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机器人控制:理论、建模与实现


作者:
赵韩、甄圣超、孙浩、吴其林
定价:
129.00元
ISBN:
978-7-04-059440-9
版面字数:
460.000千字
开本:
16开
全书页数:
暂无
装帧形式:
精装
重点项目:
暂无
出版时间:
2022-12-20
读者对象:
学术著作
一级分类:
自然科学
二级分类:
机械工程
三级分类:
机械设计及理论

本书根据机器人控制系统高精度、高速度、高负载的实际需要,从机器人系统运动学、动力学控制的基础理论到控制系统的开发,提出了提升控制系统控制效果和控制精度的解决方案,形成了能够实用的运动学与动力学控制方法以及综合应用技术。

本书主要分为四篇:第一篇为机器人基础知识,第二篇为机器人运动学与动力学,第三篇为机器人控制,第四篇为综合应用。内容涉及方程推导、基础硬件与软件设计、实时控制算法和多个应用开发项目,并结合MATLAB/Simulink强大的运算能力,以SCARA机器人、协作机器人、并联机器人和移动机器人为研究对象,进行了算法分析和仿真,可极大地降低学习者的学习难度,提高其学习兴趣。本书结合公式推导、理论证明、数值仿真、实验验证,将基础、理论、应用有层次地组织起来,并配合图表等将机器人系统的运动学、动力学控制理论及其应用方法系统地、清晰地呈现给广大读者。

