现代机器人学：机构 规划与控制

　　译者序
　　序一
　　序二
　　前言
　　作译者简介
　　第1章　绪论 1
　　第2章　位形空间 8
　　2.1　刚体的自由度 9
　　2.2　机器人的自由度 10
　　2.3　位形空间：拓扑与表达 15
　　2.4　位形与速度约束 18
　　2.5　任务空间与工作空间 21
　　2.6　本章小结 23
　　2.7　推荐阅读 24
　　习题 24
　　第3章　刚体运动 34
　　3.1　平面内的刚体运动 36
　　3.2　旋转与角速度 40
　　3.3　刚体运动与运动旋量 53
　　3.4　力旋量 67
　　3.5　本章小结 68
　　3.6　软件 69
　　3.7　推荐阅读 70
　　习题 71
　　第4章　正向运动学 84
　　4.1　指数积公式 86
　　4.2　通用机器人的描述格式 94
　　4.3　本章小结 98
　　4.4　软件 99
　　4.5　推荐阅读 99
　　习题 99
　　第5章　一阶运动学与静力学 106
　　5.1　机器人雅可比 110
　　5.2　开链机器人的静力学 118
　　5.3　奇异性分析 119
　　5.4　可操作度 122
　　5.5　本章小结 124
　　5.6　软件 125
　　5.7　推荐阅读 125
　　习题 125
　　第6章　逆运动学 134
　　6.1　逆运动学的解析求解 135
　　6.2　逆运动学的数值求解 138
　　6.3　逆向速度运动学 142
　　6.4　有关闭环的一点说明 143
　　6.5　本章小结 144
　　6.6　软件 144
　　6.7　推荐阅读 144
　　习题 145
　　第7章　闭链运动学 150
　　7.1　正、逆运动学 151
　　7.2　微分运动学 154
　　7.3　奇异 157
　　7.4　本章小结 160
　　7.5　推荐阅读 160
　　习题 161
　　第8章　开链动力学 164
　　8.1　拉格朗日方程 165
　　8.2　单刚体动力学 172
　　8.3　牛顿–欧拉逆动力学 178
　　8.4　封闭形式的动力学方程 181
　　8.5　开链机器人的正向动力学 183
　　8.6　任务空间中的动力学 184
　　8.7　受约束动力学 185
　　8.8　URDF中的机器人动力学 187
　　8.9　驱动、传动和摩擦 187
　　8.10　本章小结 194
　　8.11　软件 197
　　8.12　推荐阅读 199
　　习题 199
　　第9章　轨迹生成 202
　　9.1　定义 202
　　9.2　点到点的轨迹 202
　　9.3　多项式中间点的轨迹 208
　　9.4　时间 的时间标度 209
　　9.5　本章小结 215
　　9.6　软件 216
　　9.7　推荐阅读 217
　　习题 217
　　第10章　运动规划 221
　　10.1　运动规划概述 221
　　10.2　基础知识 224
　　10.3　完整路径规划器 231
　　10.4　网格方法 232
　　10.5　采样方法 239
　　10.6　虚拟势场 244
　　10.7　非线性优化 248
　　10.8　平滑 249
　　10.9　本章小结 250
　　10.10　推荐阅读 251
　　习题 253
　　第11章　机器人控制 255
　　11.1　控制系统概述 255
　　11.2　误差动力学 256
　　11.3　速度输入的运动控制 261
　　11.4　力或力矩输入的运动控制 267
　　11.5　力控制 276
　　11.6　运动–力混合控制 278
　　11.7　阻抗控制 281
　　11.8　底层的关节力/力矩控制 283
　　11.9　其他议题 285
　　11.10　本章小结 286
　　11.11　软件 287
　　11.12　推荐阅读 288
　　习题 288
　　第12章　抓握和操作 294
　　12.1　接触运动学 295
　　12.2　接触力和摩擦力 309
　　12.3　操作 316
　　12.4　本章小结 321
　　12.5　推荐阅读 321
　　习题 322
　　第13章　轮式移动机器人 328
　　13.1　轮式移动机器人的类型 328
　　13.2　全向轮式移动机器人 329
　　13.3　非完整轮式移动机器人 333
　　13.4　里程计测距 350
　　13.5　移动操作 352
　　13.6　本章小结 354
　　13.7　推荐阅读 355
　　习题 356
　　附录A　重要公式汇总 363
　　附录B　转动的其他表示方法 369
　　附录C　D-H参数法 376
　　附录D　优化和拉格朗日乘子 383
　　参考文献 385
　　索引 394

　　凯文。M.林奇（Kevin M. Lynch） IEEE会士，1989年在普林斯顿大学获得电子工程学学士学位，1996年在卡内基梅隆大学获得机器人学博士学位。1997年开始一直在西北大学担任教职，先后也在加州理工大学、卡内基梅隆大学、日本筑波大学和中国东北大学担任兼职教授。主要研究方向是机器人操作与移动的动力学、运动规划与控制，自组织多智能体系统，人机物理交互系统等。获得IEEE机器人学与自动化学会的早期职业奖，西北大学杰出教学奖，现为IEEE Robotics and Automation Letter高级编辑，ICRA主编。著有3部教材。朴钟宇（Frank C. Park） IEEE会士，1985年在MIT获得电子工程学学士学位，1991年在哈佛大学获得应用数学博士学位。之后到加州大学尔湾分校担任教职。从1995年开始担任首尔国立大学机械与航空工程系教授。主要研究方向是机器人机构学、规划与控制、视觉与图像处理，以及与应用数学相关的领域。一直担任IEEE机器人学与自动化学会杰出讲师，纽约大学古兰特学院、佐治亚理工学院交互计算系、以及香港科技大学机器人研究所兼职教授。现为IEEE Transactions on Robotics主编，MOOC课程《机器人机构学与控制I和II》的开发者。

　　本书系统地介绍了机器人学的基础理论知识，重心放在机器人机构、规划与控制三个方面，为机器人学的入门教材，可纳入到机器人导论的范畴。
　　全书以现代数学分支之一——旋量理论为工具和桥梁，衔接全书知识体系。这既是书名定位为现代机器人学的主要依据，也是本书区别其他机器人导论类教材的重要特征。
　　全书总共13章，第1章为绪论。第2章主要介绍与机器人机构有关的若干基本概念，第3章作为全书的理论基础，详细讨论如何应用旋量理论构建刚体运动模型的过程；第4?7章主要讲述有关机器人运动学方面的基础内容，包括开链机器人正向运动学（第4章）、一阶运动学与静力学（第5章）、逆向运动学（第6章）和并联机器人运动学（第7章）。第8?11章主要讲述有关机器人动力学、规划与控制方面的基础内容，包括开链机器人动力学建模（第8章）、轨迹生成（第9章）与运动规划算法（第10章）以及经典的机器人控制方法等（第11章）。第12?13章主要介绍机器人的两种典型形态—操作手与移动机器人的基础知识与原理。此外，作为正文的补充，增加了4个附录内容，包括全书重要结论、刚体姿态描述方法、D-H参数法以及优化算法等。
　　本书可作为高年级机器人工程专业本科专业教材或研究生教材，也可作为相关科研人员与工程技术人员参考用书。