机器人学 机器视觉与控制 MATLAB算法基础PDF电子书下载

第1章 绪言 1

1.1 关于本书 7

1.1.1 MATLAB软件 7

1.1.2 读者对象及必备知识 9

1.1.3 符号与约定 10

1.1.4 怎样使用本书 10

1.1.5 使用本书教学 11

1.1.6 本书梗概 11

第一部分 基础知识 14

第2章 位置与姿态描述 14

2.1 二维空间位姿描述 17

2.2 三维空间位姿描述 22

2.2.1 三维空间姿态描述 22

2.2.2 平移与旋转组合 34

2.3 本章总结 36

延伸阅读 38

习题 38

第3章 时间与运动 39

3.1 轨迹 39

3.1.1 平滑一维轨迹 39

3.1.2 多维的情况 42

3.1.3 多段轨迹 43

3.1.4 三维空间姿态插值 44

3.1.5 笛卡儿运动 45

3.2 时变坐标系 48

3.2.1 旋转坐标系 48

3.2.2 增量运动 48

3.2.3 惯性导航系统 50

3.3 本章总结 52

延伸阅读 52

习题 53

第二部分 移动机器人 59

第4章 移动机器人载体 59

4.1 机动性 59

4.2 移动机器人小车 62

4.2.1 移动到一个点 65

4.2.2 跟踪一条直线 67

4.2.3 跟踪一般路径 68

4.2.4 运动到一个位姿 70

4.3 飞行机器人 72

4.4 本章总结 78

扩展阅读 79

习题 80

第5章 机器人导航 82

5.1 反应式导航 82

5.1.1 Braitenberg车 83

5.1.2 简单自动机 85

5.2 基于地图的路径规划 87

5.2.1 距离变换 88

5.2.2 D 90

5.2.3 沃罗诺伊路线图法 92

5.2.4 概率路线图方法 95

5.2.5 RRT 98

5.3 本章总结 100

扩展阅读 100

习题 101

第6章 机器人定位 103

6.1 航迹推算 107

6.1.1 机器人建模 107

6.1.2 位姿估计 109

6.2 使用地图 113

6.3 创建地图 117

6.4 定位并制图 119

6.5 蒙特卡罗定位 121

6.6 本章总结 125

扩展阅读 125

习题 127

第三部分 臂型机器人 132

第7章 机械臂运动学 132

7.1 描述一台机械臂 132

7.2 正运动学 135

7.2.1 两连杆机器人 135

7.2.2 六轴机器人 138

7.3 逆运动学 141

7.3.1 封闭形式解 142

7.3.2 数值解 144

7.3.3 欠驱动机械臂 145

7.3.4 冗余机械臂 145

7.4 轨迹 148

7.4.1 关节空间运动 148

7.4.2 笛卡儿运动 151

7.4.3 通过奇异位形的运动 152

7.4.4 位形转换 153

7.5 高级问题 154

7.5.1 关节角偏移 154

7.5.2 确定D-H参数 154

7.5.3 改进D-H参数 156

7.6 应用：绘图 157

7.7 应用：一个简单的步行机器人 158

7.7.1 运动学 158

7.7.2 单腿运动 160

7.7.3 四腿运动 161

7.8 本章总结 162

扩展阅读 162

习题 164

第8章 速度关系 166

8.1 机械手的雅可比矩阵 166

8.1.1 坐标系之间的速度转换 170

8.1.2 末端执行器坐标系的雅可比矩阵 171

8.1.3 解析雅可比矩阵 171

8.1.4 雅可比条件及可操纵性 172

8.2 分解速率运动控制 175

8.2.1 雅可比矩阵的奇异性 178

8.2.2 欠驱动机器人的雅可比矩阵 178

8.2.3 过驱动机器人的雅可比矩阵 180

8.3 力的关系 181

8.3.1 坐标系间的力旋量转换 181

8.3.2 力旋量转换至关节空间 182

8.4 逆运动学：一个通用数值方法 182

8.5 本章总结 184

扩展阅读 184

习题 184

第9章 动力学与控制 186

9.1 运动方程 186

9.1.1 重力 188

9.1.2 惯量矩阵 189

9.1.3 科氏矩阵 191

9.1.4 有效载荷的影响 192

9.1.5 基座力 193

9.1.6 动态可操作性 193

9.2 传动系统 194

9.2.1 摩擦 195

9.3 正向动力学 197

9.4 机械臂关节控制 198

9.4.1 驱动器 198

9.4.2 独立关节控制 199

9.4.3 刚体动力学补偿 205

9.4.4 柔性传动 208

9.5 本章总结 209

扩展阅读 210

习题 211

第四部分 计算机视觉 217

第10章 光与色彩 217

10.1 光的谱表示 217

10.1.1 吸收 219

10.1.2 反射 220

10.2 色彩 221

10.2.1 颜色再造 225

10.2.2 色度空间 227

