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移動機器人學:數學基礎、模型構建及實現方法 版權信息
- ISBN：9787111633495
- 條形碼：9787111633495 ; 978-7-111-63349-5
- 裝幀：平裝-膠訂
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
移動機器人學:數學基礎、模型構建及實現方法 本書特色
本書遵循數學基礎、模型構建和實現方法的邏輯結構，針對移動機器人運動控制、環境感知和智能規劃所涉及的理論問題進行了深入闡述。 本書首先介紹了機器人建模和參數優化所需的數學方法，包括矩陣理論、剛體模型表達、運動學模型、位姿變換、函數的線性化和優化、方程組求解方法、非線性優化方法、微分代數和微分方程等。在上述數學基礎上，闡述了機器人動力學模型的構建方法。在講解機器人位姿估計理論之前，本書介紹了以概率論為基礎的*估計方法。在明確系統模型和參數辨識方法的基礎上，對移動機器人控制方法進行了系統論述，包括經典控制方法和基于狀態空間的現代控制方法。對變化環境的實時感知是移動機器人區別于工業機器人的另一大特征，因此，本書對移動機器人多種感知傳感器的技術原理及其數據處理算法進行了系統闡述。基于前面的理論和方法，書中詳細介紹了移動機器人的定位和地圖構建這一綜合性技術。*后，本書對移動機器人運動規劃問題進行了探討。
移動機器人學:數學基礎、模型構建及實現方法 內容簡介
卡內基梅隆大學機器人研究所阿朗佐凱利教授經典教材，從理論和實踐的角度涵蓋移動機器人系統設計和編程的所有方面。介紹了控制、定位、映射、感知和規劃的基本子系統。 北航機器人研究所王巍教授與北京化工大學崔維娜老師聯袂翻譯，忠實再現原書內涵與精華。 揭示如何把數學原理應用到移動機器人工程實踐中的優秀指導書。
移動機器人學:數學基礎、模型構建及實現方法 目錄
譯者序
前言
第1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 移動機器人子系統 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 附體坐標系 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 為什么使用齊次變換 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 關系變換 71
2.7.2 位姿網絡求解 74
2.7.3 過約束網絡 75
2.7.4 用于一般位置坐標系的微分運動學 77
2.7.5 參考文獻與延伸閱讀 81
2.7.6 習題 81
2.8 四元數 82
2.8.1 表示和符號 82
2.8.2 四元數乘法 83
2.8.3 其他四元數運算 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 線性系統 103
3.2.2 非線性系統 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 微分代數系統 120
3.4.1 約束動力學 121
3.4.2 一階和二階約束運動學系統 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 動坐標系 138
4.1.1 觀測問題 138
4.1.2 改變參考系 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 常用轉向系統配置 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 線性系統理論概述 181
4.4.1 線性定常系統 181
4.4.2 線性動態系統的狀態空間表示 187
4.4.3 非線性動態系統 190
4.4.4 非線性動態系統的擾動動力學 192
4.4.5 參考文獻與延伸閱讀 194
4.4.6 習題 195
4.5 預測模型與系統辨識 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 系統辨識 207
4.5.7 參考文獻與延伸閱讀 213
4.5.8 習題 214
第5章 *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*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 *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 非線性系統的卡爾曼濾波 256
5.3.4 簡單應用實例：二維平面的移動機器人 260
5.3.5 關于卡爾曼濾波的實用信息 269
5.3.6 其他形式的卡爾曼濾波 274
5.3.7 參考文獻與延伸閱讀 274
5.3.8 習題 275
5.4 貝葉斯估計 276
5.4.1 定義 276
5.4.2 貝葉斯法則 278
5.4.3 貝葉斯濾波 282
5.4.4 貝葉斯建圖 286
5.4.5 貝葉斯定位 292
5.4.6 參考文獻與延伸閱讀 295
5.4.7 習題 295
第6章 狀態估計 296
6.1 位姿估計的數學基礎 296
6.1.1 位姿修正與航位推算法 296
6.1.2 位姿修正 298
6.1.3 三角測量中的誤差傳播 300
6.1.4 實際位姿修正系統 307
6.1.5 航位推算法 308
6.1.6 實際航位推算系統 316
6.1.7 參考文獻與延伸閱讀 316
6.1.8 習題 317
6.2 用于狀態估計的傳感器 318
6.2.1 關節傳感器 318
6.2.2 環境場傳感器 319
6.2.3 慣性參考系 320
6.2.4 慣性傳感器 322
6.2.5 參考文獻與延伸閱讀 327
6.2.6 習題 327
6.3 慣性導航系統 328
6.3.1 引言 328
6.3.2 慣性導航的數學原理 328
6.3.3 慣性導航中的誤差和輔助系統 332
