基础篇
  第1章　绪论
   1.1　机器人的基本概念与发展历程
   1.2　机器人学的研究领域
   1.3　机器人的特点与基本结构
   1.4　机器人控制的基本方法
    1.4.1　根据控制量分类
    1.4.2　根据控制算法分类
   1.5　本领域的重要学术期刊与会议简介
   参考文献
   习题
  第2章　机器人运动学
   2.1　位置与姿态的表示
    2.1.1　位置描述
    2.1.2　姿态描述
    2.1.3　位姿描述
   2.2　坐标变换
    2.2.1　坐标变换
    2.2.2　齐次坐标变换
   2.3　通用旋转变换
    2.3.1　通用旋转变换
    2.3.2　通用旋转变换的转轴与转角求取
   2.4　连杆变换矩阵
    2.4.1　关节与连杆
    2.4.2　连杆坐标系
    2.4.3　连杆变换矩阵
   2.5　机器人正向运动学
    2.5.1　PUMA560机器人的正向运动学
    2.5.2　MOTOMANK10机器人的正向运动学
    2.5.3　移动机器人的运动学与推算定位法
   2.6　机器人逆向运动学
    2.6.1　解析法
    2.6.2　投影法与解析法相结合
   2.7　机器人的微分运动
    2.7.1　微分变换
    2.7.2　雅可比矩阵
    2.7.3　雅可比矩阵的求取实例
   本章小结
   参考文献
   习题
  第3章　机器人的运动规划
   3.1　工业机器人的运动
    3.1.1　点到点运动
    3.1.2　轨迹跟踪运动
   3.2　工业机器人的关节空间运动规划
    3.2.1　关节空间运动规划
    3.2.2　3次多项式插值
    3.2.3　过路径点的3次多项式插值
    3.2.4　高阶多项式插值
    3.2.5　用抛物线过渡的线性插值
    3.2.6　过路径点的抛物线过渡线性插值
    3.2.7　B样条插值
   3.3　工业机器人的笛卡儿空间运动规划
    3.3.1　位置规划
    3.3.2　姿态规划
   3.4　移动机器人路径规划
    3.4.1　基于栅格的方法
    3.4.2　基于行为的方法
   本章小结
   参考文献
   习题
  第4章　机器人动力学分析
   4.1　拉格朗日—欧拉法
    4.1.1　机器人的连杆速度
    4.1.2　机器人的动能
    4.1.3　机器人的势能
    4.1.4　机器人的动力学方程
    4.1.5　两自由度机器人的动力学方程实例
   4.2　牛顿—欧拉法
    4.2.1　转动坐标系和平移坐标系
    4.2.2　杆件的运动学
    4.2.3　机器人的递归动力学方程
    4.2.4　两自由度机器人的动力学方程实例
   本章小结
   参考文献
   习题
 控制结构篇
  第5章　机器人传感器
   5.1　位置传感器
    5.1.1　电阻式电位器
    5.1.2　编码器
    5.1.3　线性可变差接变压器
    5.1.4　基于磁效应的位移传感器
    5.1.5　微动开关
   5.2　速度与加速度传感器
    5.2.1　测速发电机
    5.2.2　基于编码器的速度测量
    5.2.3　基于多普勒效应的测速系统
    5.2.4　加速度传感器
   5.3　陀螺
    5.3.1　机械陀螺
    5.3.2　压电陀螺
    5.3.3　光学陀螺
    5.3.4　微机械电子陀螺
   5.4　力和力矩传感器
    5.4.1　通过电机电流检测力
    5.4.2　力敏电阻
    5.4.3　压电式力传感器
    5.4.4　应变片
    5.4.5　三维力和力矩传感器
   5.5　接近传感器
   5.6　地磁场传感器
    5.6.1　机械式方向磁罗盘
    5.6.2　磁通门式罗盘
    5.6.3　霍尔效应式罗盘
    5.6.4　磁阻式罗盘
   5.7　距离传感器
    5.7.1　渡越时间测量距离方法
    5.7.2　三角测量方法
    5.7.3　基于结构光的距离测量方法
   5.8　视觉传感器
    5.8.1　光导管摄像机
    5.8.2　数码摄像机
   5.9　接触和触觉传感器
    5.9.1　接触传感器
    5.9.2　压阻式触觉传感器
    5.9.3　电容式触觉传感器
   本章小结
   参考文献
   习题
  第6章　机器人的位置控制
   6.1　工业机器人的关节空间位置控制
    6.1.1　单关节位置控制
    6.1.2　多关节位置控制
    6.1.3　关节位置控制实例
   6.2　工业机器人的笛卡儿空间位置控制
    6.2.1　笛卡儿空间位置控制器
    6.2.2　控制系统软件
    6.2.3　笛卡儿位置控制实验结果
   6.3　基于网络的机器人实时位置控制
    6.3.1　多层次结构的实时控制系统框架
    6.3.2　单机实时控制系统硬件构成
    6.3.3　控制系统软件
    6.3.4　实验结果
   6.4　机器人的位置控制实例
    6.4.1　掩模传输系统简介
    6.4.2　掩模传输机器人的结构
    6.4.3　掩模传输机器人的控制系统
    6.4.4　传输与对准控制
    6.4.5　实验与结果
   6.5　移动机器人的位置控制
    6.5.1　基于行为的移动机器人位置控制
    6.5.2　基于行为的位置控制性能
    6.5.3　实验与结果
   本章小结
   参考文献
   习题
  第7章　机器人的力控制
   7.1　刚度与柔顺
    7.1.1　机器人的刚度
    7.1.2　机器人的柔顺
   7.2　工业机器人的笛卡儿空间静力与关节空间静力的转换
    7.2.1　不同坐标系间的静力变换
    7.2.2　笛卡儿空间与关节空间的静力变换
    7.2.3　主动刚性控制
   7.3　阻抗控制主动柔顺
    7.3.1　力反馈型阻抗控制
    7.3.2　位置型阻抗控制
    7.3.3　柔顺型阻抗控制