本书可供机电工程、机器人、电力电子、自动控制等领域的科研工作者和工程技术人员学习与阅读,也可作为高等院校相关专业的教学参考。

  • 第一篇 机器人基础知识
    • 第1章 机器人控制概述
      • 1.1 机器人概述
        • 1.1.1 机器人的由来
        • 1.1.2 机器人的发展历程
        • 1.1.3 机器人控制的发展趋势
      • 1.2 机器人控制系统概述
        • 1.2.1 机器人控制系统的组成
        • 1.2.2 常见控制系统简介
        • 1.2.3 机器人控制系统的特点
      • 1.3 机器人运动学及动力学控制
        • 1.3.1 机器人运动学控制
        • 1.3.2 轨迹规划运动控制
        • 1.3.3 机器人动力学建模
        • 1.3.4 机器人动力学控制
      • 参考文献
    • 第2章 机器人系统的基本构成
      • 2.1 机器人本体结构
        • 2.1.1 连杆
        • 2.1.2 关节
        • 2.1.3 底盘
        • 2.1.4 机械臂
        • 2.1.5 机器人末端执行器
      • 2.2 机器人驱动系统
        • 2.2.1 驱动电动机
        • 2.2.2 驱动器
      • 2.3 机器人控制系统
        • 2.3.1 机器人控制器
        • 2.3.2 机器人操作系统
      • 2.4 机器人传感器
        • 2.4.1 力传感器
        • 2.4.2 角度传感器
        • 2.4.3 位移传感器
        • 2.4.4 速度传感器
        • 2.4.5 加速度传感器
        • 2.4.6 环境感知传感器
        • 2.4.7 视觉传感器
      • 参考文献
    • 第3章 机器人控制数学基础
      • 3.1 引言
      • 3.2 向量矩阵法
      • 3.3 矩阵的基本运算
      • 3.4 广义逆矩阵
        • 3.4.1 Moore.Penrose广义逆
        • 3.4.2 Moore.Penrose逆的计算
        • 3.4.3 其他类型的广义逆
      • 3.5 李雅普诺夫函数判定的稳定性理论
        • 3.5.1 李雅普诺夫稳定性理论简介
        • 3.5.2 李雅普诺夫稳定性定义
        • 3.5.3 李雅普诺夫第二法
      • 3.6 模糊集理论
      • 3.7 模糊集合基本概念
      • 3.8 模糊集合基本运算
      • 参考文献
  • 第二篇 机器人运动学与动力学
    • 第4章 机器人运动学基本知识
      • 4.1 位姿描述和坐标变换
        • 4.1.1 位置描述
        • 4.1.2 姿态描述
        • 4.1.3 位姿描述
        • 4.1.4 齐次变换矩阵
      • 4.2 D.H参数法
        • 4.2.1 标准 D.H参数法
        • 4.2.2 改进 D.H参数法
        • 4.2.3 标准型与改进型的对比
      • 4.3 正运动学原理
      • 4.4 逆运动学原理
        • 4.4.1 解耦技术
        • 4.4.2 逆变换技术
        • 4.4.3 迭代技术
        • 4.4.4 奇异配置
      • 4.5 速度运动学
        • 4.5.1 雅可比生成矢量
        • 4.5.2 正向速度运动学
        • 4.5.3 逆向速度运动学
        • 4.5.4 举例
      • 参考文献
    • 第5章 机器人动力学基本知识
      • 5.1 刚体动力学
        • 5.1.1 牛顿方程
        • 5.1.2 动量矩定理
        • 5.1.3 惯性张量与动量矩
        • 5.1.4 欧拉方程
      • 5.2 牛顿.欧拉方程
        • 5.2.1 单杆的静力分析
        • 5.2.2 连杆间的速度传递
        • 5.2.3 n自由度机器人动力学方程
      • 5.3 拉格朗日方程
        • 5.3.1 机器人动力学方程的表示形式
        • 5.3.2 拉格朗日动力学方程
      • 5.4 应用举例
        • 5.4.1 二连杆机械臂的牛顿.欧拉动力学分析
        • 5.4.2 二连杆机械臂的拉格朗日动力学分析
      • 参考文献
    • 第6章 Udwadia.Kalaba方程
      • 6.1 高斯定理
      • 6.2 Udwadia.Kalaba基本方程
        • 6.2.1 基本方程的推导
        • 6.2.2 基本方程的应用
      • 6.3 约束力求解
        • 6.3.1 约束力的定义
        • 6.3.2 约束力的表述
      • 6.4 Udwadia.Kalaba方程的扩展
        • 6.4.1 非理想约束
        • 6.4.2 质量矩阵奇异
      • 6.5 典型案例分析
        • 6.5.1 U型链系统
        • 6.5.2 二自由度机械臂运动控制
      • 6.6 Udwadia.Kalaba应用三步法
      • 参考文献
  • 第三篇 机器人控制
    • 第7章 机器人轨迹规划及控制
      • 7.1 轨迹规划的基本概念
        • 7.1.1 机器人轨迹的概念
        • 7.1.2 轨迹规划的方法
        • 7.1.3 插补方式及控制过程
      • 7.2 关节空间轨迹规划
        • 7.2.1 三次多项式插值
        • 7.2.2 过轨迹点的三次多项式插值
        • 7.2.3 五次多项式插值
        • 7.2.4 用抛物线过渡的线性插值
        • 7.2.5 过轨迹点用抛物线过渡的线性插值
        • 7.2.6 关节空间轨迹规划实时控制
      • 7.3 笛卡儿空间轨迹规划方法
        • 7.3.1 物体对象的描述
        • 7.3.2 作业的描述
        • 7.3.3 空间直线轨迹规划
        • 7.3.4 空间圆弧轨迹规划
        • 7.3.5 笛卡儿空间轨迹规划实时控制
      • 参考文献