6.3.4 應用實例：簡單的里程計輔助姿態航向基準系統 335
6.3.5 參考文獻與延伸閱讀 338
6.3.6 習題 338
6.4 衛星導航系統 339
6.4.1 引言 339
6.4.2 工作原理 339
6.4.3 狀態測量 340
6.4.4 性能參數 343
6.4.5 運行模式 345
6.4.6 參考文獻與延伸閱讀 346
6.4.7 習題 346
第7章 控制 348
7.1 經典控制 348
7.1.1 引言 348
7.1.2 虛擬彈簧阻尼系統 351
7.1.3 反饋控制 353
7.1.4 參考模型和前饋控制 358
7.1.5 參考文獻與延伸閱讀 361
7.1.6 習題 361
7.2 狀態空間控制 362
7.2.1 引言 362
7.2.2 狀態空間反饋控制 363
7.2.3 應用實例：機器人軌跡跟蹤 366
7.2.4 感知控制 370
7.2.5 轉向軌跡生成 372
7.2.6 參考文獻與延伸閱讀 377
7.2.7 習題 378
7.3 預測控制的優化與建模 378
7.3.1 變分法 378
7.3.2 *優控制 381
7.3.3 模型預測控制 385
7.3.4 求解*優控制問題的方法 387
7.3.5 參數化*優控制 390
7.3.6 參考文獻與延伸閱讀 393
7.3.7 習題 394
7.4 智能控制 394
7.4.1 引言 395
7.4.2 評價 397
7.4.3 表達 399
7.4.4 搜索 405
7.4.5 參考文獻與延伸閱讀 409
7.4.6 習題 410
第8章 感知 411
8.1 圖像處理算子與算法 411
8.1.1 計算機視覺算法分類 412
8.1.2 高通濾波算子 413
8.1.3 低通算子 417
8.1.4 信號和圖像匹配 418
8.1.5 特征檢測 420
8.1.6 區域處理 422
8.1.7 參考文獻與延伸閱讀 425
8.1.8 習題 425
8.2 非接觸傳感器的物理特性及原理 426
8.2.1 非接觸傳感器 426
8.2.2 測距技術 427
8.2.3 輻射信號 430
8.2.4 透鏡、濾光片和反射鏡 436
8.2.5 參考文獻與延伸閱讀 439
8.2.6 習題 440
8.3 感知傳感器 440
8.3.1 激光測距傳感器 440
8.3.2 超聲波測距傳感器 444
8.3.3 可見光攝像機 445
8.3.4 中遠紅外波長攝像機 447
8.3.5 雷達 449
8.3.6 參考文獻與延伸閱讀 451
8.3.7 習題 451
8.4 幾何級與語義級計算機視覺概述 451
8.4.1 像素級分類 451
8.4.2 計算立體視覺 453
8.4.3 障礙物探測 456
8.4.4 參考文獻與延伸閱讀 459
8.4.5 習題 459
第9章 定位和地圖構建 462
9.1 表示和問題 462
9.1.1 引言 462
9.1.2 表示 463
9.1.3 定時和運動問題 465
9.1.4 定位的相關問題 466
9.1.5 結構概述 468
9.1.6 應用實例：無人地面車輛的地形地圖 469
9.1.7 參考文獻與延伸閱讀 473
9.1.8 習題 473
9.2 視覺定位和運動估計 473
9.2.1 引言 473
9.2.2 定位和運動估計的信號對準 479
9.2.3 用于定位和運動估計的特征匹配 483
9.2.4 搜索*優位姿 488
9.2.5 參考文獻與延伸閱讀 496
9.2.6 習題 497
9.3 同步定位與地圖構建 498
9.3.1 引言 498
9.3.2 循環構建地圖的全局一致性 499
9.3.3 回訪檢測 503
9.3.4 離散路標的EKF SLAM 505
9.3.5 應用實例：激光反射器的自動探測 508
9.3.6 參考文獻與延伸閱讀 510
9.3.7 習題 511
第10章 運動規劃 512
10.1 引言 512
10.1.1 路徑規劃簡介 513
10.1.2 路徑規劃的系統闡述 514
10.1.3 無障礙運動規劃 515
10.1.4 參考文獻與延伸閱讀 516
10.1.5 習題 517
10.2 全局路徑規劃的表示與搜索 517
10.2.1 連續運動規劃 517
10.2.2 *優搜索的重要創意 522
10.2.3 一致代價序貫規劃算法 525
10.2.4 加權序貫規劃 529
10.2.5 序貫運動規劃的實現 536
10.2.6 參考文獻與延伸閱讀 538
10.2.7 習題 539
10.3 實時全局運動規劃：在未知的動態環境中的移動 539
10.3.1 引言 539
10.3.2 有限深度搜索 541
10.3.3 實時方法 543
10.3.4 規劃修正方法：D*算法 544
10.3.5 分層規劃 551
10.3.6 參考文獻與延伸閱讀 553
10.3.7 習題 553
索引 554
展開全部
移動機器人學:數學基礎、模型構建及實現方法 作者簡介
---作者簡介---
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。
---譯者簡介---
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系統設計和導航控制。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余項，發表論文100余篇，獲得國家發明專利20余項。
---作者簡介---
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。
---譯者簡介---
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系統設計和導航控制。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余項，發表論文100余篇，獲得國家發明專利20余項。
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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