모던 로보틱스 - 역학 계획 및 제어

이론적 개념과 실용적 응용을 모두 아우르는 로봇공학 분야에 대해 포괄적으로 소개하는 책이다. 운동학, 역학, 운동계획, 제어 등의 주제들과 더불어 최적화, 머신러닝 등 현대 기술 또한 다룬다. 책에 다양한 예시와 연습 문제가 포함돼 있고, 코드 라이브러리와 시뮬레이션 환경까지 제공해 독자들이 실질적인 로봇공학 경험을 쌓을 수 있도록 돕는다. 학부생과 대학원생, 로봇공학 분야의 연구자와 실무자 모두에게 도움이 될 책이다. Coursera에서 저자의 무료 동영상 강의(https://www.coursera.org/specializations/modernrobotics)를 수강할 수 있다.

1장. 미리보기 2장. 상태 공간 2.1 강체의 자유도 2.2 로봇의 자유도 2.2.1 로봇 관절 2.2.2 그뤼블러의 공식 2.3 상태 공간: 위상과 표현 2.3.1 상태 공간 위상 2.3.2 상태 공간 표현 2.4 컨피규레이션과 속도 제약 조건 2.5 태스크 공간과 작업 공간 2.6 요약 2.7 주석과 참고문헌 2.8 연습 문제 3장. 강체 운동 3.1 평면상의 강체 운동 3.2 회전과 각속도 3.2.1 회전 행렬 3.2.2 각속도 3.2.3 회전의 지수 좌표 표현 3.3 강체 운동과 트위스트 3.3.1 동차 변환 행렬 3.3.2 트위스트 3.3.3 강체 운동의 지수 좌표 표현 3.4 렌치 3.5 요약 3.6 소프트웨어 3.7 주석과 참고문헌 3.8 연습 문제 4장. 정기구학 4.1 지수 곱 공식 4.1.1 첫 번째 공식화: 기반 좌표계에서의 스크류 축 4.1.2 예제 4.1.3 두 번째 공식화: 엔드 이펙터 좌표계에서의 스크류 축 4.2 로봇 기술용 통일 포맷 4.3 요약 4.4 소프트웨어 4.5 주석과 참고문헌 4.6 연습 문제 5장. 속도 기구학과 정역학 5.1 매니퓰레이터 자코비안 5.1.1 공간 자코비안 5.1.2 물체 자코비안 5.1.3 공간 자코비안과 물체 자코비안의 시각화 5.1.4 공간 자코비안과 물체 자코비안 사이 관계식 5.1.5 자코비안의 다른 표현들 5.1.6 역속도 기구학 미리 보기 5.2 개연쇄의 정역학 5.3 특이점 분석 5.4 조작성 5.5 요약 5.6 소프트웨어 5.7 주석과 참고문헌 5.8 연습 문제 6장. 역기구학 6.1 해석적 역기구학 6.1.1 6R 퓨마형 로봇 팔 6.1.2 스탠포드형 로봇 팔 6.2 수치 역기구학 6.2.1 뉴턴-랩슨 방법 6.2.2 수치 역기구학 알고리듬 6.3 속도 역기구학 6.4 폐루프에 대한 코멘트 6.5 요약 6.6 소프트웨어 6.7 주석과 참고문헌 6.8 연습 문제 7장. 폐연쇄의 기구학 7.1 역기구학과 정기구학 7.1.1 3×RPR 평면 병렬 메커니즘 7.1.2 스튜어트-고프 플랫폼 7.1.3 일반적인 병렬 메커니즘 7.2 미분 기구학 7.2.1 스튜어트-고프 플랫폼 7.2.2 일반적인 병렬 메커니즘 7.3 특이점 7.4 요약 7.5 주석과 참고문헌 7.6 연습 문제 8장. 개연쇄의 동역학 8.1 라그랑지안 형식 8.1.1 기본 개념과 예제 8.1.2 일반화된 공식 8.1.3 질량 행렬에 대한 이해 8.1.4 라그랑지안 동역학 대 뉴턴-오일러 동역학 8.2 단일 강체의 동역학 8.2.1 고전 공식 8.2.2 트위스트-렌치 공식 8.2.3 다른 좌표계에서의 동역학 8.3 역뉴턴-오일러 동역학 8.3.1 유도 8.3.2 뉴턴-오일러 역동역학 알고리듬 8.4 닫힌 형식의 동역학 방정식 8.5 개연쇄의 정동역학 8.6 작업 공간에서의 동역학 8.7 구속된 조건의 동역학 8.8 URDF에서의 로봇 동역학 8.9 구동, 기어링, 마찰 8.9.1 DC 모터와 기어링 8.9.2 감지된 회전 관성 8.9.3 모터의 회전 관성과 기어링의 효과를 고려한 뉴턴-오일러 역동역학 알고리즘 8.9.4 마찰 8.9.5 관절과 링크의 유연성 8.10 줄거리 8.11 소프트웨어 8.12 주석과 참고문헌 8.13 예제 9장. 