   7.4　力和位置混合控制
    7.4.1　R-C力和位置混合控制
    7.4.2　改进的R-C力和位置混合控制
   本章小结
   参考文献
   习题
 先进控制篇
  第8章　机器人传感器信息融合
   8.1　多传感器信息融合的主要方法
   8.2　移动机器人的多传感器信息融合
   8.3　基于多超声传感器的移动机器人信息融合
    8.3.1　D-S证据基本理论
    8.3.2　基于多超声传感器的环境描述
   8.4　基于CCD与多超声传感器的信息融合
    8.4.1　利用CCD摄像机获取物体边缘信息
    8.4.2　利用超声传感器阵列探测物体边缘
    8.4.3　CCD与超声阵列信息融合
    8.4.4　实验研究
   本章小结
   参考文献
   习题
  第9章　机器人的视觉测量与控制
   9.1　机器人视觉系统类型
    9.1.1　根据控制模型进行分类
    9.1.2　根据摄像机与机器人的相互位置分类
    9.1.3　根据摄像机数目分类
    9.1.4　根据是否自然测量进行分类
   9.2　结构光立体视觉测量
    9.2.1　结构光立体视觉测量原理
    9.2.2　结构光双目视觉定位
    9.2.3　实验与结果
   9.3　基于矩形目标约束的视觉测量
   9.4　基于位置的机器人视觉控制
    9.4.1　利用视觉进行位置给定的控制
    9.4.2　基于位置的机器人视觉伺服控制
   9.5　基于图像的视觉伺服控制
    9.5.1　利用图像特征生成给定的控制
    9.5.2　基于图像的机器人视觉伺服控制
   9.6　基于结构光的机器人弧焊混合视觉伺服控制
    9.6.1　图像空间到机器人末端笛卡儿空间的雅可比矩阵
    9.6.2　混合视觉伺服控制
    9.6.3　实验与结果
   9.7　无标定摄像机的立体视觉伺服控制
    9.7.1　基本原理
    9.7.2　立体视觉伺服控制
    9.7.3　实验与结果
   9.8　具有焊缝识别与跟踪功能的弧焊机器人系统
    9.8.1　开放式控制平台框架
    9.8.2　弧焊机器人系统构成
    9.8.3　系统工作原理
    9.8.4　实验与结果
   9.9　具有视觉和听觉功能的机器人头部系统
    9.9.1　系统体系结构
    9.9.2　视觉系统
    9.9.3　语音控制
    9.9.4　机器人的操作任务
    9.9.5　网络通信模块
    9.9.6　实验与结果
   本章小结
   参考文献
   习题
  第10章　多机器人协调与控制
   10.1　概述
   10.2　多机器人系统研究内容
   10.3　机器人环境信息及其群体行为的研究
    10.3.1　多机器人系统研究模型
    10.3.2　机器人子群链型排列的实现
   10.4　多机器人系统基于搜集的任务分配
    10.4.1　多机器人任务分配
    10.4.2　多机器人搜集任务分配算法
   10.5　多机器人系统围捕作业
    10.5.1　机器人策略设计
    10.5.2　evader策略设计
    10.5.3　仿真实验
   本章小结
   参考文献
   习题
  第11章　移动机器人定位与导航
   11.1　定位与导航方法
   11.2　移动机器人CASIA-I
    11.2.1　移动机器人CASIA-I的体系结构
    11.2.2　移动机器人CASIA-I的硬件系统
    11.2.3　移动机器人CASIA-I的软件系统
   11.3　移动机器人CASIA-I的运动学分析与控制
    11.3.1　移动机器人运动学分析
    11.3.2　移动机器人运动控制
   11.4　移动机器人的定位
    11.4.1　基于光电码盘的移动机器人定位
    11.4.2　基于光电码盘和CCD的移动机器人定位
   11.5　基于门牌路标的移动机器人导航
    11.5.1　移动机器人CASIA-I导航
    11.5.2　导航实验
   本章小结
   参考文献
   习题
  第12章　机器人先进控制方法
   12.1　滑模变结构控制在机器人中的应用
    12.1.1　滑模变结构控制原理
    12.1.2　机器人滑模变结构控制
    12.1.3　仿真结果
   12.2　机器人预测控制
    12.2.1　机器人动力学模型
    12.2.2　预测控制原理
    12.2.3　机器人预测控制
    12.2.4　仿真结果
   12.3　模型参考自适应控制在机器人中的应用
    12.3.1　模型参考自适应控制算法
    12.3.2　基于机器人模型的推导
    12.3.3　仿真研究
   12.4　模糊控制在机器人中的应用
    12.4.1　模糊逻辑
    12.4.2　两关节机械手模糊控制器设计
    12.4.3　仿真结果
   12.5　神经网络方法在机器人控制中的应用
    12.5.1　前向多层神经网络
    12.5.2　基于神经网络的机器人控制
   本章小结
   参考文献
   习题
 Contents
 Fundamentals
  Chapter 1　Introduction
   1.1　Robotic Definitions and Development
   1.2　Major Research Topics of Robotics
   1.3　Basic Characteristics and Structure of Robots
   1.4　Basic Methods and Trends of Robot Control
    1.4.1　Classification According to Control Variables
    1.4.2　Classification According to Control Algorithms
   1.5　Important Academic Journals and Conferences on Robotics
   References
