"Robotics, Vision and Control: Fundamental Algorithms in MATLAB" - Peter Corke

 "Robotics, Vision and Control: Fundamental Algorithms in MATLAB"

Tác giả:             Peter Corke

Để biết thêm thông tin chi tiết về sách vui lòng liên hệ Zalo theo số 0329318197

Cuốn sách "Robotics, Vision and Control: Fundamental Algorithms in MATLAB" của Peter Corke là một tài liệu toàn diện, mang tính hướng dẫn về robot học, thị giác máy tính và điều khiển, tập trung vào các thuật toán cơ bản và việc triển khai chúng bằng MATLAB.

Nội dung chính và đặc điểm nổi bật:

• Mục đích: Cung cấp một nền tảng vững chắc về lý thuyết và ứng dụng trong lĩnh vực robot học và thị giác máy tính, đặc biệt là cách chúng kết hợp với nhau. Cuốn sách được phát triển dựa trên các hộp công cụ (Toolboxes) MATLAB của chính tác giả.

• Đối tượng: Phù hợp cho sinh viên mới bắt đầu, các nhà nghiên cứu và kỹ sư muốn hiểu sâu về các thuật toán, kiểm tra chúng, hoặc sử dụng các hộp công cụ đi kèm để giải quyết vấn đề.

• Cấu trúc và Cách tiếp cận: Sách được viết theo phong cách đối thoại, kết hợp chặt chẽ lý thuyết, hình ảnh minh họa, công thức toán học và các đoạn mã MATLAB vào một mạch truyện thống nhất. Điều này giúp người đọc dễ dàng theo dõi và áp dụng các ví dụ thực tế.

• Các lĩnh vực chính được đề cập:

  • Robot di động: Các nguyên tắc cơ bản về robot di động, bao gồm dẫn đường (navigation), định vị (localization) và lập kế hoạch đường đi (path planning).

  • Cánh tay robot (Manipulator Arms): Động học (kinematics), động lực học (dynamics) và điều khiển cấp khớp (joint-level control).

  • Thị giác máy tính (Computer Vision): Mô hình hóa camera, xử lý ảnh, trích chọn đặc trưng (feature extraction), và hình học đa khung nhìn (multi-view geometry).

  • Hệ thống điều khiển thị giác (Visual Servo Systems): Tích hợp điều khiển và thị giác để robot có thể tương tác với môi trường dựa trên thông tin hình ảnh.

  • Các chủ đề nâng cao: Một số phiên bản mới hơn còn bao gồm lập kế hoạch đường đi dựa trên đồ thị, mô hình URDF, kiểm tra va chạm, điều khiển không gian tác vụ, học sâu cho phát hiện đối tượng và phân đoạn ngữ nghĩa, điểm đám mây.

• Điểm mạnh:

  • Tích hợp sâu rộng giữa lý thuyết và thực hành với hàng ngàn ví dụ mã code MATLAB.

  • Cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách phân tách và giải quyết các vấn đề phức tạp bằng công cụ số.

  • Phân biệt rõ ràng giữa robot di động và cánh tay robot, cũng như các mối quan tâm khác nhau của chúng.

  • Đề cập các chủ đề quan trọng như hiệu chuẩn camera, lập bản đồ và định vị đồng thời (SLAM).

• Các phiên bản: Cuốn sách đã có nhiều phiên bản (xuất bản lần đầu năm 2011, sau đó có các bản cập nhật vào 2017 và 2023). Phiên bản thứ 3 (2023) có cả phiên bản MATLAB và Python, cho phép người dùng lựa chọn ngôn ngữ lập trình phù hợp.

Nhìn chung, đây là một tài liệu tham khảo quý giá cho bất kỳ ai muốn nắm vững các thuật toán cơ bản trong robot học, thị giác và điều khiển, đặc biệt với sự hỗ trợ mạnh mẽ của môi trường MATLAB.

Mục lục của sách:

Phần I: Giới thiệu và Nền tảng

• Chương 1: Giới thiệu về Robot và Điều khiển

  • Tổng quan về robot học và các ứng dụng.

  • Giới thiệu về hệ thống điều khiển.

  • Giới thiệu về MATLAB và các hộp công cụ đi kèm sách.

• Chương 2: Biểu diễn Không gian và Phép biến đổi

  • Khái niệm về khung tọa độ và các phép biến đổi.

