　　《机器人学:建模、规划与控制》在阐述机器人学基础知识的基础上介绍了机器人学的基本技术——建模、规划与控制。全书内容包括机器人运动学、微分运动学与静力学、轨迹规划、执行器与传感器、控制体系、机器人动力学、运动控制、力控制、视觉伺服以及移动机器人、机器人运动规划等。为了向学生传授实用技能，全书穿插有大量精心安排的实例和一些案例研究，其中多数进行了仿真。《机器人学:建模、规划与控制》中提出了许多研究性问题，并介绍和解释了如何采用恰当的工具寻求和获得面向工程的解决方案。此外，《机器人学:建模、规划与控制》每章末附有习题，供读者进一步思考和巩固所学内容；附录部分给出了线性代数、刚体力学、反馈控制、微分几何、图搜索算法等相关内容；《器人学:建模、规划与控制》还配有电子版的题解手册，包含了计算机求解问题的MATLAB源代码，可免费提供给采用《机器人学:建模、规划与控制》作为教材的教师。

精彩书评

　　非常棒！一本教材竞能将机器人的操控技术与移动技术从基础知识到前沿研究这么长跨度的内容囊括其中，并能在数学的深度和物理直觉两方面达到创造性的平衡。　　——奥萨马·卡迪（Oussama Khatib），美国斯坦福大学
　　本书在对机器人力学、规划和控制这些内容的处理上达到了很好的平衡，令人享受到智力上的满足感；本书是每个有抱负的青年机器人研究者书架上的必备之书。　　——朴钟午（Frank Chongwoo Park），韩国首尔国立大学
　　本书清晰地解释了理解*新的机器人学所需要的物理和数学基础。毋庸置疑，这是本科高年级和研究生很好的教材！　　——中村吉彦（Yoshihiko Nakamura），日本东京大学
　　本书不仅提供了经典机器人学的坚实基础，而且保留了作为一本*威参考书的特性，可供进行机器人学最前沿和跨学科的专题研究。　　——安东尼奥·比基（Antonio Bicchi），意大利比萨大学
　　本书以面向前沿、实际应用的眼光，综合而又严谨地处理了不同学科的所有相关概念，使其成为研究生一年级机器人学课程的优秀教材。　　——维杰·库玛尔（Vijay Kumar），美国宾夕法尼亚大学
　　这是一本非常优秀的研究生用书，因其以严谨的形式涵盖了机器人学领域的基础，并实现了与技术层面的良好平衡。　　——亚历山大·泽林斯基（Alexander Zelinsky），澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）　　本书以条理清晰、前后一致和利于教学的方式介绍了机器人学的基本概念，使从本科生到科研人员的所有读者明白，一个有着自身基础的新学科诞生了。　　——让—保罗·劳蒙德（Jean—Paul Laumond），法国国家科学研究中心系统分析与架构实验室（LAAS—CNRS）

