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智能协作机器人建模与控制


作者:
甄圣超 刘晓黎 孙浩 吴其林 著
定价:
109.00元
ISBN:
978-7-04-065628-2
版面字数:
440.00千字
开本:
特殊
全书页数:
暂无
装帧形式:
精装
重点项目:
暂无
出版时间:
2025-11-25
物料号:
65628-00
读者对象:
高等教育
一级分类:
机械/能源类
二级分类:
机械设计制造及其自动化/机械工程/机械电子工程专业课
三级分类:
机器人技术基础

机器人研究在当今和未来都是一个热门话题。随着机器人在工业和生活中的广泛应用,对机器人控制的要求也越来越高。目前,机器人控制正朝着开放化和模块化的方向快速发展。本书以智能协作机器人为研究对象,系统地阐述了基于模型设计的协作机器人研发方法,并详细讲解了协作机器人的硬件结构、控制系统,以及运动学、动力学分析与仿真等。

全书共14章:第1章为概述,主要介绍协作机器人的发展历程以及基于模型设计方法;第2章详细介绍本书所涉及的协作机器人系统的组成及软硬件设计;第3~7章讨论协作机器人的运动学基础;第8章和第9章介绍协作机器人的动力学控制基础;第10~13章介绍协作机器人动力学在不同研究方向,即零力控制、碰撞检测、轨迹跟踪控制、柔顺控制等方面的研究成果;第14章为总结与展望。为了帮助读者更好地理解本书内容,书后还附有软件安装方法及相关基础知识。

