移动机器人控制导论

图书标准信息

• 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 译
• 出版社 机械工业出版社
• 出版时间 2021-10
• 版次 1
• ISBN 9787111690429
• 定价 169.00元
• 装帧 平装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 497页
• 字数 0.36千字

【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 DenavitHartenberg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