   Exercises
  Chapter 2　Robot Kinematics
   2.1　Representation of Position and Orientation
    2.1.1　Position Description
    2.1.2　Orientation Description
    2.1.3　Description of Position and Orientation
   2.2　Coordinate Transformation
    2.2.1　Coordinate Transformation
    2.2.2　Homogenous Coordinate Transformation
   2.3　General Rotation Transformation
    2.3.1　General Rotation Transformation
    2.3.2　Axis and Angle Solution of General Rotation Transformation
   2.4　Transformation Matrix for Links
    2.4.1　Joint and Link
    2.4.2　Link Coordinates
    2.4.3　Transformation Matrix for Links
   2.5　Robot Kinematics
    2.5.1　Kinematics of PUMA 560 Robot
    2.5.2　Kinematics of K 10 Robot
    2.5.3　Kinematics of Mobile Robots and Dead Reckoning
   2.6　Reverse Kinematics of Robot
    2.6.1　Analytic Method
    2.6.2　Combination Method of Projection and Analysis
   2.7　Differential Motion of Robot
    2.7.1　Differential Transformation
    2.7.2　Jacobian Matrix
    2.7.3　Example of Jacobian Matrix Computing
   Summary
   References
   Exercises
  Chapter 3　Motion Planning for Robot
   3.1　Motion of Industrial Robot
    3.1.1　Point-to-Point Motion
    3.1.2　Trajectory Tracking Motion
   3.2　Motion Planning in Joint Space for Industrial Robot
    3.2.1　Motion Planning in Joint Space
    3.2.2　Interpolation Using Cubic Polynomial
    3.2.3　Interpolation with Specified Velocity to Pass by Path Point s Using Cubic Polynomial
    3.2.4　Interpolation Using High Order Polynomial
    3.2.5　Interpolation with Parabola Transition
    3.2.6　Interpolation with Specified Velocity to Pass by Path Point s with Parabola Transition
    3.2.7　Interpolation Using Basic Spline
   3.3　Motion Planning in Cartesian Space for Industrial Robot
    3.3.1　Position Planning
    3.3.2　Orientation Planning
   3.4　Path Planning for Mobile Robot
    3.4.1　Grid Method
    3.4.2　Behavior-based Approach
   Summary
   References
   Exercises
  Chapter 4　Dynamics of Industrial Manipulator
   4.1　Lagrange-Euler Dynamic Formulation
    4.1.1　Manipulator's Link Velocity
    4.1.2　Manipulator's Kinetic Energy
    4.1.3　Manipulator's Potential Energy
    4.1.4　Manipulator's Dynamic Formulation
    4.1.5　Example of 2 DOF Manipulator Dynamic Formulation
   4.2　Newton-Euler Dynamic Formulation
    4.2.1　Rotational and Moving Coordinate Systems
    4.2.2　Kinematics of the Links
    4.2.3　Manipulator's Iterative Dynamic Formulation
    4.2.4　Example of 2DOF Manipulator Dynamic Formulation
   Summary
   References
   Exercises
 Control Structure
  Chapter 5　Robot Sensors
   5.1　Position Sensors
    5.1.1　Regulation Resistance
    5.1.2　Encoder Sensors