10.2.3 色彩名称 231

10.2.4 其他颜色空间 231

10.2.5 两种原色之间的转换 233

10.2.6 什么是白色 235

10.3 高级议题 235

10.3.1 颜色的不变性 236

10.3.2 白平衡 237

10.3.3 由于吸收的颜色变化 238

10.3.4 伽玛 238

10.3.5 应用：彩色图像 240

10.4 本章总结 242

扩展阅读 243

习题 244

第11章 图像形成 246

11.1 透视变换 246

11.1.1 透镜畸变 255

11.2 相机标定 256

11.2.1 齐次变换法 257

11.2.2 分解相机标定矩阵 258

11.2.3 位姿估计 259

11.2.4 相机标定工具箱 260

11.3 非透视成像模型 261

11.3.1 鱼眼镜头相机 262

11.3.2 反射折射相机 264

11.3.3 球形相机 266

11.4 统一化成像 268

11.4.1 映射广角图像到球面上 269

11.4.2 合成透视图像 270

11.5 本章总结 272

扩展阅读 272

习题 275

第12章 图像处理 276

12.1 获取图像 276

12.1.1 来自文件的图像 276

12.1.2 来自附带相机的图像 280

12.1.3 来自电影文件的图像 280

12.1.4 来自网络的图像 281

12.1.5 来自代码的图像 282

12.2 一元操作 284

12.3 二元操作 287

12.4 空间操作 291

12.4.1 互相关 291

12.4.2 模板匹配 302

12.4.3 非线性操作 307

12.5 数学形态学 309

12.5.1 去除噪声 312

12.5.2 边界检测 313

12.5.3 形态交离变换 314

12.6 形状变化 315

12.6.1 裁剪 315

12.6.2 图像缩放 316

12.6.3 图像金字塔 317

12.6.4 图像变形 318

12.7 本章总结 321

扩展阅读 323

习题 324

第13章 图像特征提取 326

13.1 区域特征 326

13.1.1 分类 328

13.1.2 图像表示 337

13.1.3 图像描述 341

13.1.4 简要回顾 351

13.2 直线特征 351

13.3 点特征 356

13.3.1 经典角点检测器 356

13.3.2 尺度空间角点检测器 361

13.4 本章总结 366

扩展阅读 367

习题 368

第14章 使用多幅图像 370

14.1 特征匹配 371

14.2 多视图几何学 375

14.2.1 基本矩阵 377

14.2.2 本质矩阵 379

14.2.3 估计基本矩阵 381

14.2.4 平面单应性 385

14.3 立体视觉 390

14.3.1 稀疏立体匹配 390

14.3.2 密集立体匹配 394

14.3.3 峰值细化 401

14.3.4 清理和重构 403

14.3.5 三维纹理映射显示 405

14.3.6 补色立体图 406

14.3.7 图像矫正 407

14.3.8 平面拟合 409

14.3.9 3D点集匹配 410

14.4 结构和运动 412

14.5 应用：透视矫正 418

14.6 应用：拼接 421

14.7 应用：图像匹配和检索 423

14.8 应用：图像序列处理 430

14.9 本章总结 432

扩展阅读 432

习题 436

第五部分 机器人学、视觉与控制 444

第15章 基于视觉的控制 444

15.1 基于位置的视觉伺服 445

15.2 基于图像的视觉伺服 448

15.2.1 相机和图像运动 448

15.2.2 控制特征运动 453

15.2.3 深度 457

15.2.4 控制性能分析 459

15.3 使用其他图像特征 461

15.3.1 直线特征 461

15.3.2 圆特征 463

15.4 本章总结 465

扩展阅读 465

习题 467

第16章 高级视觉伺服 469

16.1 XY/Z分割的IBVS 469

16.2 使用极坐标的IBVS 471

16.3 对一个球面相机的IBVS 473

16.4 应用：机械臂机器人 476

16.5 应用：移动机器人 477

16.5.1 完整约束移动机器人 477

16.5.2 非完整约束移动机器人 478

16.6 应用：飞行机器人 480

16.7 本章总结 481

扩展阅读 481

习题 482

附录 486

附录A安装工具箱 486

附录B Simulink软件 488

附录C MATLAB对象 492

附录D线性代数复习 498

附录E椭圆 504

附录F高斯随机变量 510

附录G雅克比矩阵 513

附录H 卡尔曼滤波 515

附录齐次坐标系 519

附录J图 521

附录K峰值搜索 524

术语 527

参考文献 531