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