丛书序前言第1章引言 1.1机器人学 1.2机器人机械结构 1.2.1机器人机械手 1.2.2移动机器人 1.3工业机器人学 1.4先进机器人学 1.4.1野外机器人 1.4.2服务机器人 1.5机器人建模、规划与控制 1.5.1建模 1.5.2规划 1.5.3控制参考资料第2章运动学 2.1刚体的姿态 2.2旋转矩阵 2.2.1基本旋转 2.2.2向量的表示 2.2.3向量的旋转 2.3旋转矩阵的合成 2.4欧拉角 2.4.1ZYZ角 2.4.2RPY角 2.5角和轴 2.6单位四元数 2.7齐次变换 2.8正运动学 2.8.1开链 2.8.2Denavit—Hartenberg法 2.8.3闭链 2.9典型机械手结构运动学 2.9.1三连杆平面臂 2.9.2平行四边形臂 2.9.3球形臂 2.9.4拟人臂 2.9.5球形腕 2.9.6斯坦福机械手 2.9.7带球形腕的拟人臂 2.9.8DLR机械手 2.9.9类人机械手 2.10关节空间与操作空间 2.10.1工作空间 2.10.2运动学冗余 2.11运动学标定 2.12逆运动学问题 2.12.1三连杆平面臂的求解 2.12.2带球形腕机械手的求解 2.12.3球形臂的求解 2.12.4拟人臂的求解 2.12.5球形腕的求解参考资料习题第3章微分运动学和静力学 3.1几何雅可比矩阵 3.1.1旋转矩阵求导 3.1.2连杆速度 3.1.3雅可比矩阵计算 3.2典型机械手结构的雅可比矩阵 3.2.1三连杆平面臂 3.2.2拟人臂 3.2.3斯坦福机械手 3.3运动学奇点 3.3.1奇点解耦 3.3.2腕奇点 3.3.3臂奇点 3.4冗余分析 3.5逆微分运动学 3.5.1冗余机械手 3.5.2运动学奇点 3.6分析雅可比矩阵 3.7逆运动学算法 3.7.1（广义—）逆雅可比矩阵 3.7.2雅可比矩阵转置 3.7.3方向误差 3.7.4二阶算法 3.7.5逆运动学算法之间的对比 3.8静力学 3.8.1运动静力学二元性 3.8.2速度和力变换 3.8.3闭链 3.9可操纵性椭球体参考资料习题第4章轨迹规划 4.1路径和轨迹 4.2关节空间轨迹 4.2.1点对点运动 4.2.2通过系列点的运动 4.3操作空间轨迹 4.3.1路径基元 4.3.2位置 4.3.3指向参考资料习题第5章执行器与传感器 5.1关节执行系统 5.1.1传动装置 5.1.2伺服发动机 5.1.3功率放大器 5.1.4能源 5.2驱动 5.2.1电气驱动 5.2.2液压驱动 5.2.3传动装置影响 5.2.4位置控制 5.3本体传感器 5.3.1位置传感器 5.3.2速度传感器 5.4外部传感器 5.4.1力传感器 5.4.2距离传感器 5.4.3视觉传感器参考资料习题第6章控制体系 6.1功能体系 6.2编程环境 6.2.1示教 6.2.2面向机器人编程 6.3硬件体系参考资料习题第7章动力学 7.1拉格朗日公式 7.1.1动能计算 7.1.2势能计算 7.1.3运动方程 7.2动力学模型的典型性质 7.2.1矩阵阵B—2C的反对称性 7.2.2动力学参数的线性性 7.3简单机械手结构的动力学模型 7.3.1两连杆笛卡儿臂 7.3.2两连杆平面臂 7.3.3平行四边形臂 7.4动力学参数辨识 7.5牛顿—欧拉公式 7.5.1连杆加速度 7.5.2递归算法 7.5.3示例 7.6动力学正解与逆解问题 7.7轨迹的动态标度 7.8操作空间动力学模型 7.9动力学可操作椭球参考资料习题第8章运动控制 8.1控制问题 8.2关节空间控制 8.3分散控制 8.3.1独立关节控制 8.3.2分散前馈补偿 8.4计算转矩前馈控制 8.5集中控制 8.5.1重力补偿PD控制 8.5.2逆动力学控制 8.5.3鲁棒控制 8.5.4自适应控制 8.6操作空间控制 8.6.1总体方案 8.6.2重力补偿PD控制 8.6.3逆动力学控制 8.7不同控制方案的比较参考资料习题第9章力控制 9.1机械手与外部环境的交互 9.2柔量控制 9.2.1被动柔量 9.2.2主动柔量 9.3阻抗控制 9.4力控制 9.4.1包含内位置回路的力控制 9.4.2包含内速度回路的力控制 9.4.3并联力／位置控制 9.5约束运动 9.5.1刚性环境 9.5.2柔性环境 9.6自然约束与人工约束 9.6.1任务分析 9.7混合力／力矩控制 9.7.1柔性环境 9.7.2刚性环境参考资料习题第10章视觉伺服系统 10.1用于控制的视觉 10.1.1视觉系统配置 10.2图像处理 10.2.1图像分割 10.2.2图像解释 10.3位姿估计 10.3.1解析解 10.3.2相互作用矩阵 10.3.3算法解 10.4立体视觉 10.4.1核面几何 10.4.2三角测量 10.4.3绝对定向 10.4.4根据平面单应性实现的3D重建 10.5相机标定 10.6视觉伺服问题 10.7基于位置的视觉伺服 10.7.1重力补偿PD控制 10.7.2速度分解控制 10.8基于图像的视觉伺服 10.8.1重力补偿PD控制 10.8.2速度分解控制 10.9不同控制方案之间的比较 10.10复合视觉伺服参考资料习题第11章移动机器人 11.1非完整约束 11.1.1可积性条件 11.2运动学模型 11.2.1独轮车 11.2.2两轮车 11.3链式系统 11.4动力学模型 11.5规划 11.5.1规划和时间律 11.5.2平滑输出 11.5.3路径规划 11.5.4轨迹规划 11.5.5最优轨迹 11.6运动控制 11.6.1轨迹跟踪 11.6.2校正 11.7里程定位参考资料习题第12章运动规划 12.1问题的规范描述 12.2位形空间 12.2.1距离 12.2.2障碍 12.2.3障碍举例 12.3基于回缩的路径规划 12.4基于单元分解的路径规划 12.4.1精确分解 12.4.2近似分解 12.5概率规划 12.5.1PRM方法 12.5.2双向RRT方法 12.6基于人工势场的规划方法 12.6.1引力势场 12.6.2斥力势场 12.6.3总势场 12.6.4规划方法 12.6.5局部极小值问题 12.7机器人机械手情形参考资料习题附录A线性代数 A.1定义 A.2矩阵运算 A.3向量运算 A.4线性变换 A.5特征值与特征向量 A.6双线性型与二次型 A.7广义逆 A.8奇异值分解参考资料附录B刚体力学 B.1运动学 B.2动力学 B.3功与能 B.4约束系统参考资料附录C反馈控制 C.1线性系统单输入／单输出控制 C.2非线性机械系统的控制 C.3李亚普诺夫直接法参考资料附录D微分几何 D.1向量场与李氏括号 D.2非线性可控性参考资料附录E图搜索算法 E.1复杂度 E.2广度优先搜索和深度优先搜索 E.3A算法参考资料参考文献索引

