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编辑推荐

本书基于作者多年研究与教学经验并借鉴国内外在机器人学方面的研究成果和教学经验编写而成，内容全面，结构清晰，讲解深入透彻，实用性较强

内容简介

为适应工业机器人、海陆空机器人和共融机器人快速发展的需要，突出机器人学的综合性、新颖性和前瞻性等特点，《机器人学：建模、控制与视觉》一书分建模、控制与视觉三个部分系统地阐述了机器人学的基础内容。
全书包含十七章。第1章为概述，介绍机器人的内涵、应用以及机器人学的研究方向。建模部分包括第2章至第7章，系统介绍机器人机构，刚体位姿描述和齐次变换，刚体速度和静力，操作臂运动学、雅可比矩阵和操作臂动力学。控制部分包括第8章至第13章，介绍轨迹生成、轨迹控制、力的控制、运动规划、协调控制和自适应控制。视觉部分包括第14章至第17章，介绍视觉图像处理、视觉运动控制、轮式移动机器人和飞行机器人。

作者简介

熊有伦，华中科技大学教授，中国科学院院士。1966年毕业于西安交通大学机械工程系，1980年至1982年为英国Sheffield大学控制工程系访问学者，1988年至1989年担任英国Salford大学航空与机械工程系客座教授。长期从事机器人教学与研究工作，出版著作4部，主持国家自然科学基金重大/重点项目、国家973计划项目等多个项目。获得国家科学技术进步二等奖、国家自然科学二等奖。曾任机器人学国家重点实验室学术委员会主任，国家973制造与工程科学领域顾问专家。
李文龙，华中科技大学教授，教育部青年长江学者。获得湖北省杰出青年基金资助。2004年毕业于西安交通大学机械工程及其自动化专业，2010年获华中科技大学机械电子工程专业博士学位，2012年博士后出站并留校任教。长期从事复杂曲面精密测量、工业机器人应用研究与教学工作，主持国家自然科学基金项目、国家973计划项目、航空基金等多个项目，发表论文40余篇，申报专利和著作权30余项，研究成果在航空航天、汽车、核电领域大型复杂零件精密制造中成功应用。
陈文斌，华中科技大学副教授。2012年毕业于华中科技大学，获工学博士学位；2013年至2014年在英国Lincoln大学计算机学院从事博士后研究工作。现为中国机械工程学会机器人分会委员。主要从事人体运动机理认知、人机电一体化机器人系统的建模与运动规划等方面的研究与教学工作，发表学术论文近20篇，申请专利20余项。作为项目负责人和研究骨干，先后主持和参与国家自然科学基金项目、国家973计划项目等科研项目10余项，并获得日内瓦国际发明展金奖。

