643 采用链式模型的类车机器人的稳定控制160
 参考文献167
第7章 移动机器人控制III:自适应控制和鲁棒控制168
 71 引言168
 72 背景概念168
  721 模型参考自适应控制168
  722 鲁棒非线性滑模控制170
  723 使用李雅普诺夫稳定方法的鲁棒控制173
 73 移动机器人的模型参考自适应控制175
  731 差分驱动WMR175
  732 通过输入-输出线性化实现自适应控制176
  733 全向机器人179
 74 移动机器人的滑模控制182
 75 极坐标系中的滑模控制184
  751 建模184
  752 滑模控制185
 76 利用李雅普诺夫方法对差分驱动机器人实现鲁棒控制186
  761 标称控制器188
  762 鲁棒控制器188
 参考文献190
第8章 移动机器人控制IV:模糊方法和神经方法191
 81 引言191
 82 背景概念192
  821 模糊系统192
  822 神经网络196
 83 模糊和神经机器人控制:一般问题202
  831 模糊机器人控制202
  832 神经机器人控制204
 84 移动机器人的模糊控制205
  841 自适应模糊跟踪控制器205
  842 Dubins汽车的模糊局部路径跟踪210
  843 模糊滑模控制214
 85 移动机器人的神经控制220
  851 采用MLP网络的自适应跟踪控制器220
  852 采用RBF网络的自适应跟踪控制器223
  853 神经控制器的稳定性证明223
 参考文献224
第9章 移动机器人控制V:基于视觉的方法226
 91 引言226
 92 背景概念226
  921 机器人视觉控制的分类226
  922 运动学变换227
  923 相机视觉转换228
  924 图像的雅可比矩阵230
 93 基于位置的视觉控制:一般问题233
  931 点到点定位233
  932 基于位姿的运动控制234
 94 基于图像的视觉控制:一般问题234
  941 逆雅可比矩阵的应用234
  942 转置拓展雅可比矩阵的应用235
  943 图像雅可比矩阵的估计236
 95 移动机器人视觉控制237
  951 位姿稳定控制238
  952 墙壁跟踪控制240
  953 引导-跟随系统的控制241
 96 视野中的路标保持243
 97 自适应线性路径跟随视觉控制247
  971 图像雅可比矩阵247
  972 视觉控制器249
 98 基于图像的移动机器人视觉伺服253
 99 使用全向视觉的移动机器人视觉伺服254
  991 一般问题:双曲线、抛物线与椭圆方程254
  992 折反射投影几何257
  993 基于全向视觉的移动机器人视觉伺服263
 参考文献271
第10章 移动机械臂:建模和控制274
 101 引言274
 102 背景概念274
  1021 DenavitHartenberg方法274
  1022 机器人的逆运动学276
  1023 可操作性测量277
  1024 平面双连杆机器人278
 103 移动机械臂的建模281
  1031 一般运动学模型281
  1032 一般动力学模型283
  1033 五自由度非完整约束移动机械臂的建模283
  1034 全向移动机械臂的建模287
 104 移动机械臂的控制290
  1041 差分驱动移动机械臂的计算力矩控制290
  1042 全向移动机械臂的滑模控制291
 105 基于视觉的移动机械臂控制296
  1051 一般问题296
  1052 全状态移动机械臂视觉控制299
 参考文献304
第11章 移动机器人路径、运动和任务规划306
 111 引言306
 112 一般概念306
 113 移动机器人路径规划308
  1131 机器人导航中的基本操作308
  1132 路径规划方法的分类308
 114 基于模型的机器人路径规划309
  1141 位形空间309
  1142 路线图路径规划方法311
  1143 全球与局部路径规划的集成322
  1144 全覆盖路径规划324
 115 移动机器人运动规划327
  1151 一般的在线方法327
  1152 运动规划:使用向量场329
  1153 解析运动规划331
 116 移动机器人任务规划335
  1161 一般问题335
  1162 规划的表示和生成336
  1163 世界建模、任务规范和机器人程序综合338
 参考文献340
第12章 移动机器人定位与地图构建343
 121 引言343
 122 背景概念343
  1221 随机过程344