精彩书摘

　　使用无刷直流电动机的主要原因是为了消除永磁直流电动机中由于电刷的机械换向所产生的问题。事实上，换向器的存在限制了永磁直流电动机的性能。由于电刷和换向器的接触产生了接触压降，从而产生了电损耗。此外，摩擦和换向过程中线圈的自感所引起的电弧会产生机械损耗。消除产生这些损耗的来源（电刷和换向器）所带来的不便，使得电动机在更高速度和更少材料损耗这方面性能得到了改进。　　定子和转子的功能交换带来了很多的便利之处。电枢线圈放在定子上而不放在转子上有利于散热。转子上没有绕组，以及使用稀土永磁材料的可能性可以使转子结构更加紧凑。紧凑的转子结构可减小转动惯量。因此，在功率相同的情况下，无刷直流电动机的尺寸要比永磁直流电动机的尺寸小，同时使用无刷直流电动机有更好的动态性能。对于在一个特定应用场合选择一个最合适的伺服电动机，成本也是必须考虑的问题。　　步进电动机的应用也非常普遍。执行器是由合适的激磁序列控制的，并且它们的运行不需要电动机转角位置的测量信息。不过，步进电动机的动态性能在很大程度上受到有效载荷的影响，同时步进电动机还会导致机械手机械结构的振荡。这些不便之处限制了步进电动机在微型机械手领域的应用。在这一领域，相对于更高的动态性能，低成本是首先考虑的因素。　　在一些应用中需要用到液压伺服发动机，它基于压缩流体的容积变化这一简单工作原理。从结构的观点来看，液压伺服发动机是由活塞构成的一个或多个腔室构成的（缸体在管室内作往复运动）。线性伺服发动机的行程有限，仅由一个活塞构成。旋转伺服马达的行程不受限制，由多个（通常是奇数个）活塞相对于发动机旋转轴的轴向或径向布置构成。液压伺服发动机的静态和动态性能与电动伺服马达的性能具有可比性。　　……