    5.1.3　Linear Variable Displacement Transducers
    5.1.4　Displacement Sensors Based on Magnetoreflection
    5.1.5　Microswitch
   5.2　Velocity and Acceleration Sensors
    5.2.1　Tachogenerator
    5.2.2　Velocity Measurement Based on Encoder Sensors
    5.2.3　Doppler Sensors
    5.2.4　Acceleration Sensors
   5.3　Gyroscopes
    5.3.1　Mechanical Gyroscopes
    5.3.2　Piezoelectric Gyroscopes
    5.3.3　Optical Gyroscopes
    5.3.4　MEMS Gyroscopes
   5.4　Force and Torque Sensors
    5.4.1　Force Detection based on Electromotor Current
    5.4.2　Pressure-Sensitive Resistance
    5.4.3　Piezoelectric Force Sensors
    5.4.4　Strain Foil
    5.4.5　3-D Force and Torque Sensors
   5.5　Proximity Sensors
   5.6　Geomagnetic Sensors
    5.6.1　Mechanical Magnetic Compasses
    5.6.2　Fluxgate Compasses
    5.6.3　Hall-Effect Compasses
    5.6.4　Magnetoresistive Compasses
   5.7　Range Finders
    5.7.1　Time-of-Flight Range Measurement Methods
    5.7.2　Triangulation Methods
    5.7.3　Range Measurement Based on Structured Light
   5.8　Vision Sensors
    5.8.1　Vidicon Camera
    5.8.2　Digital Camera
   5.9　Touch and Tactile Sensors
    5.9.1　Touch Sensor
    5.9.2　Tactile Sensors Based on Pressure Sensitive Resistance
    5.9.3　Tactile Sensors Based on Capacitance
   Summary
   References
   Exercises
  Chapter 6　Position Control for Robot
   6.1　Position Control in Joint Space for Industrial Robot
    6.1.1　Position Control of Single Joint
    6.1.2　Position Control of Multiple Joints
    6.1.3　Example of Position Control in Joint Space
   6.2　Position Control in Cartesian Space for Industrial Robots
    6.2.1　Position Controller in Cartesian Space
    6.2.2　Control System Software
    6.2.3　Experimental Results of Position Control in Cartesian Space
   6.3　Real-Time Position Control Based on Local Network for Robot
    6.3.1　A Multi-Level Hierarchy Frame of Real-Time Control System
    6.3.2　Hardware Configuration of Real-time Control System for Single Robot
    6.3.3　Control System Software
    6.3.4　Experiments and Results
   6.4　Example of Position Control for Cartesian Coordinate Robot
    6.4.1　Introduction of the Mask Transport System
    6.4.2　Configuration of the Mask Transport Robot
    6.4.3　Control System of the Mask Transport Robot
    6.4.4　Control of Transport and Alignment
    6.4.5　Experiments and Results
   6.5　Position Control for Mobile Robot
    6.5.1　Position Control Based on Behaviors for Mobile Robot
    6.5.2　Performance of Position Control Based on Behaviors
    6.5.3　Experiments and Results
   Summary
   References
   Exercises
  Chapter 7　Force Control for Robot
   7.1　Rigidity and Compliance
    7.1.1　Robot Rigidity
