前言
第1章緒論1
1.1機(jī)器人學(xué)的起源與發(fā)展1
1.1.1機(jī)器人學(xué)的起源1
1.1.2機(jī)器人學(xué)的發(fā)展2
1.2機(jī)器人的分類3
1.2.1按機(jī)器人的連接方式分類3
1.2.2按機(jī)器人的移動(dòng)性分類5
1.2.3按機(jī)器人的控制方式分類8
1.2.4按機(jī)器人的幾何結(jié)構(gòu)分類8
1.2.5按機(jī)器人的智能程度分類8
1.2.6按機(jī)器人的用途分類9
1.3機(jī)器人學(xué)綜述9
1.3.1機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)技術(shù)9
1.3.2機(jī)器人靜力學(xué)與動(dòng)力學(xué)技術(shù)11
1.3.3機(jī)器人感知與物體識別技術(shù)12
1.3.4機(jī)器人定位與地圖構(gòu)建12
1.3.5機(jī)器人的路徑規(guī)劃與避障技術(shù)12
1.3.6機(jī)器人控制技術(shù)12
1.3.7機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與編程技術(shù)12
習(xí)題13
第2章機(jī)器人數(shù)學(xué)基礎(chǔ)14
2.1齊次坐標(biāo)及位姿矩陣14
2.1.1齊次坐標(biāo)14
2.1.2位姿矩陣16
2.2齊次變換19
2.2.1平移齊次變換19
2.2.2旋轉(zhuǎn)齊次變換21
2.2.3復(fù)合變換及左、右乘規(guī)則25
習(xí)題26
第3章機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析28
3.1機(jī)器人坐標(biāo)系的建立28
3.1.1Standard�睤H坐標(biāo)系28
3.1.2Modified�睤H坐標(biāo)系31
3.2相鄰兩連桿坐標(biāo)系的位姿關(guān)系33
3.2.1相鄰兩連桿坐標(biāo)系的位姿表示33
3.2.2相鄰兩連桿坐標(biāo)系的位姿確定33
3.3機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)34
3.3.1機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方程34
3.3.2斯坦福機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方程35
3.4機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)37
3.4.1機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的解38
3.4.2斯坦福機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解39
3.4.3機(jī)器人的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)編程43
3.4.4機(jī)器人的退化44
3.4.5D�睭表示法的基本問題44
3.5驅(qū)動(dòng)器空間、關(guān)節(jié)空間和笛
卡兒空間44
3.5.1智能移動(dòng)小車關(guān)節(jié)空間與驅(qū)動(dòng)器
空間之間的轉(zhuǎn)換46
3.5.2并聯(lián)機(jī)構(gòu)（腰部關(guān)節(jié)）驅(qū)動(dòng)器
空間與關(guān)節(jié)空間的轉(zhuǎn)換49
習(xí)題53
第4章機(jī)器人速度及靜力學(xué)分析55
4.1機(jī)器人微分運(yùn)動(dòng)55
4.1.1微分平移和微分旋轉(zhuǎn)55
4.1.2微分運(yùn)動(dòng)的等價(jià)變換59
4.2機(jī)器人的雅可比矩陣61
4.2.1雅可比矩陣的定義61
4.2.2雅可比矩陣的求解方法63
4.2.3雅可比矩陣求解舉例64
4.2.4雅可比矩陣的逆69
4.3機(jī)器人速度分析69
4.3.1機(jī)器人速度計(jì)算69
4.3.2機(jī)器人的奇異位形71
4.4機(jī)器人靜力學(xué)分析72
4.4.1機(jī)器人桿件受力分析72
4.4.2機(jī)器人力雅可比矩陣72
4.4.3機(jī)器人靜力計(jì)算74
習(xí)題75
第5章機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析77
5.1牛頓�矚W拉方程77
5.2虛位移原理78
5.2.1虛位移78
5.2.2理想約束78
5.2.3虛位移原理的含義79
5.2.4廣義坐標(biāo)與廣義力79
5.3動(dòng)力學(xué)普遍方程和拉格朗日方程80
5.3.1動(dòng)力學(xué)普遍方程80
5.3.2拉格朗日方程81
5.3.3拉格朗日方程的應(yīng)用舉例83
習(xí)題86
第6章機(jī)器人傳感器及計(jì)算機(jī)
視覺算法87
6.1機(jī)器人傳感器87
6.1.1機(jī)器人傳感器的分類87
6.1.2傳感器的特性指標(biāo)89
6.1.3接近與距離覺傳感器90
6.1.4視覺傳感器97
6.1.5其他外部傳感器102
6.1.6機(jī)器人內(nèi)部傳感器105
6.2圖像處理算法108
6.2.1計(jì)算機(jī)視覺算法分類108
6.2.2圖像預(yù)處理109
6.2.3匹配信號和圖像113
