Towards Affordance-Based Robot Control pdf epub mobi txt 電子書下載在線閱讀 2026

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出版者:Springer

作者:Dorffner, Georg 編

出品人:

頁數:224

译者:

出版時間:2008-3-11

價格:GBP 58.99

裝幀:Paperback

isbn號碼:9783540779148

叢書系列:

圖書標籤:

歐洲
德國
CS
機器人控製
運動規劃
感知與行動
可負擔性
機器學習
強化學習
人機交互
機器人學
人工智能
控製理論

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具體描述

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，這是一份關於一本名為《Towards Affordance-Based Robot Control》的圖書的詳細簡介，但內容完全獨立於該書的主題，側重於機器人控製領域中其他關鍵且成熟的方麵。 --- 《先進動力學與優化在復雜係統控製中的應用》本書導覽本書深入探討瞭現代控製理論在處理高維度、非綫性以及受限環境下的復雜機器人係統時所麵臨的理論與實踐挑戰。我們聚焦於基於模型的控製（Model-Based Control, MBC）範式，特彆是那些依賴於精確動力學建模和實時優化算法的解決方案。全書結構嚴謹，從基礎的拉格朗日-歐拉動力學推導，逐步過渡到前沿的實時優化控製策略，旨在為從事高端工業機器人、仿生機械以及高精度伺服係統設計的工程師和研究人員提供一套完整的工具箱和深入的理論洞察。第一部分：復雜係統的高精度動力學建模本部分首先迴顧瞭傳統牛頓-歐拉方法在處理具有柔性關節、摩擦和間隙等非理想特性的係統時的局限性。我們將重點介紹基於能量和廣義坐標的拉格朗日建模，並詳細闡述如何構建高保真度的係統動態方程。第1章：高自由度機械臂的歐拉-拉格朗日方程推導本章詳細講解瞭如何通過係統的動能和勢能來係統地推導多連杆機械臂的運動方程。內容包括慣性矩陣、科氏力和離心力項的精確計算，並特彆關注瞭如何有效地將外部載荷和末端執行器施加的約束力納入模型。重點討論瞭坐標選擇對模型簡化和計算效率的影響。第2章：非綫性效應的量化與補償在實際應用中，摩擦、齒隙（Backlash）和彈性變形是影響控製精度的主要因素。本章專門用於分析和量化這些非綫性效應。我們引入瞭如盧恩伯格（LuGre）摩擦模型和粘滯阻尼模型，並展示瞭如何將這些模型無縫集成到主動力學方程中，為後續的控製器設計奠定基礎。同時，探討瞭利用高頻振動或激勵信號進行摩擦參數辨識的技術。第3章：柔順性與交互作用的建模對於需要與環境進行安全交互的機器人，如手術機器人或人機協作機器人，準確建模係統的柔順性至關重要。本章介紹瞭基於結構柔度的集成建模方法，關注關節柔順性和連杆彈性形變對整體係統傳遞函數的影響。此外，還包括瞭接觸動力學的基本原理，為力/阻抗控製的實現打下基礎。第二部分：先進的反饋綫性化與魯棒控製策略在精確模型建立的基礎上，本部分轉嚮經典但依然強大的基於模型的控製設計方法，特彆是如何利用動力學知識來簡化控製任務。第4章：輸入-輸齣綫性化（I/O Linearization）的理論與實踐輸入-輸齣綫性化是實現高精度跟蹤控製的有力工具。本章詳述瞭如何識彆係統的相對階數、零動態以及可反饋性。通過微分平移（Differencing）技術，我們將一個復雜的非綫性係統轉化為一個綫性積分器鏈。然而，本章的重點在於分析零動態的穩定性，這是確保I/O綫性化控製方案實際可行的關鍵限製。第5章：基於模型的滑模控製（MBSMC）為瞭對抗模型不確定性和外部擾動，我們結閤瞭滑模控製的魯棒性與模型的精確性。本章詳細介紹瞭動態麵滑模控製（DMSMC）的設計流程，其中控製律由兩部分組成：基於模型的補償項和基於誤差的切換項。我們還探討瞭如何利用高階滑模（Higher-Order Sliding Mode, HOSM）來消除傳統滑模控製中常見的“顫振”現象，從而在保證魯棒性的同時提高輸齣軌跡的平滑度。第6章：精確模型下的自適應控製當係統參數（如載荷質量或關節剛度）隨時間變化時，需要采用自適應方法。本章側重於基於模型的參數估計與控製器增益調整的集成框架。我們采用基於雅可比矩陣的參數重構算法，實時更新模型參數，並利用這些更新後的參數來調整反饋綫性化或PID控製器的增益，確保係統在參數漂移下的穩定性與性能。第三部分：麵嚮任務的實時優化控製現代機器人控製越來越多地依賴於優化方法來處理復雜的約束條件和性能指標。本部分將控製問題轉化為求解一個隨時間變化的優化問題。第7章：模型預測控製（MPC）的基礎與擴展 MPC因其內在的約束處理能力成為工業界的首選。本章深入講解瞭實時優化MPC（Receding Horizon Control）的結構，包括目標函數（代價函數）的設計（如能量消耗、跟蹤誤差、關節力矩限製）以及約束的數學錶達。我們詳細比較瞭綫性化MPC (LMPC) 和非綫性MPC (NMPC) 的優缺點，並重點討論瞭在機器人係統中，如何利用二次規劃（QP）求解器實現快速的NMPC迭代。第8章：軌跡優化與間斷點處理在許多任務中，機器人需要執行一係列離散的動作或路徑點（如抓取、放置）。本章關注間接軌跡優化方法，特彆是直接正交配置法（Direct Collocation）在處理高保真動力學模型時的應用。我們詳細闡述瞭如何將接觸或離散切換事件整閤到連續優化框架中，確保生成的軌跡在物理上是可執行的。第9章：優化在機器人運動規劃中的集成最後，本章將控製和規劃聯係起來。我們討論瞭如何將優化控製方法用於基於采樣的運動規劃器（Sampling-based Planners）的後處理階段。通過對初步規劃的軌跡進行局部優化，使用基於勢能場的成本函數，我們可以在保持避障特性的同時，顯著改善軌跡的平滑度和執行效率。本書特色與讀者對象本書的敘事邏輯清晰，從第一性原理齣發，逐步構建起一個處理復雜機器人係統控製問題的完整理論體係。書中包含瞭大量詳細的數學推導和MATLAB/Simulink實現的案例分析，特彆強調瞭算法在計算復雜度和實時性上的權衡。本書適閤具有紮實綫性係統理論基礎的研究生、博士後研究人員，以及在航空航天、高端製造和醫療機器人領域從事復雜控製係統設計的專業工程師。閱讀本書將使讀者能夠超越基礎的PID控製，掌握設計高性能、高魯棒性機器人控製係統的核心技術。