궤적 생성 9.1 용어 정의 9.2 점대점 궤적 9.2.1 직선 경로 9.2.2 시간 스케일링과 직선 경로 9.3 다항식 경유점 궤적 9.4 시간 최적의 시간 스케일링 9.4.1 (s, s˙) 위상평면 9.4.2 시간 스케일링 알고리듬 9.4.3 시간 스케일링 알고리듬의 변형 9.4.4 가정 및 주의 사항 9.5 요약 9.6 소프트웨어 9.7 주석과 참고문헌 9.8 연습 문제 10장. 동작 계획 10.1 동작 계획에 대한 개괄 10.1.1 여러 가지 동작 계획 문제 10.1.2 동작 계획기의 특성 10.1.3 동작 계획 방법 10.2 기초 10.2.1 상태 공간 장애물 10.2.2 장애물까지의 거리 측정과 충돌 감지 10.2.3 그래프와 트리 10.2.4 그래프 탐색 10.3 완전 동작 계획기 10.4 격자 계획기 10.4.1 다중 해상도 격자 표현 10.4.2 동작 제약 조건이 있을 때의 격자 표현법 10.5 샘플링 기법 10.5.1 RRT 알고리듬 10.5.2 PRM 10.6 가상 퍼텐셜 장 10.6.1 상태 공간 내의 점 10.6.2 항법함수 10.6.3 작업 공간 퍼텐셜 10.6.4 차륜 이동 로봇 10.6.5 퍼텐셜 장의 동작 계획에서의 응용 10.7 비선형 최적화 10.8 곡선화 10.9 요약 10.10 참조 및 기타 10.11 연습 문제 11장. 로봇 제어 11.1 제어 시스템 개요 11.2 오차 동역학 11.2.1 오차 응답 11.2.2 선형 오차 동역학 11.3 속도 입력에 따른 운동 제어 11.3.1 단일 관절의 운동 제어 11.3.2 다중 관절 로봇의 운동 제어 11.3.3 태스크 공간에서의 운동 제어 11.4 토크, 힘 입력에 따른 운동 제어 11.4.1 단일 관절에 대한 운동 제어 11.4.2 다중 관절 로봇의 운동 제어 11.4.3 태스크 공간에서의 운동 제어 11.5 힘 제어 11.6 하이브리드 운동 - 힘 제어 11.6.1 자연적 및 인공적 제약 조건 11.6.2 하이브리드 운동 - 힘 제어기 11.7 임피던스 제어 11.7.1 임피던스 제어 알고리듬 11.7.2 어드미턴스 제어 알고리듬 11.8 낮은 수준의 관절 힘-토크 제어 11.9 다른 주제들 11.10 요약 11.11 소프트웨어 11.12 주석과 참고문헌 11.13 연습 문제 12장. 파지와 조작 12.1 접촉 기구학 12.1.1 단일 접촉점에 대한 1차 분석 12.1.2 접촉의 유형: 굴림, 미끌림 그리고 멀어짐 12.1.3 다중 접촉 12.1.4 물체의 집합 12.1.5 다른 종류의 접촉점 12.1.6 평면상의 도식적 방법 12.1.7 형태 닫힘 12.2 접촉힘과 마찰 12.2.1 마찰 12.2.2 평면 도식적 방법 12.2.3 힘 닫힘 12.2.4 힘과 운동 자유도의 쌍대성 12.3 조작 12.4 요약 12.5 주석과 참고문헌 12.6 연습문제 13장. 차륜 이동 로봇 13.1 차륜 이동 로봇의 유형 13.2 전방향 차륜 이동 로봇 13.2.1 모델링 13.2.2 동작 계획 13.2.3 피드백 제어 13.3 비홀로노믹 차륜 이동 로봇 13.3.1 모델링 13.3.2 제어 가능성 13.3.3 동작 계획 13.3.4 피드백 제어 13.4 오도메트리 13.5 이동 조작 13.6 요약 13.7 주석과 참고문헌 13.8 연습 문제 A 유용한 공식 요약 B 회전의 다양한 표현 B.1 오일러 각도 B.1.1 ZYX 오일러 각도를 계산하기 위한 알고리즘 B.1.2 이외의 오일러 각도 표현 법 B.2 롤-피치-요 각도 B.3 단위 사원수 B.4 케일리-로드리게스 매개변수 C 데나빗-하텐버그 매개변수 C.1 데나빗-하텐버그 표현식 C.2 링크 좌표계 결정하기 C.3 4개 매개변수가 충분한 이유 C.4 매니퓰레이터의 정기구학 C.5 연습 문제 C.6 PoE와 D-H 방식 사이 연관성 C.7 결론 D 최적화와 라그랑주 승수법 찾아보기