本书适合机器人工程、自动化、电子信息工程等相关专业的本科生和研究生阅读,亦可供对机器人技术感兴趣的读者以及相关领域科研人员、工程技术人员参考。

  • 前辅文
  • 第1章 绪论
    • 1.1 引言
    • 1.2 协作机器人发展历程
      • 1.2.1 协作机器人的诞生
      • 1.2.2 协作机器人的发展现状
      • 1.2.3 协作机器人的发展趋势
      • 1.2.4 协作机器人控制系统的研究现状和发展趋势
    • 1.3 基于模型设计方法的介绍
      • 1.3.1 基于模型设计方法的开发工具
      • 1.3.2 基于模型设计方法在各领域的应用
      • 1.3.3 国外基于模型设计方法在机器人领域的研究
      • 1.3.4 国内基于模型设计方法在机器人领域的研究
    • 1.4 本章小结
  • 第2章 协作机器人系统组成及软硬件设计
    • 2.1 协作机器人的基本组成和技术参数
      • 2.1.1 协作机器人的基本组成
      • 2.1.2 协作机器人的技术参数
    • 2.2 协作机器人总体设计
      • 2.2.1 系统分析
      • 2.2.2 技术分析
      • 2.2.3 仿真分析
    • 2.3 协作机器人整体结构设计
    • 2.4 一体化关节模组软硬件设计
      • 2.4.1 无框力矩电动机选型
      • 2.4.2 谐波减速器选型
      • 2.4.3 编码器选型
      • 2.4.4 伺服驱动器硬件设计
      • 2.4.5 伺服驱动器软件设计
    • 2.5 协作机器人软硬件设计
      • 2.5.1 控制系统硬件设计
      • 2.5.2 上位机软件设计
    • 2.6 本章小结
  • 第3章 空间描述和变换
    • 3.1 刚体的位姿描述
      • 3.1.1 位置的描述
      • 3.1.2 方位的描述
      • 3.1.3 位姿的描述
    • 3.2 坐标变换
      • 3.2.1 坐标平移
      • 3.2.2 坐标旋转
      • 3.2.3 一般变换
    • 3.3 齐次坐标和齐次变换
      • 3.3.1 齐次坐标
      • 3.3.2 齐次变换
      • 3.3.3 齐次变换矩阵的计算
    • 3.4 欧拉角变换和RPY角变换
      • 3.4.1 欧拉角与欧拉角变换
      • 3.4.2 RPY角与RPY变换
    • 3.5 本章小结
  • 第4章 协作机器人正向运动学
    • 4.1 连杆的描述
    • 4.2 连杆参数及D-H坐标变换(标准)
      • 4.2.1 连杆参数
      • 4.2.2 连杆坐标系的建立
    • 4.3 连杆参数及D-H坐标变换(改进)
      • 4.3.1 连杆坐标系建立
      • 4.3.2 标准D-H参数法与改进D-H参数法的对比
      • 4.3.3 实例:UR型协作机器人的改进D-H参数建模
    • 4.4 协作机器人正向运动学基础
    • 4.5 本章小结
  • 第5章 协作机器人逆向运动学
    • 5.1 引言
    • 5.2 解耦技术
    • 5.3 逆变换技术
    • 5.4 迭代技术
    • 5.5 逆向运动学技术比较
      • 5.5.1 解的存在性和唯一性
      • 5.5.2 逆向运动学技术
    • 5.6 实例:六轴协作机器人逆向运动学求解
    • 5.7 本章小结
  • 第6章 协作机器人运动学仿真与控制
    • 6.1 引言
    • 6.2 协作机器人D-H参数验证
    • 6.3 协作机器人正解代码编写及验证
      • 6.3.1 机器人工具箱正解代码
      • 6.3.2 自编机器人正解代码
    • 6.4 协作机器人逆解代码编写及验证
      • 6.4.1 机器人工具箱逆解代码
      • 6.4.2 自编机器人逆解代码
    • 6.5 协作机器人Simscape正逆解仿真
      • 6.5.1 协作机器人Simscape建模
      • 6.5.2 Simscape正逆解仿真
    • 6.6 协作机器人点到点实时控制案例
      • 6.6.1 PTP控制流程介绍
      • 6.6.2 PTP控制的Simulink模型整体框架
      • 6.6.3 Simulink模型介绍
      • 6.6.4 PTP控制操作流程
      • 6.6.5 PTP控制实物演示
    • 6.7 本章小结
  • 第7章 协作机器人轨迹规划仿真与控制
    • 7.1 机器人规划的基本概念
      • 7.1.1 机器人规划的层次划分
      • 7.1.2 机器人轨迹规划与运动控制的关系
    • 7.2 协作机器人轨迹规划原理与仿真
      • 7.2.1 关节空间轨迹规划原理与仿真
      • 7.2.2 笛卡儿空间轨迹规划原理与仿真
      • 7.2.3 协作机器人轨迹规划方法的特点分析
    • 7.3 协作机器人关节空间实时控制
    • 7.4 协作机器人笛卡儿空间实时控制
    • 7.5 本章小结
  • 第8章 协作机器人动力学
    • 8.1 拉格朗日方程
      • 8.1.1 基础知识
      • 8.1.2 动能计算
      • 8.1.3 势能计算
      • 8.1.4 动力学方程
    • 8.2 牛顿-欧拉方程
      • 8.2.1 牛顿方程
      • 8.2.2 欧拉方程
      • 8.2.3 动力学方程
    • 8.3 动力学模型的典型性质
      • 8.3.1 矩阵H-2C的反对称性
      • 8.3.2 惯性矩阵的界限
    • 8.4 简单结构的动力学模型
      • 8.4.1 平面两轴工业协作机器人
