機器人學基礎, 3/e

蔡自興

IEEE Fellow和IEEE life Fellow、國際導航與運動控制科學院院士、紐約科學院院士、
聯合國專家，中南大學教授、博士生導師，湖南省自興人工智能研究院首席科學家。
首屆全國高校國家教學名師獎、吳文俊人工智能科技獎成就獎、徐特立教育獎、寶鋼全國優秀教師獎特等獎獲得者。
歷任第八屆湖南省政協副主席和全國政協第九屆和第十屆委員會委員，
兼任中國人工智能學會副理事長及智能機器人專業委員會創會主任，
IEEE計算智能學會評獎委員會委員和IEEE CIS進化計算技術委員會委員等。
是我國人工智能、智能控制、機器人學諸學科的學術帶頭人之一，
被譽為“中國人工智能教育第一人”“中國智能機器人學科創始人”和“中國智能控制奠基者”。
主持教育部國家質量工程教改項目8項，已在國內外出版專著/教材50多部,發表學術論文千餘篇，他引數万次。

目錄
代序
前言
第1章緒論1
1.1機器人學的發展1
1.1.1機器人的由來1
1.1.2機器人的定義2
1.1.3國際機器人學的進展2
1.1.4中國機器人學的進展3
1.2機器人的特點、結構與分類6
1.2.1機器人的主要特點6
1.2.2機器人系統的結構6
1.2.3機器人的自由度8
1.2.4機器人的分類8
1.3機器人學與人工智能12
1.3.1機器人學與人工智能的關係12
1.3.2機器人學的研究領域和智能機器人13
1.4機器人學的應用領域15
1.4.1工業機器人15
1.4.2探索機器人15
1.4.3服務機器人16
1.4.4軍用機器人17
1.5機器人市場的現狀和趨勢17
1.5.1國際機器人市場17
1.5.2中國工業機器人市場19
1.6本書概要19
1.7本章小結20
習題21

第2章數理基礎23
2.1位置和姿態的表示23
2.1.1位置描述23
2.1 .2方位描述23
2.1.3位姿描述24
2.2坐標變換25
2.2.1平移坐標變換25
2.2.2旋轉坐標變換25
2.3齊次坐標變換26
2.3.1齊次變換26
2.3.2平移齊次坐標變換28
2.3.3旋轉齊次坐標變換29
2.4物體的變換及逆變換30
2.4.1物體位置描述30
2.4.2齊次變換的逆變換31
2.4.3變換方程初步33
2.5通用旋轉變換34
2.5.1通用旋轉變換公式34
2.5.2等效轉角與轉軸35
2.6本章小結36
習題37

第3章機器人運動學39
3.1機器人運動方程的表示39
3.1.1運動姿態和方向角40
3.1.2運動位置和坐標42
3.1.3連桿變換矩陣及其乘積…43
3.2機械手運動方程的求解46
3.2.1歐拉變換解46
3.2.2滾、仰、偏變換解49
3.2.3球面變換解50
3.3 PUMA 560機器人運動方程51
3.3.1 PUMA 560運動分析51
3.3.2 PUMA 560運動綜合55
3.4本章小結58
習題58

第4章機器人動力學63
4.1剛體動力學63
4.1.1剛體的動能與位能64
4.1.2動力學方程的兩種求法…66
4.2機械手動力學方程70
4.2.1速度的計算71
4.2.2動能和位能的計算72
4.2.3動力學方程的推導75
4.3本章小結76
習題77

第5章機器人控制79
5.1機器人的基本控制原則79
5.1.1基本控制原則79
5.1.2伺服控制系統舉例82
5.2機器人的位置控制84
5.2.1直流傳動系統的建模84
5.2.2位置控制的基本結構87
5.2.3單關節位置控制器89
5.2.4多關節位置控制器96
5.3機器人的力和位置混合控制98
5.3.1力和位置混合控制方案… 98
5.3.2力和位置混合控制系統控制規律的綜合101
5.4機器人的智能控制105
5.4.1智能控制系統的分類105
5.4.2機器人自適應模糊控制…110
5.4.3多指靈巧手的神經控制…113
5.5深度學習在機器人控制中的應用116
5.6本章小結119
習題120

第6章機器人傳感器123
6.1機器人傳感器概述123
6.1.1機器人傳感器的特點與分類123
6.1.2應用傳感器時應考慮的問題125
6.2內傳感器126
6.2.1位移位置傳感器126
6.2.2速度和加速度傳感器130
6.2.3力覺傳感器131
6.3外傳感器134
6.3.1觸覺傳感器134
6.3.2應力傳感器137
6.3.3接近度傳感器138
6.3.4其他外傳感器140
6.4機器人視覺裝置141
6.4.1機器人眼141
6.4.2視頻信號數字變換器143
6.4.3固態視覺裝置144
6.4.4激光雷達147
6.5本章小結148
習題148

第7章機器人軌跡規劃150
7.1軌跡規劃應考慮的問題150
7.2關節軌蹟的插值計算151
7.2.1三次多項式插值152
7.2.2過路徑點的三次多項式插值153
7.2.3高階多項式插值154
7.2.4用拋物線過渡的線性插值155
7.2.5過路徑點用拋物線過渡的線性插值156
7.3笛卡兒路徑軌跡規劃157
7.4規劃軌蹟的實時生成163
7.5本章小結165
習題166

第8章機器人編程168
8.1機器人編程要求與語言類型168
8.1.1對機器人編程的要求168
8.1.2機器人編程語言的類型…169
8.2機器人語言系統結構和基本功能171
8.2.1機器人語言系統的結構…171
8.2.2機器人編程語言的基本功能171
8.3機器人操作系統ROS173
8.4常用的工業機器人編程語言176
8.4.1 VAL語言176
8.4.2 SIGLA語言177
8.4.3 IML語言178
8.4.4 AL語言178
8.5解釋型腳本語言Python179
8.5 .1 Python語言的基本數據結構180
8.5.2選擇結構和循環結構182
8.5.3 Python的函數183
8.6基於MATLAB的機器人學仿真184
8.6.1坐標變換185
8.6.2構建機器人對象185
8.6.3機器人運動學求解188
8.6.4軌跡規劃188
8.7機器人的離線編程189
8.7.1機器人離線編程的特點和主要內容190
8.7.2機器人離線編程系統的結構191
8.8本章小結194
習題195
參考文獻198