机器人学：建模、控制与视觉（第2版）

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，本书分建模、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、视觉导航、轮式移动机器人和运动规划。
本书可供从事机器人研究开发的科技工作者参考，也可作为研究型大学本科生和研究生的教学用书。

熊有伦（Xiong Youlun，Professor），华中科技大学教授、博士生导师，中国科学院院士，1939年4月出生，湖北枣阳人。1962年毕业于西安交通大学机械工程系，1966年西安交通大学机械制造自动化专业研究生学习毕业，1980年至1982年英国Sheffield大学控制工程系访问学者，1988年至1989年英国Salford大学航空与机械工程系客座教授，1995年荣膺中国科学院院士，2005年被评为“全国先进工作者”，2006年获何梁何利科技奖。 主持包括国家自然科学基金“九五”重大项目、重点项目、973课题等多项国*级重大课题，在数字制造、电子制造、机器人技术等研究领域取得突出成果，发表论文200余篇，出版专著5本，培养博士研究生40余名，获国家科技进步二等奖/三等奖、国家技术发明二等奖各1项，省部级一等奖5项。曾任机械制造系统工程国家重点实验室学术委员会主任，现任高性能复杂制造国家重点实验室、机器人学国家重点实验室学术委员会主任，中国科学-E辑、科学通报编委。

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）
2.7RV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）
3.5RPY角与欧拉角（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）
5.3PUMA560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（120）
5.8驱动空间、关节空间和操作空间（123）
习题（125）
第6章操作臂的雅可比矩阵（130）
6.1引例（130）
6.2速度雅可比矩阵（132）
6.3逆雅可比矩阵和奇异性（137）
6.4操作臂的灵巧性（140）
6.5力雅可比矩阵（143）
6.6冗余度机器人（148）
6.7刚度与柔度（152）
6.8误差标定与补偿（154）
习题（157）
第7章操作臂动力学（162）
7.1操作臂动力学概述（162）
7.2质点系与单刚体动力学（163）
7.3拉格朗日动力学（168）
7.4操作臂的拉格朗日方程（171）
7.5拉格朗日方程的其他形式（175）
7.6连杆运动的传递（178）
7.7牛顿欧拉递推动力学方程（182）
7.8基于指数积的牛顿欧拉方法（187）
7.9关节空间和操作空间动力学（189）
7.10动力学性能指标（191）
习题（194）
第8章轨迹生成（196）
8.1轨迹规划的一般性问题（196）
8.2关节轨迹的插值（198）
8.3笛卡儿空间轨迹规划方法（206）
8.4利用四元数进行直线轨迹规划（212）
8.5轨迹的实时生成（217）
习题（219）
第9章操作臂的轨迹控制（221）
9.1操作臂的单关节传递函数及PD控制（222）
9.2二阶线性系统控制器的分解（230）
9.3操作臂的单关节控制规律分解（235）
9.4操作臂的非线性控制（236）
9.5操作臂的多关节控制（238）
9.6基于直角坐标的控制（240）
9.7李雅普诺夫稳定性分析（242）
习题（245）
第10章操作臂的力控制（247）
10.1概述（247）
10.2力力矩传感器（248）
10.3约束运动与约束坐标系（250）
10.4力控制规律的分解（253）
10.5间接力控制（255）
10.6直接力控制（260）
习题（267）
第11章协调控制（268）
11.1概述（268）
11.2双臂协调运动的约束关系（268）
11.3双臂协调的关节力矩计算（273）
11.4多指手爪的运动分析（277）
11.5抓取的稳定性和可操作性（281）
11.6多指抓取规划和协调控制（283）
习题（288）
第12章视觉图像处理（290）
12.1图像传感器与视觉系统（290）
12.2图像几何变换与摄像机成像模型（295）
12.3空间滤波（298）
12.4频域滤波（303）
12.5图像分割（306）
12.6特征提取（309）
12.7图像匹配（312）
12.8图像拼接（316）
习题（319）
第13章视觉运动控制（321）
13.1视觉标定（321）
13.2立体视觉（325）
13.3视觉检测（331）
13.4视觉跟踪（336）
13.5视觉伺服控制（340）
习题（345）
第14章视觉导航定位（346）
14.1概述（346）
14.2视觉里程计（350）
14.3后端优化（357）
14.4回环检测（362）
14.5建图（365）
14.6激光雷达SLAM（369）
14.7多传感器融合（374）
14.8飞行机器人（377）
习题（381）
第15章汽车式移动机器人（382）
15.1简介（382）
15.2运动学建模（384）
15.3机动性（389）
15.4动力学建模（393）
15.5运动控制（395）
习题（399）
第16章运动规划（401）
16.1空间（401）
16.2广义维罗尼图法（405）
16.3单元分解法与全覆盖路径规划（407）
16.4基于采样的运动规划（410）
16.5人工势力场法（413）
习题（416）
附录A符号与术语（417）
附录B术语中英文对照（421）
参考文献（425）