精彩书评

本书站在多学科综合交叉的视角上，融会贯通多学科知识来介绍机器人学，在具备较强的系统性、基础性的同时又具有较强的前瞻性，可用于深入学习机器人学课程。

目录

第1章 概述（1）
1.1 机器人的内涵（1）
1.2 机器人的应用与发展（4）
1.3 机器人学的研究展望（7）
1.4 机器人学：建模、控制与视觉（11）
第2章 机器人机构（14）
2.1 运动副（14）
2.2 串联机器人机构（15）
2.3 并联机器人机构（20）
2.4 机器人手爪（24）
2.5 探测车悬架机构（27）
2.6 多足步行机器人机构（29）
2.7 RV减速器和谐波减速器（31）
习题（34）
第3章 位姿描述和齐次变换（36）
3.1 刚体位姿描述（36）
3.2 齐次坐标和齐次变换（40）
3.3 运动算子（43）
3.4 变换矩阵的运算（44）
3.5 欧拉角与RPY角（49）
3.6 旋转变换通式（52）
3.7 位姿的综合（57）
3.8 计算的复杂性（59）
习题（60）
第4章 刚体速度和静力（63）
4.1 线矢量（63）
4.2 微分转动与转动速度（66）
4.3 微分运动与运动旋量（71）
4.4 刚体变换的线矢量表示（78）
4.5 螺旋运动（81）
4.6 力旋量（85）
4.7 线矢量、旋量与螺旋（88）
习题（90）
第5章 操作臂运动学（93）
5.1 连杆参数和连杆坐标系（93）
5.2 连杆变换和运动学方程（97）
5.3 PUMA560机器人运动学反解（102）
5.4 指数积公式（107）
5.5 运动学方程的自动生成（112）
5.6 运动学反解的子问题（114）
5.7 运动学的封闭解和解的存在性、唯一性（119）
5.8 驱动空间、关节空间和操作空间（123）
5.9 并联机构运动学（124）
习题（130）
第6章 操作臂的雅可比矩阵（135）
6.1 引例（135）
6.2 速度雅可比矩阵（137）
6.3 逆雅可比矩阵和奇异性（142）
6.4 操作臂的灵巧性（145）
6.5 力雅可比矩阵（148）
6.6 冗余度机器人（153）
6.7 刚度与柔度（157）
6.8 误差标定与补偿（159）
习题（162）
第7章 操作臂动力学（167）
7.1 操作臂动力学概述（167）
7.2 质点系与单刚体动力学（168）
7.3 拉格朗日动力学（173）
7.4 操作臂的拉格朗日方程（176）
7.5 拉格朗日方程的其他形式（180）
7.6 连杆运动的传递（183）
7.7 牛顿欧拉递推动力学方程（187）
7.8 基于指数积的牛顿�才防�方法（191）
7.9 关节空间和操作空间动力学（193）
7.10 动力学性能指标（195）
习题（198）
第8章 轨迹生成（201）
8.1 轨迹规划的一般性问题（201）
8.2 关节轨迹的插值（203）
8.3 笛卡儿空间轨迹规划方法（211）
8.4 利用四元数进行直线轨迹规划（217）
8.5 轨迹的实时生成（222）
8.6 全覆盖路径规划（224）
习题（227）
第9章 操作臂的轨迹控制（229）
9.1 二阶线性系统控制器的分解（230）
9.2 单关节的建模和控制（235）
9.3 操作臂的非线性控制（242）
9.4 操作臂的多关节控制（245）
9.5 实际问题（247）
9.6 工业机器人的集中控制（250）
9.7 分解运动控制（251）
9.8 基于直角坐标的控制（257）
9.9 李雅普诺夫稳定性分析（259）
习题（262）
第10章 机器人的力控制（264）
10.1 概述（264）
10.2 力-力矩传感器（265）
10.3 约束运动与约束坐标系（267）
10.4 力控制规律的分解（270）
10.5 间接力控制（272）
10.6 直接力控制（275）
习题（280）
第11章 运动规划（282）
11.1 空间及运动规划（282）
11.2 广义维罗尼图法（286）
11.3 单元分解法运动规划（288）
11.4 基于采样的运动规划（289）
11.5 人工势力场法（291）
习题（294）
第12章 协调控制（295）
12.1 概述（295）
12.2 双臂协调运动的约束关系（295）
12.3 双臂协调的关节力矩计算（300）
12.4 多指手爪的运动分析（304）
12.5 抓取的稳定性和可操作性（308）
12.6 多指抓取规划和协调控制（310）
习题（315）
第13章 自适应控制（317）
13.1 模型参考自适应控制（318）
13.2 自校正自适应控制（321）
13.3 自适应扰动控制（323）
13.4 PD自适应控制（325）
13.5 自适应鲁棒性联合控制（330）
13.6 直角坐标空间自适应控制（331）
13.7 自适应阻抗控制（334）
13.8 自学习控制（338）
习题（342）
第14章 视觉图像处理（343）
14.1 图像传感器与视觉系统（343）
14.2 图像几何变换与相机成像模型（348）
14.3 空间滤波（351）
14.4 频域滤波（356）
14.5 图像分割（358）
14.6 特征提取（362）
14.7 图像匹配（365）
14.8 图像拼接（368）
习题（372）
第15章 视觉运动控制（373）
15.1 视觉标定（373）
15.2 立体视觉（377）
15.3 视觉检测（383）
15.4 视觉跟踪（388）
15.5 视觉伺服控制（392）
习题（397）
第16章 轮式移动机器人（398）
16.1 简介（398）
16.2 运动学建模（400）
16.3 机动性（405）
16.4 动力学建模（408）
16.5 移动机器人定位（410）
16.6 SLAM与导航（415）
习题（419）
第17章 飞行机器人（420）
17.1 引言（420）
17.2 系统构成（421）
17.3 动力学模型（423）
17.4 控制系统（427）
17.5 全球定位系统GPS（429）
17.6 视觉里程计（431）
习题（434）
附录A 符号与术语（435）
附录B 术语中英文对照（438）
参考文献（441）

