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《现代机器人学：机构、规划与控制》

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机器人领域世界知名教授撰写。以旋量理论为工具，重构现代机器人学知识体系，名校教授鼎力推荐！

编辑推荐

1. 作者权威。两位作者都是机器人学领域享誉世界的资深学者和知名专家；

2. 深入浅出。读者只需要大学低年级的物理、微分方程、线性代数以及一点算法知识就能理解书中内容；

3. 细致详实。既直观反映机器人本质特性，又抓住学科前沿；

4. 方便学习。提供软件下载，每章末尾都有“本章小结”，并在附录中总结重要概念和公式；

5. 系统思维。统一处理机构、规划与控制并辅以大量练习和配图。

内容简介

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。这既是书名定为《现代机器人学：机构、规划与控制》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。

作者简介

凯文.林茨（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。本书为他撰写的第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。

目录

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　时间最优的时间标度  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

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