    7.1.2　Robot Compliance
   7.2　Conversion Between Static Forces in Cartesian Space and Joi nt Space for Industrial Robot
    7.2.1　Conversion Between Static Forces in Different Coordinates
    7.2.2　Conversion Between Static Forces in Cartesian Space and Joi nt Space
    7.2.3　Active Rigidity Control
   7.3　Active Compliance with Resistance Control
    7.3.1　Resistance Control Based on Force Feedback
    7.3.2　Resistance Control Based on Position
    7.3.3　Resistance Control with Compliance
   7.4　Hybrid Control with Force and Position
    7.4.1　R-C Hybrid Control with Force and Position
    7.4.2　Improved R-C Hybrid Control with Force and Position
   Summary
   References
   Exercises
 Advanced Control
  Chapter 8　Multi-Sensor Fusion for Robots
   8.1　Methods for Multi-Sensor Fusion
   8.2　Multi-Sensor Fusion for Mobile Robots
   8.3　Ultrasonic Sensor-Based Multi-Sensor Fusion for Mobile Robots
    8.3.1　Fundamental Theory of D-S Method
    8.3.2　Environment Description Based on Multiple Ultrasonic Sensors
   8.4　Fusion of CCD and Ultrasonic Sensors
    8.4.1　Edge Detection Using CCD Camera
    8.4.2　Edge Detection Using Multiple Ultrasonic Sensors
    8.4.3　Fusion of CCD and Ultrasonic Sensors
    8.4.4　Experiments
   Summary
   References
   Exercises
  Chapter 9　Visual Measure and Control for Robot
   9.1　Category of Robot Visual Systems
    9.1.1　Classification According to Control Model
    9.1.2　Classification According to the Position of Cameras Relati ve to Robot
    9.1.3　Classification According to the Amount of Cameras
    9.1.4　Classification According to Measure Principle
   9.2　Stereovision Measure Based on Structured Light
    9.2.1　Measure Principle of Structured Light Stereovision
    9.2.2　Positioning with Structured Light Stereovision
    9.2.3　Experiments and Results
   9.3　Visual Positioning Based on Rectangle Constraint
   9.4　Position-Based Visual Control for Robot
    9.4.1　Control Method Using Visual Measure to Preset Given Position
    9.4.2　Position-Based Visual Servoing Control for Robot
   9.5　Image-Based Visual Control for Robot
    9.5.1　Control Method Using Visual Features to Form Given Position
    9.5.2　Image-Based Visual Control for Robot
   9.6　Hybrid Visual Servoing Control for Robotic Arc Welding Base d on Structured Light Vision
    9.6.1　Jacobian Matrix from the Image Space to the Cartesian Space o f the End-Effector
    9.6.2　Hybrid Visual Servoing Control
    9.6.3　Experiments and Results
   9.7　Visual Servoing Control with Un-Calibrated Cameras
    9.7.1　Basic Principle
    9.7.2　Stereovision Servoing Control
    9.7.3　Experiments and Results