  1222 随机动力学模型345
  1223 离散卡尔曼滤波器与预测器345
  1224 贝叶斯学习346
 123 传感器瑕疵349
 124 相对定位350
 125 航位推算的运动学分析351
  1251 差分驱动WMR351
  1252 艾克曼转向352
  1253 三轮驱动352
  1254 全向驱动352
 126 绝对定位353
  1261 一般问题353
  1262 基于三边测量的定位353
  1263 基于三角测量的定位355
  1264 基于地图匹配的定位356
 127 基于卡尔曼滤波器的定位和传感器标定及融合357
  1271 机器人定位357
  1272 传感器标定359
  1273 传感器融合359
 128 同步定位与地图构建362
  1281 一般问题362
  1282 基于扩展卡尔曼滤波器的SLAM362
  1283 基于贝叶斯估计的SLAM366
  1284 基于粒子滤波器的SLAM369
  1285 基于全向视觉的SLAM371
 参考文献380
第13章 实验研究382
 131 引言382
 132 模型参考自适应控制382
 133 基于李雅普诺夫的鲁棒控制384
 134 使用基于极坐标的控制器实现位姿稳定和泊车控制385
 135 基于不变流形的控制器的稳定化386
 136 滑模模糊逻辑控制388
 137 基于视觉的控制389
  1371 引导-跟随系统的控制389
  1372 开闭环协同控制391
  1373 基于全向视觉的控制392
 138 全向移动机器人滑模控制396
 139 差分驱动移动机械臂的控制398
  1391 计算力矩控制398
  1392 最大可操作性控制399
 1310 基于模糊逻辑的全局和局部集成路径规划器400
 1311 不确定环境中的模糊神经混合路径规划405
  13111 路径规划算法406
  13112 仿真结果406
 1312 基于扩展卡尔曼滤波器的移动机器人SLAM408
 1313 基于粒子滤波器的双机器人协同SLAM409
  13131 第一步:预测409
  13132 第二步:更新410
  13133 第三步:重采样410
  13134 实验研究410
 1314 基于神经网络的移动机器人控制和导航411
  13141 轨迹跟踪411
  13142 避障导航413
 1315 差分驱动机器人模糊跟踪控制415
 1316 基于视觉的差分驱动机器人自适应鲁棒跟踪控制417
 1317 移动机械臂球形全向视觉控制419
 参考文献420
第14章 移动机器人智能控制的通用系统与软件架构423
 141 引言423
 142 通用智能控制架构424
  1421 一般问题424
  1422 分层的智能控制架构424
  1423 多分辨率的智能控制架构425
  1424 参考模型智能控制架构425
  1425 基于行为的智能控制架构426
 143 移动机器人控制软件架构的设计特征428
 144 两种移动机器人控制软件架构的简介430
  1441 面向组件的Jde架构430
  1442 分层移动机器人控制软件架构432
 145 两种移动机器人控制软件架构的比较评估433
  1451 初步问题433
  1452 比较评估435
 146 智能人机交互界面436
  1461 智能人机交互界面的结构436
  1462 机器人化的人机交互界面的主要功能437
  1463 自然语言人机交互界面437
  1464 图形化人机交互界面438
 147 两种智能移动机器人研究原型机440
  1471 SENARIO智能轮椅441
  1472 ROMAN智能服务移动机械臂443
 148 对其他问题的进一步讨论446
  1481 异构化设计446
  1482 模块化设计449
 参考文献452
第15章 工作中的移动机器人456
 151 引言456
 152 工厂和工业中的移动机器人456
 153 社会生活中的移动机器人459
  1531 救援机器人459
  1532 机器人手杖、导引助手和医院中使用的移动机器人460
  1533 家务移动机器人462
 154 辅助型移动机器人463
 155 移动型遥操作机器人和网络机器人465
 156 其他机器人应用案例469
  1561 战争机器人469
  1562 娱乐机器人471
  1563 研究型机器人472
 157 移动机器人的安全性473
 参考文献474
习题477
机器人网站列表495
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