Towards Affordance-Based Robot Control pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer

作者:Dorffner, Georg 编

出品人:

页数:224

译者:

出版时间:2008-3-11

价格:GBP 58.99

装帧:Paperback

isbn号码:9783540779148

丛书系列:

图书标签:

歐洲
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具体描述

Todaya (TM)s mobile robot perception is insufficient for acting goal-directedly in unconstrained, dynamic everyday environments like a home, a factory, or a city. Subject to restrictions in bandwidth, computer power, and computation time, a robot has to react to a wealth of dynamically changing stimuli in such environments, requiring rapid, selective attention to decisive, action-relevant information of high current utility. Robust and general engineering methods for effectively and efficiently coupling perception, action and reasoning are unavailable. Interesting performance, if any, is currently only achieved by sophisticated robot programming exploiting domain features and specialties, which leaves ordinary users no chance of changing how the robot acts. The purpose of this volume - outcome of a GI-Dagstuhl Seminar held in Dagstuhl Castle in June 2006 - is to give a first overview on the concept of affordances for the design and implementation of autonomous mobile robots acting goal-directedly in a dynamic environment. The aim is to develop affordance-based control as a method for robotics. The potential of this new methodology will be shown by going beyond navigation-like tasks towards goaldirected autonomous manipulation in the project demonstrators.

好的，这是一份关于一本名为《Towards Affordance-Based Robot Control》的图书的详细简介，但内容完全独立于该书的主题，侧重于机器人控制领域中其他关键且成熟的方面。 --- 《先进动力学与优化在复杂系统控制中的应用》本书导览本书深入探讨了现代控制理论在处理高维度、非线性以及受限环境下的复杂机器人系统时所面临的理论与实践挑战。我们聚焦于基于模型的控制（Model-Based Control, MBC）范式，特别是那些依赖于精确动力学建模和实时优化算法的解决方案。全书结构严谨，从基础的拉格朗日-欧拉动力学推导，逐步过渡到前沿的实时优化控制策略，旨在为从事高端工业机器人、仿生机械以及高精度伺服系统设计的工程师和研究人员提供一套完整的工具箱和深入的理论洞察。第一部分：复杂系统的高精度动力学建模本部分首先回顾了传统牛顿-欧拉方法在处理具有柔性关节、摩擦和间隙等非理想特性的系统时的局限性。我们将重点介绍基于能量和广义坐标的拉格朗日建模，并详细阐述如何构建高保真度的系统动态方程。第1章：高自由度机械臂的欧拉-拉格朗日方程推导本章详细讲解了如何通过系统的动能和势能来系统地推导多连杆机械臂的运动方程。内容包括惯性矩阵、科氏力和离心力项的精确计算，并特别关注了如何有效地将外部载荷和末端执行器施加的约束力纳入模型。重点讨论了坐标选择对模型简化和计算效率的影响。第2章：非线性效应的量化与补偿在实际应用中，摩擦、齿隙（Backlash）和弹性变形是影响控制精度的主要因素。本章专门用于分析和量化这些非线性效应。我们引入了如卢恩伯格（LuGre）摩擦模型和粘滞阻尼模型，并展示了如何将这些模型无缝集成到主动力学方程中，为后续的控制器设计奠定基础。同时，探讨了利用高频振动或激励信号进行摩擦参数辨识的技术。第3章：柔顺性与交互作用的建模对于需要与环境进行安全交互的机器人，如手术机器人或人机协作机器人，准确建模系统的柔顺性至关重要。本章介绍了基于结构柔度的集成建模方法，关注关节柔顺性和连杆弹性形变对整体系统传递函数的影响。此外，还包括了接触动力学的基本原理，为力/阻抗控制的实现打下基础。第二部分：先进的反馈线性化与鲁棒控制策略在精确模型建立的基础上，本部分转向经典但依然强大的基于模型的控制设计方法，特别是如何利用动力学知识来简化控制任务。第4章：输入-输出线性化（I/O Linearization）的理论与实践输入-输出线性化是实现高精度跟踪控制的有力工具。本章详述了如何识别系统的相对阶数、零动态以及可反馈性。通过微分平移（Differencing）技术，我们将一个复杂的非线性系统转化为一个线性积分器链。然而，本章的重点在于分析零动态的稳定性，这是确保I/O线性化控制方案实际可行的关键限制。第5章：基于模型的滑模控制（MBSMC）为了对抗模型不确定性和外部扰动，我们结合了滑模控制的鲁棒性与模型的精确性。本章详细介绍了动态面滑模控制（DMSMC）的设计流程，其中控制律由两部分组成：基于模型的补偿项和基于误差的切换项。我们还探讨了如何利用高阶滑模（Higher-Order Sliding Mode, HOSM）来消除传统滑模控制中常见的“颤振”现象，从而在保证鲁棒性的同时提高输出轨迹的平滑度。第6章：精确模型下的自适应控制当系统参数（如载荷质量或关节刚度）随时间变化时，需要采用自适应方法。本章侧重于基于模型的参数估计与控制器增益调整的集成框架。我们采用基于雅可比矩阵的参数重构算法，实时更新模型参数，并利用这些更新后的参数来调整反馈线性化或PID控制器的增益，确保系统在参数漂移下的稳定性与性能。第三部分：面向任务的实时优化控制现代机器人控制越来越多地依赖于优化方法来处理复杂的约束条件和性能指标。本部分将控制问题转化为求解一个随时间变化的优化问题。第7章：模型预测控制（MPC）的基础与扩展 MPC因其内在的约束处理能力成为工业界的首选。本章深入讲解了实时优化MPC（Receding Horizon Control）的结构，包括目标函数（代价函数）的设计（如能量消耗、跟踪误差、关节力矩限制）以及约束的数学表达。我们详细比较了线性化MPC (LMPC) 和非线性MPC (NMPC) 的优缺点，并重点讨论了在机器人系统中，如何利用二次规划（QP）求解器实现快速的NMPC迭代。第8章：轨迹优化与间断点处理在许多任务中，机器人需要执行一系列离散的动作或路径点（如抓取、放置）。本章关注间接轨迹优化方法，特别是直接正交配置法（Direct Collocation）在处理高保真动力学模型时的应用。我们详细阐述了如何将接触或离散切换事件整合到连续优化框架中，确保生成的轨迹在物理上是可执行的。第9章：优化在机器人运动规划中的集成最后，本章将控制和规划联系起来。我们讨论了如何将优化控制方法用于基于采样的运动规划器（Sampling-based Planners）的后处理阶段。通过对初步规划的轨迹进行局部优化，使用基于势能场的成本函数，我们可以在保持避障特性的同时，显著改善轨迹的平滑度和执行效率。本书特色与读者对象本书的叙事逻辑清晰，从第一性原理出发，逐步构建起一个处理复杂机器人系统控制问题的完整理论体系。书中包含了大量详细的数学推导和MATLAB/Simulink实现的案例分析，特别强调了算法在计算复杂度和实时性上的权衡。本书适合具有扎实线性系统理论基础的研究生、博士后研究人员，以及在航空航天、高端制造和医疗机器人领域从事复杂控制系统设计的专业工程师。阅读本书将使读者能够超越基础的PID控制，掌握设计高性能、高鲁棒性机器人控制系统的核心技术。