  • Ma trận quay, phép tịnh tiến và phép biến đổi thuần nhất.

  • Cách biểu diễn vị trí và hướng trong không gian 3D.

• Chương 3: Đạo hàm và Giải tích véc-tơ

  • Các khái niệm toán học cần thiết cho robot học và điều khiển.

  • Đạo hàm của ma trận và véctơ.

  • Jacobian và ý nghĩa của nó.

Phần II: Robot di động

• Chương 4: Động học Robot di động

  • Các loại robot di động và cấu hình của chúng.

  • Mô hình động học tiến và động học nghịch của robot di động.

  • Động học vận tốc của robot di động.

• Chương 5: Định vị Robot di động

  • Các phương pháp định vị: Odometry, định vị bằng cảm biến (GPS, laser).

  • Bộ lọc Kalman và các biến thể của nó để ước tính trạng thái.

• Chương 6: Lập bản đồ và Định vị đồng thời (SLAM)

  • Các vấn đề trong việc xây dựng bản đồ và định vị cùng lúc.

  • Thuật toán SLAM: EKF-SLAM, Graph-SLAM.

• Chương 7: Lập kế hoạch đường đi cho Robot di động

  • Các thuật toán lập kế hoạch đường đi: A*, RRT, PRM.

  • Tránh va chạm và điều hướng trong môi trường phức tạp.

Phần III: Cánh tay Robot (Manipulator Arms)

• Chương 8: Động học Cánh tay Robot

  • Các khớp và liên kết của cánh tay robot.

  • Công thức Denavit-Hartenberg (DH parameters).

  • Động học tiến và động học nghịch của cánh tay robot.

• Chương 9: Động học vận tốc và Jacobian Robot

  • Mối quan hệ giữa vận tốc khớp và vận tốc đầu công tác.

  • Ma trận Jacobian và ứng dụng của nó (điểm kỳ dị, điều khiển vận tốc).

• Chương 10: Động lực học Cánh tay Robot

  • Các lực và mô-men xoắn tác động lên cánh tay robot.

  • Công thức Lagrange và Newton-Euler.

  • Mô hình động lực học và điều khiển lực.

• Chương 11: Điều khiển Cánh tay Robot

  • Điều khiển vị trí khớp, điều khiển vị trí không gian tác vụ.

  • Điều khiển PD, PID cho robot.

  • Điều khiển động lực học và bù trọng lực.

Phần IV: Thị giác Máy tính

• Chương 12: Mô hình hóa và Hiệu chuẩn Camera

  • Các loại camera và nguyên lý hoạt động.

  • Mô hình camera lỗ kim (pinhole camera model).

  • Hiệu chuẩn camera (nội tại và ngoại tại).

• Chương 13: Xử lý Ảnh Cơ bản

  • Biểu diễn ảnh số.

  • Các phép toán lọc ảnh, làm mờ, tăng cường độ tương phản.

  • Phát hiện biên (edge detection) và phát hiện đặc trưng (feature detection).

• Chương 14: Hình học Đa khung nhìn

  • Hình học thị sai (epipolar geometry).

  • Ước tính ma trận cơ bản và ma trận thiết yếu.

  • Tái tạo 3D từ nhiều hình ảnh.

• Chương 15: Phân đoạn và Phát hiện đối tượng

  • Các kỹ thuật phân đoạn ảnh (segmentation).

  • Phát hiện và nhận dạng đối tượng trong ảnh.

Phần V: Điều khiển Thị giác (Visual Servoing)

• Chương 16: Giới thiệu về Điều khiển Thị giác

  • Khái niệm và các loại điều khiển thị giác.

  • Các chế độ điều khiển: dựa trên vị trí (Position-Based Visual Servoing - PBVS) và dựa trên hình ảnh (Image-Based Visual Servoing - IBVS).

• Chương 17: Điều khiển Thị giác Dựa trên Hình ảnh (IBVS)

  • Thiết kế bộ điều khiển và các ma trận tương tác ảnh.

  • Các thách thức và giải pháp trong IBVS.

• Chương 18: Điều khiển Thị giác Dựa trên Vị trí (PBVS)

  • Ước tính vị trí robot và đối tượng từ dữ liệu hình ảnh.

  • Sử dụng thông tin vị trí cho vòng lặp điều khiển.