    • 第8章 机器人动力学控制
      • 8.1 机器人参数辨识
        • 8.1.1 模型线性化
        • 8.1.2 动力学模型的最小参数集与辨识算法
        • 8.1.3 激励轨迹的优化
      • 8.2 机器人动力学轨迹跟踪控制
        • 8.2.1 PID控制
        • 8.2.2 计算力矩控制
        • 8.2.3 滑模控制
      • 8.3 机器人柔顺控制
        • 8.3.1 阻抗控制
        • 8.3.2 导纳控制
        • 8.3.3 力/位混合控制
      • 8.4 机器人动力学控制典型应用 ——二自由度机械臂
        • 8.4.1 动力学模型
        • 8.4.2 约束轨迹
        • 8.4.3 仿真结果
      • 参考文献
    • 第9章 基于 U–K理论的动力学控制
      • 9.1 基于 U–K方程的名义控制
        • 9.1.1 受约束机械系统
        • 9.1.2 名义控制
      • 9.2 基于 U–K方程的鲁棒控制器设计
        • 9.2.1 鲁棒控制器设计
        • 9.2.2 系统稳定性分析
      • 9.3 基于 U–K方程的增益型自适应鲁棒控制器设计
        • 9.3.1 增益型自适应鲁棒控制器设计
        • 9.3.2 系统稳定性分析
      • 9.4 基于 U–K方程的泄漏型自适应鲁棒控制器设计
        • 9.4.1 泄漏型自适应鲁棒控制器设计
        • 9.4.2 系统稳定性分析
      • 9.5 基于 U–K方程的模糊鲁棒控制器设计
        • 9.5.1 模糊机械系统
        • 9.5.2 模糊鲁棒控制器设计
        • 9.5.3 系统稳定性分析
        • 9.5.4 参数优化设计
      • 9.6 基于 U–K方程的模糊鲁棒控制器典型应用——二自由度机械臂
      • 参考文献
  • 第四篇 综合应用
    • 第10章 基于 cSPACE系统平台的算法实现
      • 10.1 快速控制原型与硬件在环简介
        • 10.1.1 快速控制原型
        • 10.1.2 硬件在环
      • 10.2 cSPACE系统硬件平台
      • 10.3 cSPACE系统软件平台
        • 10.3.1 cSPACE工具箱
        • 10.3.2 cSPACE上位机控制软件
        • 10.3.3 cSPACE各软件模块使用手册
      • 10.4 基于 MATLAB/Simulink的模型搭建
      • 10.5 自动生成代码
      • 10.6 上位机控制与数据读取
        • 10.6.1 上位机控制
        • 10.6.2 数据读取
      • 10.7 举例
        • 10.7.1 利用 C语言控制小灯亮灭
        • 10.7.2 利用 cSPACE控制小灯亮灭
      • 参考文献
    • 第11章 SCARA机器人运动学和动力学控制
      • 11.1 SCARA机器人控制系统介绍
      • 11.2 SCARA机器人正运动学求解与仿真
        • 11.2.1 正运动学求解
        • 11.2.2 正运动学仿真
      • 11.3 SCARA机器人逆运动学求解与仿真
        • 11.3.1 逆运动学求解
        • 11.3.2 逆运动学仿真
      • 11.4 SCARA机器人正/逆运动学实时控制实验
      • 11.5 SCARA机器人动力学建模、控制与实现
        • 11.5.1 SCARA机器人动力学建模
        • 11.5.2 SCARA机器人动力学控制
        • 11.5.3 SCARA机器人动力学实验
      • 参考文献
    • 第12章 三轴协作机器人运动学和动力学控制
      • 12.1 三自由度协作机器人正运动学分析
      • 12.2 三自由度协作机器人正运动学仿真与实验
        • 12.2.1 MATLAB/Simulink正运动学算法实现
        • 12.2.2 基于 cSPACE系统实验验证正运动学
      • 12.3 三自由度协作机器人逆运动学仿真和实验
        • 12.3.1 MATLAB/Simulink逆运动学算法实现
        • 12.3.2 基于 cSPACE系统实验验证逆运动学
      • 12.4 三自由度协作机器人动力学建模
      • 12.5 三自由度协作机器人动力学控制与实现
        • 12.5.1 动力学控制器设计
        • 12.5.2 MATLAB/Simulink算法仿真
        • 12.5.3 cSPACE系统实验验证
      • 参考文献
    • 第13章 并联机器人运动学分析与实验
      • 13.1 并联机器人运动学分析
        • 13.1.1 并联机器人运动学特点介绍
        • 13.1.2 并联机器人逆解分析
        • 13.1.3 并联机器人正解数值法分析
        • 13.1.4 并联机器人正解解析法分析
      • 13.2 并联机器人运动学仿真
        • 13.2.1 逆运动学仿真
        • 13.2.2 正运动学仿真
      • 13.3 并联机器人运动轨迹规划
        • 13.3.1 并联机器人运动轨迹规划概念
        • 13.3.2 三次多项式轨迹规划插值函数
        • 13.3.3 三次多项式运动轨迹规划仿真
      • 13.4 并联机器人运动学控制系统搭建及实验
      • 参考文献
    • 第14章 移动机器人控制
      • 14.1 移动机器人的运动控制
        • 14.1.1 移动机器人路径规划
        • 14.1.2 移动机器人路径跟踪
      • 14.2 移动机器人平台介绍
      • 14.3 移动机器人运动学建模与仿真
        • 14.3.1 移动机器人运动学建模
        • 14.3.2 移动机器人运动学仿真
      • 14.4 移动机器人路径规划
        • 14.4.1 路径规划算法及仿真
        • 14.4.2 路径规划算法实验
      • 参考文献
    • 索引

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