      • 8.4.2 六自由度工业协作机器人
    • 8.5 本章小结
  • 第9章 协作机器人参数辨识
    • 9.1 动力学模型的线性化与最小参数集
      • 9.1.1 动力学模型的线性化
      • 9.1.2 动力学模型的最小参数集
    • 9.2 基于条件数的激励轨迹的优化
      • 9.2.1 基于有限项傅里叶级数的轨迹模型
      • 9.2.2 基于条件数的轨迹参数优化
      • 9.2.3 激励轨迹的参数求解与结果验证
    • 9.3 协作机器人动力学模型的参数辨识与验证
      • 9.3.1 滤波算法与实现
      • 9.3.2 参数辨识与结果分析
    • 9.4 本章小结
  • 第10章 协作机器人零力控制
    • 10.1 协作机器人零力控制简介
      • 10.1.1 协作机器人柔性关节动力学分析
      • 10.1.2 串联协作机器人动力学模型分析
    • 10.2 协作机器人零力控制分析
      • 10.2.1 基于力传感器的零力控制
      • 10.2.2 无力矩传感器的零力控制
    • 10.3 协作机器人重力项及摩擦力项参数辨识
      • 10.3.1 基于最小二乘法的参数辨识模型
      • 10.3.2 重力及摩擦力参数辨识结果
    • 10.4 协作机器人零力拖动及示教方案设计
      • 10.4.1 协作机器人拖动示教控制系统设计
      • 10.4.2 协作机器人拖动示教分类及原理
      • 10.4.3 协作机器人拖动轨迹再现方案设计
    • 10.5 协作机器人零力控制及示教再现实验
      • 10.5.1 协作机器人零力拖动实验
      • 10.5.2 协作机器人示教再现实验
    • 10.6 本章小结
  • 第11章 协作机器人碰撞检测
    • 11.1 碰撞检测算法研究概述
      • 11.1.1 无力矩传感器的机器人碰撞检测算法
      • 11.1.2 基于力矩传感器的机器人碰撞检测算法
      • 11.1.3 机器人的碰撞检测反应策略
    • 11.2 碰撞检测实验方案设计
      • 11.2.1 基于动量观测器的碰撞检测方案
      • 11.2.2 基于能量观测器的碰撞检测
      • 11.2.3 基于关节力矩传感器的碰撞检测方案及实验
      • 11.2.4 基于动量观测器的三自由度协作机器人碰撞检测仿真及实验
      • 11.2.5 基于动量观测器的六自由度协作机器人碰撞检测实验
    • 11.3 本章小结
  • 第12章 协作机器人轨迹跟踪控制
    • 12.1 PD+重力补偿控制算法研究
      • 12.1.1 PD+重力补偿控制器设计
      • 12.1.2 稳定性证明
      • 12.1.3 PD+重力补偿算法仿真
    • 12.2 自适应控制算法研究
      • 12.2.1 自适应控制器设计
      • 12.2.2 稳定性证明
      • 12.2.3 自适应控制算法仿真
    • 12.3 模糊最优鲁棒控制算法研究
      • 12.3.1 模糊最优鲁棒控制器设计
      • 12.3.2 稳定性证明
      • 12.3.3 最优增益参数设计
      • 12.3.4 模糊最优鲁棒控制算法仿真
    • 12.4 机器人轨迹跟踪控制实验
      • 12.4.1 二自由度机器人轨迹跟踪实验
      • 12.4.2 六自由度机器人轨迹跟踪实验
    • 12.5 本章小结
  • 第13章 协作机器人柔顺控制
    • 13.1 协作机器人柔顺控制简介
      • 13.1.1 阻抗控制
      • 13.1.2 导纳控制
      • 13.1.3 力/位混合控制
    • 13.2 关节模组柔顺控制分析
      • 13.2.1 关节模组的阻抗控制
      • 13.2.2 关节模组的导纳控制
    • 13.3 关节模组导纳控制实验
      • 13.3.1 导纳控制实验模型
      • 13.3.2 导纳控制实验结果分析
    • 13.4 六轴机械臂柔顺控制分析
      • 13.4.1 六轴机械臂的阻抗控制
      • 13.4.2 六轴机械臂的导纳控制
    • 13.5 六轴机械臂导纳控制实验
      • 13.5.1 六轴机械臂导纳控制实验操作
      • 13.5.2 六轴机械臂导纳控制实验结果分析
    • 13.6 本章小结
  • 第14章 总结与展望
  • 参考文献
  • 附录A 相关软件安装说明
    • A.1 MATLAB R2020a安装过程
    • A.2 Code Composer Studio软件安装
    • A.3 controlSUITE3.4.5软件安装
    • A.4 C2000 Simulink开发工具箱安装
    • A.5 MinGW-w64 C/C++软件安装
  • 附录B 三角函数
    • B.1 双参数反正切函数
    • B.2 常用的三角函数公式
    • B.3 逆向运动学公式
  • 附录C 线性代数基础
    • C.1 向量
    • C.2 向量的微分
    • C.3 线性无关
    • C.4 矩阵
    • C.5 坐标变换
    • C.6 特征值和特征向量
    • C.7 奇异值分解
  • 附录D 李雅普诺夫稳定性
    • D.1 二次型和李雅普诺夫函数
    • D.2 李雅普诺夫稳定性
    • D.3 全局及指数稳定性
    • D.4 线性系统的李雅普诺夫稳定性
    • D.5 LaSalle定理
  • 附录E 模糊法简介
    • E.1 模糊数学介绍
    • E.2 差分不等式分析
    • E.3 约束优化的最优解
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