   9.8　Robotic Arc Welding System with the Functions of Welding Sea m Recognition and Tracking
    9.8.1　Frame of Open Structure Controller for Intelligent Robots
    9.8.2　Configuration of Robotic Arc Welding System
    9.8.3　System Principle
    9.8.4　Experiments and Results
   9.9　Robot Head with Visual and Acoustical Functions
    9.9.1　System Architecture
    9.9.2　Vision System
    9.9.3　Voice Control
    9.9.4　Robot's Manipulating Tasks
    9.9.5　Network Communication Module
    9.9.6　Experiments and Results
   Summary
   References
   Exercises
  Chapter 10　Multi-Robot Coordination and Control
   10.1　Introduction
   10.2　Research Topics of Multi-robot System
   10.3　Study on Environmental Information and Group Behavior for R obots
    10.3.1　Research Model of Multi-robot System
    10.3.2　Chains Formation of Robots
   10.4　Foraging-based Task Allocation of Multi-robot System
    10.4.1　Multi-robot Task Allocation
    10.4.2　Allocation Algorithms for Foraging Task
   10.5　Multi-robot Hunting
    10.5.1　Strategy Design for Hunting Robots
    10.5.2　Strategy Design for Evader
    10.5.3　Simulations
   Summary
   References
   Exercises
  Chapter 11　Localization and Navigation for Mobile Robots
   11.1　Localization and Navigation Methods
   11.2　Mobile Robot CASIA-I
    11.2.1　System Architecture
    11.2.2　Hardware System
    11.2.3　Software System
   11.3　Kinematics Analysis and Control of CASIA-I
    11.3.1　Kinematics Analysis of CASIA-I
    11.3.2　Motion Control of CASIA-I
   11.4　Mobile Robot Localization
    11.4.1　Odometer-Based Mobile Robot Localization 397
    11.4.2　Mobile Robot Localization Using Odometer and CCD Camera
   11.5　Mobile Robot Navigation Using Doorplate Landmarks
    11.5.1　CASIA-I Navigation
    11.5.2　Navigation Experiments
   Summary
   References
   Exercises
  Chapter 12　Advanced Control Methods for Robots
   12.1　Sliding Mode Control for Robots
    12.1.1　Sliding Mode Control Theory
    12.1.2　Sliding Mode Control for Robots
    12.1.3　Simulation Results
   12.2　Predictive Control for Robots
    12.2.1　Dynamic Model of Robot
    12.2.2　Predictive Control Method
    12.2.3　Predictive Control of Robot
    12.2.4　Simulation Results
   12.3　Model Reference Adaptive Control for Robots
    12.3.1　Model Reference Adaptive Control Algorithm
    12.3.2　Model Reference Adaptive Control for Robots
    12.3.3　Simulation Results
   12.4　Fuzzy Control Method for Robots
    12.4.1　Fuzzy Logic Control Methods
    12.4.2　Fuzzy Logic Control for a Two-Link Robot
    12.4.3　Simulation Results
   12.5　Neural Networks for Robot Control
    12.5.1　Feedforward Neural Networks
    12.5.2　Neural Control for Robots
   Summary
   References
   Exercises