6.2.4特征檢測113
6.2.5區(qū)域處理114
6.3幾何和語義計(jì)算機(jī)視覺方面118
6.3.1像素分類118
6.3.2計(jì)算立體視覺118
6.4雙目視覺系統(tǒng)122
6.4.1攝像頭的參數(shù)標(biāo)定122
6.4.2雙目立體視覺定位實(shí)例126
習(xí)題128
第7章機(jī)器人物體識別129
7.1物體識別概述129
7.1.1物體識別的理解129
7.1.2物體識別的發(fā)展歷程130
7.2傳統(tǒng)的物體識別130
7.2.1維奧拉�箔偹箼z測器131
7.2.2方向梯度直方圖檢測器131
7.2.3形變目標(biāo)識別132
7.3基于深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)檢測算法132
7.3.1基于候選區(qū)域的深度學(xué)習(xí)目標(biāo)
檢測算法133
7.3.2基于回歸方法的深度學(xué)習(xí)目標(biāo)
檢測算法138
7.4YOLO識別算法139
7.4.1滑動(dòng)窗口與CNN139
7.4.2設(shè)計(jì)理念141
7.4.3網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)142
7.4.4網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練143
7.4.5網(wǎng)絡(luò)預(yù)測145
7.5障礙物識別方法147
7.5.1障礙證據(jù)147
7.5.2障礙物識別系統(tǒng)的性能148
7.6實(shí)例149
7.6.1障礙物識別149
7.6.2樹枝識別150
7.6.3目標(biāo)識別152
習(xí)題153
第8章機(jī)器人定位及地圖構(gòu)建154
8.1地圖表示與環(huán)境感知154
8.1.1地圖表示方法154
8.1.2柵格地圖的構(gòu)建156
8.1.3線段特征地圖的構(gòu)建158
8.1.4拓?fù)涞貓D的構(gòu)建160
8.2自主定位162
8.2.1基于外部觀測信息的定位163
8.2.2基于本體觀測信息的定位164
8.2.3控制與觀測相融合的自主定位169
8.3同時(shí)定位及地圖構(gòu)建(SLAM)182
8.3.1經(jīng)典的SLAM框架183
8.3.2SLAM算法介紹183
8.3.3視覺SLAM189
8.3.4激光SLAM195
習(xí)題196
第9章機(jī)器人路徑規(guī)劃與避障197
9.1引言197
9.2路徑規(guī)劃與避障197
9.2.1路徑規(guī)劃198
9.2.2避障204
9.3機(jī)器人軌跡生成213
9.3.1路徑和軌跡213
9.3.2軌跡規(guī)劃213
9.3.3關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃214
9.3.4工作空間的軌跡規(guī)劃217
習(xí)題221
第10章機(jī)器人控制222
10.1機(jī)器人的控制特點(diǎn)和控制技術(shù)222
10.1.1機(jī)器人的控制特點(diǎn)222
10.1.2機(jī)器人的控制技術(shù)224
10.2關(guān)節(jié)空間控制226
10.2.1機(jī)器人單關(guān)節(jié)建模226
10.2.2機(jī)器人線性控制228
10.2.3基于模型的關(guān)節(jié)系統(tǒng)
線性控制231
10.2.4基于模型的關(guān)節(jié)系統(tǒng)非線
性控制235
10.2.5非模型關(guān)節(jié)空間控制方法239
10.2.6關(guān)節(jié)空間控制系統(tǒng)240
10.3工作空間控制243
10.3.1與基于關(guān)節(jié)空間控制方法
的比較243
10.3.2笛卡兒空間的直接控制方法244
10.3.3笛卡兒空間的解耦控制方法245
10.3.4自適應(yīng)控制246
10.4力控制247
10.4.1力/位混合控制的應(yīng)用247
10.4.2局部約束任務(wù)中的控制
坐標(biāo)系247
10.4.3力/位混合控制問題248
10.4.4質(zhì)量�矎椈上到y(tǒng)的力控制248
10.4.5力/位混合控制方法251
習(xí)題253
第11章機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)
與編程254
11.1機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)254
11.1.1直流電動(dòng)機(jī)254
11.1.2交流電動(dòng)機(jī)255
11.1.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)256
11.1.4超聲波電動(dòng)機(jī)257
11.1.5液壓驅(qū)動(dòng)257
11.1.6氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)258
11.1.7機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)258
11.2機(jī)器人編程258
11.2.1編程方式介紹258
11.2.2機(jī)器人編程語言的基本要求
和類別259
11.2.3編程語言的應(yīng)用260
習(xí)題267
參考文獻(xiàn)268