前言/序言

21世纪是机器人时代，是智能机器人时代，是人机共融、和谐发展的时代。机器人进入“海陆空”，融入人类社会，成为人们的万能伙伴，将会改变人类的生产方式、生活方式和思维方式。机器人作为传媒的热点，已成为家喻户晓、老幼皆知的话题。机器人学就是在这样的科技生态环境之下衍生而出的。本书面向机器人的未来世界，致力于机器人学的多学科综合交叉、融会贯通，为有关专业的大学生和研究生，以及机器人研究和开发人员提供系统性、基础性和前瞻性的知识。
机器人学是一门综合性学科，将会带动有关技术学科、信息学科以及传媒学科的深度融合与发展。机器人学也是一门课程，将逐渐成为研究型大学有关专业的主干课程。
全书包含十七章，主要内容分为三个部分：建模、控制与视觉。第1章为概述，介绍机器人的内涵、应用以及机器人学的研究方向。建模部分包括第2章至第7章，系统介绍机器人机构，刚体位姿描述和齐次变换，刚体速度和静力，操作臂运动学、雅可比矩阵和操作臂动力学。控制部分包括第8章至第13章，阐述轨迹生成、轨迹控制、力的控制、运动规划、协调控制和自适应控制。视觉部分包括第14章至第17章，介绍视觉图像处理、视觉运动控制、轮式移动机器人和飞行机器人。
我们在20世纪编写的《机器人学》一书出版至今已经25年。本书的前两部分主要参考了该书，仍然保留该书的部分内容，建模部分增添了一章“刚体速度和静力”，介绍李群的李代数、运动旋量和力旋量；控制部分增添了一章“运动规划”，介绍无碰撞路径规划的�部占涓拍睢⑷斯な坪�数方法和导航函数；视觉部分的四章是新增加的，所介绍的有关内容已经成为机器人学的重要部分。
本书的出版是多项国家自然科学基金和国家重点基础研究973项目基金资助的结果，特别是NSFC.No.51327801和NSFC.No.51475187；本书的出版得到了“数字制造装备与技术”国家重点实验室的资助，在此表示感谢。
本书的具体编写分工如下：第2章由陈文斌改写，第7章由丁烨和陈文斌改写，第10章由赵欢改写，第14和第15章由杨华编写，第16章由李文龙编写，第17章由陈文斌和丁烨编写，其余各章由熊有伦编写。全书由熊有伦修改定稿，李文龙和陈文斌协助整理。《机器人学》的两位作者丁汉教授和刘恩沧教授对本书的出版做出了重要贡献，丁汉教授对本书的编写还提出了许多宝贵意见和建议，在此深表感谢。
在编写的过程中，我们参照了《机器人操作》一书，许多教授还提供了宝贵的研究成果和教学经验，在此对杨文玉教授、尹周平教授、熊蔡华教授、孙容磊教授、唐立新教授、黄永安教授、陶波教授和张海涛教授等表示感谢。杨文玉教授和孙容磊教授等阅读了初稿，提出许多宝贵建议。李国民教授和黄田教授向我们介绍了美国和英国有关课程教学改革与教材建设的经验，并提出了许多有益的见解。董伟博士和黄剑博士为本书的出版也做出了贡献。实际上，还有许多专家学者帮助和参与了本书的编写，在此表示感谢。博士生时胜磊、宋开友、王刚、龚泽宇和张宇豪等，结合机器人学课程学习和科研，为本书的出版查阅文献、整理资料、编写程序，甚至协助编写了有关内容。华中科技大学出版社对本书的出版给予了极大的支持，王连弟社长和俞道凯分社长亲自进行选题策划，特别是姚同梅和罗雪两位责任编辑具备敬业精神和严谨学风，促使本书及时出版，保证了本书质量，在此深表感谢。
机器人学是一门综合性学科，涉及的专业范围很广，限于作者的研究水平和教学经验，书中的错误和缺点不可避免，希望任课老师和读者批评指正。

熊有伦2017年7月
华中科技大学机械学院

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