機(jī)器人綜合設(shè)計(jì)與實(shí)踐

第1章 緒論 1
1.1 機(jī)器人的起源與發(fā)展 1
1.1.1 機(jī)器人的起源 1
1.1.2 機(jī)器人的發(fā)展 2
1.2 機(jī)器人的分類 3
1.2.1 按機(jī)器人的連接方式分類 3
1.2.2 按機(jī)器人的移動性分類 5
1.2.3 按機(jī)器人的控制方式分類 8
1.2.4 按機(jī)器人的幾何結(jié)構(gòu)分類 9
1.2.5 按機(jī)器人的智能程度分類 9
1.2.6 按機(jī)器人的用途分類 9
1.3 本書綜述 10
1.3.1 機(jī)器人運(yùn)動學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐 10
1.3.2 機(jī)器人感知和物體識別設(shè)計(jì)與實(shí)踐 12
1.3.3 機(jī)器人定位和地圖構(gòu)建設(shè)計(jì)與實(shí)踐 12
1.3.4 機(jī)器人規(guī)劃和避障設(shè)計(jì)與實(shí)踐 12
1.3.5 機(jī)器人控制設(shè)計(jì)與實(shí)踐 12
1.4 本章小結(jié) 12
習(xí)題1 13
第2章 機(jī)器人綜合設(shè)計(jì)與實(shí)踐平臺 14
2.1 引言 14
2.2 硬件系統(tǒng) 16
2.2.1 雙目視覺系統(tǒng) 17
2.2.2 雙臂作業(yè)系統(tǒng) 18
2.2.3 腰部3-RPS并聯(lián)機(jī)構(gòu) 19
2.2.4 移動小車平臺 19
2.3 軟件系統(tǒng) 20
2.3.1 機(jī)器人模型 20
2.3.2 機(jī)器人通信 22
2.4 本章小結(jié) 23
習(xí)題2 23
第3章 機(jī)器人正運(yùn)動學(xué)綜合設(shè)計(jì)與實(shí)踐 24
3.1 機(jī)器人正運(yùn)動學(xué)理論基礎(chǔ) 24
3.1.1 機(jī)器人Standard-DH坐標(biāo)系 24
3.1.2 機(jī)器人Modified-DH坐標(biāo)系 26
3.1.3 相鄰兩連桿坐標(biāo)系的位姿表達(dá) 27
3.1.4 相鄰兩連桿坐標(biāo)系的位姿確定 27
3.1.5 機(jī)器人正運(yùn)動學(xué) 29
3.2 機(jī)器人正運(yùn)動學(xué)綜合設(shè)計(jì) 30
3.2.1 感知系統(tǒng)正運(yùn)動學(xué) 31
3.2.2 主作業(yè)系統(tǒng)正運(yùn)動學(xué) 34
3.2.3 輔助作業(yè)系統(tǒng)正運(yùn)動學(xué) 36
3.2.4 3-RPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)正運(yùn)動學(xué) 37
3.3 機(jī)器人正運(yùn)動學(xué)綜合實(shí)踐 40
3.3.1 仿真模型建立 40
3.3.2 正運(yùn)動學(xué)仿真 42
3.3.3 正運(yùn)動學(xué)實(shí)踐 43
3.4 本章小結(jié) 46
習(xí)題3 47
第4章 機(jī)器人逆運(yùn)動學(xué)綜合設(shè)計(jì)與實(shí)踐 48
4.1 機(jī)器人逆運(yùn)動學(xué)理論基礎(chǔ) 48
4.1.1 逆運(yùn)動學(xué)定義 48
4.1.2 機(jī)器人逆運(yùn)動學(xué)的解 48
4.2 機(jī)器人逆運(yùn)動學(xué)綜合設(shè)計(jì) 49
4.2.1 主作業(yè)系統(tǒng)逆運(yùn)動學(xué) 50
4.2.2 輔助作業(yè)系統(tǒng)逆運(yùn)動學(xué) 61
4.2.3 3-RPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)逆運(yùn)動學(xué) 62
4.3 機(jī)器人逆運(yùn)動學(xué)綜合實(shí)踐 64
4.4 本章小結(jié) 67
習(xí)題4 67
第5章 機(jī)器人視覺感知與SLAM 69
5.1 概述 69
5.2 機(jī)器人視覺感知系統(tǒng)理論基礎(chǔ) 70
5.2.1 相機(jī)成像模型 70
5.2.2 坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系 71
5.3 機(jī)器人視覺感知系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì) 73
5.3.1 攝像頭選擇 73
5.3.2 攝像頭標(biāo)定 74
5.3.3 視覺里程計(jì)設(shè)計(jì) 75
5.3.4 特征點(diǎn)檢測算法選擇 75
5.3.5 相機(jī)的運(yùn)動估計(jì) 79
5.3.6 閉環(huán)檢測及關(guān)鍵幀選取策略 81
5.3.7 位姿圖優(yōu)化 84
5.4 機(jī)器人視覺感知系統(tǒng)綜合實(shí)踐 86
5.4.1 特征點(diǎn)匹配對比分析實(shí)踐 86
5.4.2 誤匹配特征點(diǎn)剔除的實(shí)驗(yàn)及分析改進(jìn)實(shí)踐 95
5.4.3 建圖的要求及分類 98
5.5 本章小結(jié) 100
習(xí)題5 100
第6章 機(jī)器人目標(biāo)識別綜合設(shè)計(jì)與實(shí)踐 101
