移動機器人學 數學基礎、模型構建及實現方法
作 者: (美)阿朗佐·凱利(Alonzo Kelly) 著 王巍 等 譯
定 價: 159
出?版?社: 機械工業出版社
出版日期: 2020年01月01日
頁 數: 567
裝 幀: 平裝
ISBN: 9787111633495
●譯者序
前言
章緒論1
1.1移動機器人應用1
1.2移動機器人分類2
1.2.1地面自主移動機器人2
1.2.2服務機器人2
1.2.3清潔和草坪護理機器人3
1.2.4社交機器人3
1.2.5野外機器人4
1.2.6檢測、偵查、監控和勘探機器人5
1.3移動機器人工程6
1.3.1移動機器人子繫統6
1.3.2全書概述6
1.3.3輪式移動機器人基礎8
1.3.4參考文獻與延伸閱讀9
1.3.5習題9
第2章數學基礎10
2.1約定和定義10
2.1.1符號約定10
2.1.2附體坐標繫14
2.1.3參考文獻與延伸閱讀16
2.2矩陣基礎17
2.2.1矩陣運算17
2.2.2矩陣函數19
2.2.3矩陣求逆20
2.2.4秩–零化度定理22
2.2.5矩陣代數23
2.2.6矩陣微積分25
2.2.7萊布尼茨法則31
2.2.8參考文獻與延伸閱讀32
2.2.9習題32
2.3剛體變換基礎33
2.3.1定義33
2.3.2為什麼使用齊次變換33
2.3.3語義和解釋34
2.3.4參考文獻與延伸閱讀43
2.3.5習題44
2.4機構運動學45
2.4.1正運動學45
2.4.2逆運動學49
2.4.3微分運動學52
2.4.4參考文獻與延伸閱讀54
2.4.5習題54
2.5方向和角速度55
2.5.1歐拉角形式的方向表示56
2.5.2角速度和小角度59
2.5.3歐拉角形式的角速度與方向變化率61
2.5.4軸角形式的角速度與方向變化率62
2.5.5參考文獻與延伸閱讀63
2.5.6習題64
2.6傳感器的運動學模型64
2.6.1攝像機的運動學模型64
2.6.2激光測距傳感器的運動學模型65
2.6.3參考文獻與延伸閱讀71
2.6.4習題71
2.7變換圖與位姿網絡71
2.7.1關繫變換71
2.7.2位姿網絡求解74
2.7.3過約束網絡75
2.7.4用於一般位置坐標繫的微分運動學77
2.7.5參考文獻與延伸閱讀81
2.7.6習題81
2數82
2.8.1表示和符號82
2.8數乘法83
2.8.3數運算85
2.8.4三維旋轉表示86
2.8.5姿態和角速度88
2.8.6參考文獻與延伸閱讀90
2.8.7習題90
第3章數值方法92
3.1向量函數的線性化和優化92
3.1.1線性化93
3.1.2目標函數優化94
3.1.3約束優化98
3.1.4參考文獻與延伸閱讀103
3.1.5習題103
3.2方程組103
3.2.1線性繫統103
3.2.2非線性繫統108
3.2.3參考文獻與延伸閱讀110
3.2.4習題110
3.3非線性優化和約束優化111
3.3.1非線性優化111
3.3.2約束優化116
3.3.3參考文獻與延伸閱讀119
3.3.4習題120
3.4微分代數繫統120
3.4.1約束動力學121
3.4.2一階和二階約束運動學繫統123
3.4.3拉格朗日動力學125
3.4.4約束129
3.4.5參考文獻與延伸閱讀133
3.4.6習題133
3.5微分方程的積分134
3.5.1狀態空間中的動力學模型134
3.5.2狀態空間模型的積分134
3.5.3參考文獻與延伸閱讀137
3.5.4習題137
第4章動力學138
4.1動坐標繫138
4.1.1觀測問題138
4.1.2改變參考繫139
4.1.3應用實例:姿態穩定裕度估計143
4.1.4運動狀態的遞歸變換145
4.1.5參考文獻和延伸閱讀148
4.1.6習題149
4.2輪式移動機器人運動學149
4.2.1剛體運動概況150
4.2.2輪式移動機器人固定接觸點的速度運動學152
4.2.3常用轉向繫統配置155
4.2.4參考文獻和延伸閱讀159
4.2.5習題160
4.3約束運動學與動力學160
4.3.1禁止方向的約束161
4.3.2純滾動(無側滑)約束165
4.3.3拉格朗日動力學168
4.3.4地形接觸173
4.3.5軌跡估計與預測175
4.3.6參考文獻和延伸閱讀179
4.3.7習題180
4.4線性繫統理論概述181
4.4.1線性定常繫統181
4.4.2線性動態繫統的狀態空間表示187
4.4.3非線性動態繫統190
4.4.4非線性動態繫統的擾動動力學192
4.4.5參考文獻與延伸閱讀194
4.4.6習題195
4.5預測模型與繫統辨識195
4.5.1制動196
4.5.2轉向197
4.5.3車輛翻倒199
4.5.4車輪打滑和偏航穩定性202
4.5.5動力學模型的參數化和線性化204
4.5.6繫統辨識207
4.5.7參考文獻與延伸閱讀213
4.5.8習題214
第5章最優估計215
5.1隨機變量、隨機過程與隨機變換215
5.1.1不確定性的表征215
5.1.2隨機變量216
5.1.3不確定性變換222
5.1.4隨機過程229
5.1.5參考文獻與延伸閱讀234
5.1.6習題234
5.2協方差傳播與最優估計235
5.2.1連續積分與平均過程的方差235
5.2.2隨機積分239
5.2.3最優估計244
5.2.4參考文獻與延伸閱讀251
5.2.5習題251
5.3狀態空間卡爾曼濾波器252
5.3.1引言252
5.3.2線性離散時間卡爾曼濾波254
5.3.3非線性繫統的卡爾曼濾波256
5.3.4簡單應用實例:二維平面的移動機器人260
……
內容簡介
本書介紹與移動機器人的控制、感知和規劃技術相關的數學基礎、繫統模型、傳感器技術和算法。數學基礎方面,涵蓋矩陣理論、剛體變換、線性與非線性優化、微分代數與微分方程、很優估計等;繫統模型方面,涵蓋運動學和動力學模型、控制繫統模型、傳感器和環境模型等;傳感器技術方面,涵蓋常用的車輪裡程計、超聲波傳感器、激光雷達以及各種視覺傳感器;算法方面,涵蓋位姿估計、觀測誤差估計、同步定位和地圖構建、運動規劃等。本書可作為機器人學相關專業高年級本科生和研究生的教材,也可供該領域的科研人員和工程技術人員參考。
(美)阿朗佐·凱利(Alonzo Kelly) 著 王巍 等 譯
阿朗佐·凱利(Alonzo Kelly),卡內基·梅隆大學機器人研究所教授,研究方向包括機器人的建模、控制、位置估計、運動規劃以及人機交互。在回歸學術界之前,他曾在航天工業領域從業十年。
王巍,北京航空航天大學機器人研究所教授,長期從事機器人學相關的科研與教學工作,研究方向為移動機器人繫統設計和導航控制。承擔多項科學基金和橫向科研課題及工程,完成國家自然科學基金等項目40餘項,發表論文100餘篇,獲得國家發明20餘項。崔維娜北京化工大學教師,主要從事工程制圖、計算機輔助設計、計算機圖形學、機器人學等方面的研究與教學工作。
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