自主移動機器人與多機器人系統：運動規劃、通信和集群（簡體書）

本書首先介紹了在具有完整位置和速度信息的全域坐標系中導航和運動規劃的模型和算法。第二部分研究了機器人在勢場中的運動，勢場是由機器人的期望和知識的環境狀態定義的。第三部分介紹了機器人在未知環境中的運動以及利用感測信息進行環境映射的相應任務。第四部分從二維和三維兩個方面研究了多機器人系統和群體動力學。

本書旨在為移動機器人研究提供理論基礎、實踐指導和現成的導航算法。

貢獻者名單
譯者序
前言
致謝
配套資源
第1章緒論1
11機器人的早期歷史1
12自主機器人2
13機械臂5
14移動機器人6
15多機器人系統和集群機器人9
16本書的宗旨和結構12
參考文獻13
第2章全域坐標系下的運動規劃17
21動機17
22符號表示17
221構型空間17
222工作空間18
223權重函數18
23已知構型空間的運動規劃19
231勢場法19
232基於網格的算法21
233基於採樣的算法23
24已知部分構型空間的運動規劃24
241BUG025
242BUG126
243BUG226
25小結26
參考文獻27
第3章基礎感知28
31傳感器基本方案28
32障礙傳感器（安全保險杆）29
33里程計傳感器38
34距離傳感器41
341飛行時間測距儀41
342相移測距儀44
343三角測距儀46
344超聲波測距儀46
35小結49
參考文獻49
第4章全域坐標系下的運動表示50
41移動機器人模型50
411輪式移動機器人50
412空中移動機器人51
42Hilare型移動機器人的運動學與控制53
421Hilare型移動機器人的前向運動學53
422Hilare型移動機器人的速度控制54
423軌跡跟蹤55
43四旋翼移動機器人的運動學與控制57
431四旋翼移動機器人的動力學57
432螺旋槳的力與轉矩58
433姿態變換58
434四旋翼動力學模型60
435簡化動力學模型61
436四旋翼的軌跡跟蹤控制61
437仿真63
參考文獻65
第5章勢場和導航函數下的運動66
51問題描述66
52梯度下降法67
521無約束的梯度下降67
522有約束的梯度下降69
53閔可夫斯基和70
54人工勢場法71
55導航函數法74
551靜態確定性環境下的導航函數74
552靜態不確定性環境下的導航函數76
553動態環境下的導航函數與勢場78
56小結79
參考文獻80
第6章全球衛星導航系統與機器人定位81
61衛星導航概論81
62位置計算82
621多徑信號82
622GNSS精度分析83
623精度因子83
63坐標系84
631緯度、經度和海拔84
632UTM投影85
633局部笛卡兒坐標系85
64速度計算86
641計算大綱86
642插入說明86
65城市導航87
651城市峽谷導航87
652地圖匹配88
653航位推算――慣性傳感器88
66GNSS數據與INS結合88
661改進的粒子濾波器89
662結合GNSS和INS估計速度89
67GNSS協議90
68其他類型的GPS91
681輔助全球定位系統91
682差分全球定位系統91
683實時動態導航92
69GNSS威脅92
691GNSS干擾92
692GNSS欺騙92
參考文獻92
第7章局部坐標系下的運動94
71全域運動規劃與導航94
72不確定性運動規劃96
721運載器性能的不確定性96
722傳感器的不確定性97
723適應不確定性的運動規劃97
73在線運動規劃98
731帶微分約束的運動規劃99
732被動運動規劃101
74利用局部地圖進行全域定位101
75三維空間中無人機的運動規劃103
76小結105
參考文獻105
第8章未知環境中的運動108
81基於概率地圖的定位108
811信念分佈與馬爾可夫定位110
812運動預測與卡爾曼定位113
82未知環境建圖與決策116
821建圖和定位116
822不確定性條件下的決策121
83概率運動規劃實例127
831信念空間中的運動規劃127
832環境建圖132
84小結134
參考文獻135
第9章移動機器人的能量限制與能量效率138
91引言138
92移動機器人的能量限制問題138
93移動機器人功率管理和能量控制的精選文獻分析139
94移動機器人的能量模型140
95移動機器人推進141
951輪式移動機器人的推進142
952履帶式移動機器人的推進143
96機械能源的能量模型145
961內燃機145
962鋰電池146
97小結146
參考文獻147
第10章多機器人系統與集群149
101多智能體系統與機器人集群149
1011多智能體系統原理149
1012基本蜂擁規則與聚合和避碰的方法155
102智能體的控制與集群的定位163
1021基於智能體的模型164
1022集群動力學的概率模型175
103小結178
參考文獻179
第11章基於共享環境地圖的協作運動182
111基於共享信息的協作運動182
1111公共勢場中的運動183
1112共享本地環境信息的地形中的運動187
112異構環境中的集群動力學189
1121異構環境和外部勢場下的基礎集群189
1122基於公共概率地圖的集群搜索193