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机器人学:建模、控制与视觉(第2版)

作者:熊有伦,等

定价:88.00

ISBN:9787568062350

图书开本:

出版日期:2020-09-01

大众 教材 建筑

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内容简介

为适应工业机器人、海陆空机器人和共融机器人快速发展的需要,突出机器人学的综合性、新颖性和前瞻性等特点,本书分建模、控制与视觉三个部分系统地阐述了机器人学的基础内容。 全书包含十七章。第1章为概述,介绍机器人的内涵、应用以及机器人学的研究方向。建模部分包括第2章至第7章,系统介绍机器人机构,刚体位姿描述和齐次变换,刚体速度和静力,操作臂运动学、雅可比矩阵和操作臂动力学。控制部分包括第8章至第13章,介绍轨迹生成、轨迹控制、力的控制、运动规划、协调控制和自适应控制。视觉部分包括第14章至第17章,介绍视觉图像处理、视觉运动控制、视觉导航、轮式移动机器人和运动规划。 本书可供从事机器人研究开发的科技工作者参考,也可作为研究型大学本科生和研究生的教学用书。

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作者介绍

熊有伦(Xiong Youlun,Professor),华中科技大学教授、博士生导师,中国科学院院士,1939年4月出生,湖北枣阳人。1962年毕业于西安交通大学机械工程系,1966年西安交通大学机械制造自动化专业研究生学习毕业,1980年至1982年英国Sheffield大学控制工程系访问学者,1988年至1989年英国Salford大学航空与机械工程系客座教授,1995年荣膺中国科学院院士,2005年被评为“全国先进工作者”,2006年获何梁何利科技奖。 主持包括国家自然科学基金“九五”重大项目、重点项目、973课题等多项国家级重大课题,在数字制造、电子制造、机器人技术等研究领域取得突出成果,发表论文200余篇,出版专著5本,培养博士研究生40余名,获国家科技进步二等奖/三等奖、国家技术发明二等奖各1项,省部级一等奖5项。曾任机械制造系统工程国家重点实验室学术委员会主任,现任高性能复杂制造国家重点实验室、机器人学国家重点实验室学术委员会主任,中国科学-E辑、科学通报编委。

