作者：斯皮罗斯·G.扎菲斯塔斯
页数：497
出版社：机械工业出版社
出版日期：2021
ISBN：9787111690429
电子书格式：pdf/epub/txt
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。
本书特色
适读人群 ：本书适用于机器人、电子工程、机械工程、自动控制和计算机等相关专业的高年级本科和研究生教学课程。它也可以作为本领域研究人员和从业人员的入门参考书1，移动机器人是机器人领域的一大重要分支，以移动底座为基础，涉及状态估计、SLAM和自主导航等新内容，例如波士顿动力构建的著名移动机器人，正在被业界广泛关注和应用。
2，本书适用于机器人、电子工程、机械工程、自动控制和计算机等相关专业的高年级本科和研究生教学课程。它也可以作为本领域研究人员和从业人员的入门参考书，书后配套习题。
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 Denavit睭artenberg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
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 Denavit睭artenberg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