6.1 概述 101
6.2 機(jī)器人目標(biāo)識別理論基礎(chǔ) 101
6.2.1 傳統(tǒng)的物體識別 101
6.2.2 基于深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)檢測算法 103
6.3 機(jī)器人目標(biāo)識別綜合設(shè)計(jì) 110
6.3.1 邊界框的預(yù)測 111
6.3.2 損失函數(shù) 112
6.3.3 特征提取網(wǎng)絡(luò) 113
6.3.4 多種網(wǎng)絡(luò)對比效果 114
6.4 機(jī)器人目標(biāo)識別綜合實(shí)踐 115
6.4.1 加深網(wǎng)絡(luò)層級 115
6.4.2 基于圖像金字塔的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu) 117
6.4.3 K-means先驗(yàn)框聚類 119
6.5 本章小結(jié) 119
習(xí)題6 120
第7章 機(jī)器人路徑規(guī)劃綜合設(shè)計(jì)與實(shí)踐 121
7.1 概述 121
7.2 機(jī)器人路徑規(guī)劃理論基礎(chǔ) 121
7.3 機(jī)器人路徑規(guī)劃綜合設(shè)計(jì) 122
7.3.1 二維空間全局路徑規(guī)劃 122
7.3.2 三維空間內(nèi)路徑規(guī)劃 126
7.4 機(jī)器人路徑規(guī)劃綜合實(shí)踐 131
7.4.1 二維空間內(nèi)路徑規(guī)劃實(shí)踐 131
7.4.2 三維空間內(nèi)路徑仿真實(shí)驗(yàn) 134
7.4.3 路徑平滑處理 136
7.5 本章小結(jié) 137
習(xí)題7 137
第8章 機(jī)器人軌跡規(guī)劃綜合設(shè)計(jì)與實(shí)踐 138
8.1 概述 138
8.2 機(jī)器人軌跡規(guī)劃理論基礎(chǔ) 138
8.3 機(jī)器人軌跡規(guī)劃綜合設(shè)計(jì) 139
8.3.1 關(guān)節(jié)空間下的軌跡規(guī)劃 139
8.3.2 工作空間下的軌跡規(guī)劃 141
8.3.3 機(jī)器人雙臂協(xié)調(diào)運(yùn)動規(guī)劃 146
8.4 機(jī)器人軌跡規(guī)劃綜合實(shí)踐 149
8.4.1 關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃 149
8.4.2 工作空間軌跡規(guī)劃 151
8.4.3 雙臂協(xié)調(diào)抓取任務(wù) 152
8.5 本章小結(jié) 155
習(xí)題8 155
第9章 機(jī)器人控制綜合設(shè)計(jì)與實(shí)踐 156
9.1 概述 156
9.2 機(jī)器人控制理論基礎(chǔ) 156
9.2.1 機(jī)器人控制器 156
9.2.2 機(jī)器人控制變量 157
9.2.3 機(jī)器人控制層次 157
9.2.4 機(jī)器人控制技術(shù) 159
9.3 機(jī)器人控制綜合設(shè)計(jì) 160
9.3.1 機(jī)器人驅(qū)動器空間控制綜合設(shè)計(jì) 162
9.3.2 機(jī)器人關(guān)節(jié)空間控制綜合設(shè)計(jì) 169
9.3.3 機(jī)器人工作空間控制綜合設(shè)計(jì) 173
9.4 機(jī)器人控制綜合實(shí)踐 175
9.4.1 機(jī)器人驅(qū)動器空間控制綜合實(shí)踐 175
9.4.2 機(jī)器人關(guān)節(jié)空間控制綜合實(shí)踐 177
9.4.3 機(jī)器人工作空間控制綜合實(shí)踐 182
9.5 本章小結(jié) 188
習(xí)題9 188
0章 機(jī)器人綜合實(shí)踐 189
10.1 概述 189
10.1.1 軟、硬件系統(tǒng)介紹 189
10.1.2 軟件系統(tǒng) 190
10.2 SLAM系統(tǒng)性能分析 190
10.2.1 Tum數(shù)據(jù)集性能測試分析 190
10.2.2 建圖實(shí)驗(yàn) 193
10.3 目標(biāo)物識別及三維環(huán)境重建實(shí)踐 197
10.3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集及相關(guān)參數(shù)說明 197
10.3.2 目標(biāo)物、環(huán)境障礙物識別效果 198
10.3.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)性能測試 199
10.3.4 環(huán)境障礙物三維重建實(shí)驗(yàn) 202
10.4 目標(biāo)物抓取實(shí)驗(yàn) 205
10.4.1 抓取實(shí)驗(yàn)示例 205
10.4.2 誤差校正 208
10.4.3 雙臂抓取實(shí)驗(yàn) 211
10.5 本章小結(jié) 212
習(xí)題10 212
參考文獻(xiàn) 213
附錄A 網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù) 216
附錄B P-R曲線繪制代碼 233
附錄C 網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過程代碼 238