书籍目录

第1章概述 ....................1

1.1机器人的内涵 ....................1

1.2机器人的应用与发展 ....................4

1.3机器人学的研究展望 ....................7

1.4机器人学:建模、控制与视觉 ....................11

第2章机器人机构 ....................14

2.1运动副 ....................14

2.2串联机器人机构 ....................15

2.3并联机器人机构 ....................20

2.4机器人手爪 ....................24

2.5探测车悬架机构 ....................27

2.6多足步行机器人机构 ....................29

2.7RV减速器和谐波减速器 ....................31

习题 ....................34

第3章位姿描述和齐次变换 ....................36

3.1刚体位姿描述 ....................36

3.2齐次坐标和齐次变换 ....................40

3.3运动算子 ....................43

3.4变换矩阵的运算 ....................44

3.5RPY角与欧拉角 ....................49

3.6旋转变换通式 ....................52

3.7位姿的综合 ....................57

3.8计算的复杂性 ....................59

习题 ....................60

第4章刚体速度和静力 ....................63

4.1线矢量 ....................63

4.2微分转动与转动速度 ....................66

4.3微分运动与运动旋量 ....................71

4.4刚体变换的线矢量表示 ....................78

4.5螺旋运动 ....................81

4.6力旋量 ....................85

4.7线矢量、旋量与螺旋 ....................88

习题 ....................90

第5章操作臂运动学 ....................93

5.1连杆参数和连杆坐标系 ....................93

5.2连杆变换和运动学方程 ....................97

5.3PUMA560机器人运动学反解 ....................102

5.4指数积公式 ....................107

5.5运动学方程的自动生成 ....................112

5.6运动学反解的子问题 ....................114

5.7运动学的封闭解和解的存在性、唯一性 ....................120

5.8驱动空间、关节空间和操作空间 ....................123

习题 ....................125

第6章操作臂的雅可比矩阵 ....................130

6.1引例 ....................130

6.2速度雅可比矩阵 ....................132

6.3逆雅可比矩阵和奇异性 ....................137

6.4操作臂的灵巧性 ....................140

6.5力雅可比矩阵 ....................143

6.6冗余度机器人 ....................148

6.7刚度与柔度 ....................152

6.8误差标定与补偿 ....................154

习题 ....................157

第7章操作臂动力学 ....................162

7.1操作臂动力学概述 ....................162

7.2质点系与单刚体动力学 ....................163

7.3拉格朗日动力学 ....................168

7.4操作臂的拉格朗日方程 ....................171

7.5拉格朗日方程的其他形式 ....................175

7.6连杆运动的传递 ....................178

7.7牛顿欧拉递推动力学方程 ....................182

7.8基于指数积的牛顿欧拉方法 ....................187

7.9关节空间和操作空间动力学 ....................189

7.10动力学性能指标 ....................191

习题 ....................194

第8章轨迹生成 ....................196

8.1轨迹规划的一般性问题 ....................196

8.2关节轨迹的插值 ....................198

8.3笛卡儿空间轨迹规划方法 ....................206

8.4利用四元数进行直线轨迹规划 ....................212

8.5轨迹的实时生成 ....................217

习题 ....................219

第9章操作臂的轨迹控制 ....................221

9.1操作臂的单关节传递函数及PD控制 ....................222

9.2二阶线性系统控制器的分解 ....................230

9.3操作臂的单关节控制规律分解 ....................235

9.4操作臂的非线性控制 ....................236

9.5操作臂的多关节控制 ....................238

9.6基于直角坐标的控制 ....................240

9.7李雅普诺夫稳定性分析 ....................242

习题 ....................245

第10章操作臂的力控制 ....................247

10.1概述 ....................247

10.2力力矩传感器 ....................248

10.3约束运动与约束坐标系 ....................250

10.4力控制规律的分解 ....................253

10.5间接力控制 ....................255

10.6直接力控制 ....................260

习题 ....................267

第11章协调控制 ....................268

11.1概述 ....................268

11.2双臂协调运动的约束关系 ....................268

11.3双臂协调的关节力矩计算 ....................273

11.4多指手爪的运动分析 ....................277

11.5抓取的稳定性和可操作性 ....................281

11.6多指抓取规划和协调控制 ....................283

习题 ....................288

第12章视觉图像处理 ....................290

12.1图像传感器与视觉系统 ....................290

12.2图像几何变换与摄像机成像模型 ....................295

12.3空间滤波 ....................298

12.4频域滤波 ....................303

12.5图像分割 ....................306

12.6特征提取 ....................309

12.7图像匹配 ....................312

12.8图像拼接 ....................316

习题 ....................319

第13章视觉运动控制 ....................321

13.1视觉标定 ....................321

13.2立体视觉 ....................325

13.3视觉检测 ....................331

13.4视觉跟踪 ....................336

13.5视觉伺服控制 ....................340

习题 ....................345

第14章视觉导航定位 ....................346

14.1概述 ....................346

14.2视觉里程计 ....................350

14.3后端优化 ....................357

14.4回环检测 ....................362

14.5建图 ....................365

14.6激光雷达SLAM ....................369

14.7多传感器融合 ....................374

14.8飞行机器人 ....................377

习题 ....................381

第15章汽车式移动机器人 ....................382

15.1简介 ....................382

15.2运动学建模 ....................384

15.3机动性 ....................389

15.4动力学建模 ....................393

15.5运动控制 ....................395

习题 ....................399

第16章运动规划 ....................401

16.1空间 ....................401

16.2广义维罗尼图法 ....................405

16.3单元分解法与全覆盖路径规划 ....................407

16.4基于采样的运动规划 ....................410

16.5人工势力场法 ....................413

习题 ....................416

附录A符号与术语 ....................417

附录B术语中英文对照 ....................421