并聯(lián)機(jī)器人：建模、控制優(yōu)化與應(yīng)用

第1章　概述 1
1.1　并聯(lián)機(jī)器人的基本概念與發(fā)展歷程 1
1.2　并聯(lián)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 6
1.2.1　機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理論 6
1.2.2　運(yùn)動(dòng)學(xué)求解與分析 7
1.2.3　運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定 12
1.2.4　動(dòng)力學(xué)建模 13
1.2.5　控制器設(shè)計(jì) 15
1.2.6　摩擦力補(bǔ)償 18
1.3　平面二自由度并聯(lián)機(jī)器人 20
1.4　本書的主要內(nèi)容 22　
第2章　并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定 25
2.1　平面二自由度并聯(lián)機(jī)器人的標(biāo)定問題 25
2.2　基于優(yōu)化問題求解的平面二自由度并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定 28
2.2.1　基于閉鏈約束方程的目標(biāo)函數(shù) 28
2.2.2　標(biāo)定步驟 31
2.2.3　仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果 32
2.3　基于兩步迭代法的平面二自由度并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定 39
2.3.1　誤差模型分析 39
2.3.2　兩步迭代標(biāo)定法 43
2.3.3　仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果 44
2.4　基于跟蹤誤差投影的平面二自由度　并聯(lián)機(jī)器人零點(diǎn)位置的標(biāo)定 46
2.4.1　零點(diǎn)位置的標(biāo)定問題 47
2.4.2　基于跟蹤誤差投影的目標(biāo)函數(shù) 48
2.4.3　目標(biāo)函數(shù)魯棒性證明 51
2.4.4　實(shí)際實(shí)驗(yàn)標(biāo)定結(jié)果 53
2.5　基于粒子群算法的平面二自由度并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)自標(biāo)定 55
2.5.1　基于粒子群算法的標(biāo)定 56
2.5.2　標(biāo)定實(shí)驗(yàn)及其結(jié)果分析 57
2.6　本章小結(jié) 60　
第3章　并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)性能分析 61
3.1　線性矩陣不等式LMI簡(jiǎn)介 61
3.1.1　LMI的標(biāo)準(zhǔn)形式 61
3.1.2　三類LMI的基本問題 63
3.1.3　Schur補(bǔ)定理 63
3.2　LMI在并聯(lián)機(jī)器人常見運(yùn)動(dòng)學(xué)性能指標(biāo)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 64
3.2.1　奇異性指標(biāo)的LMI表達(dá) 64
3.2.2　工作空間性能指標(biāo)的LMI表達(dá) 66
3.2.3　靈巧度性能指標(biāo)的LMI表達(dá) 67
3.2.4　剛度性能指標(biāo)的LMI表達(dá) 67
3.3　基于LMI的平面二自由度并聯(lián)機(jī)器人參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 68
3.3.1　平面二自由度并聯(lián)機(jī)器人 69
3.3.2　平面二自由度并聯(lián)機(jī)器人奇異性指標(biāo)的LMI表達(dá) 70
3.3.3　平面二自由度并聯(lián)機(jī)器人靈巧度性能指標(biāo)的LMI表達(dá) 73
3.3.4　平面二自由度并聯(lián)機(jī)器人剛度性能指標(biāo)的LMI表達(dá) 74
3.3.5　線性最優(yōu)目標(biāo)函數(shù) 75
3.3.6　參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果 76
3.4　平面二自由度并聯(lián)機(jī)器人的力矩傳遞性能分析 77
3.4.1　運(yùn)動(dòng)學(xué)位形 77
3.4.2　力矩傳遞性能圖譜 80
3.5　本章小結(jié) 84　
第4章　并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模及性能分析 85
4.1　并聯(lián)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)建模 85
4.1.1　Lagrange函數(shù) 86
4.1.2　Euler-Lagrange方程 86
4.1.3　閉鏈約束方程 88
4.1.4　獨(dú)立坐標(biāo)選取 89
4.1.5　約束力消除 91
4.2　平面二自由度并聯(lián)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)建模 93
4.3　平面二自由度并聯(lián)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)性能分析 99
4.3.1　速度限制 99
4.3.2　加速度限制 100
4.3.3　并聯(lián)機(jī)器人的S型速度規(guī)劃 101
4.4　本章小結(jié) 105　
第5章　并聯(lián)機(jī)器人的典型控制策略 106
5.1　并聯(lián)機(jī)器人的典型控制策略 106
5.1.1　PD控制器 107
5.1.2　增廣PD控制器 107
5.1.3　計(jì)算力矩控制器 108
5.2　并聯(lián)機(jī)器人的最優(yōu)控制器設(shè)計(jì) 109
5.3　平面二自由度并聯(lián)機(jī)器人典型控制策略的仿真實(shí)驗(yàn) 111
5.4　本章小結(jié) 117　
第6章　并聯(lián)機(jī)器人的非線性PD控制及摩擦力補(bǔ)償 118
6.1　非線性PD控制 118
6.1.1　非線性PD控制器的定義 119
6.1.2　非線性PD控制器的性能分析 120
6.2　平面二自由度并聯(lián)機(jī)器人的增廣NPD控制 122
6.2.1　增廣NPD控制器設(shè)計(jì) 123
6.2.2　增廣NPD控制的實(shí)際實(shí)驗(yàn) 126
6.3　平面二自由度并聯(lián)機(jī)器人的計(jì)算力矩NPD控制 128
6.3.1　計(jì)算力矩NPD控制器設(shè)計(jì) 128
6.3.2　計(jì)算力矩NPD控制的實(shí)際實(shí)驗(yàn) 130
6.4　平面二自由度并聯(lián)機(jī)器人的非線性摩擦力補(bǔ)償 132
6.4.1　非線性摩擦力模型及其參數(shù)辨識(shí) 133
6.4.2　庫侖+粘滯摩擦力模型及其參數(shù)辨識(shí) 136
6.4.3　摩擦力補(bǔ)償?shù)膶?shí)際實(shí)驗(yàn)及其結(jié)果分析 137
6.5　本章小結(jié) 139　
第7章　并聯(lián)機(jī)器人的非線性自適應(yīng)控制 141
7.1　平面二自由度并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型的參數(shù)化形式 141
7.2　平面二自由度并聯(lián)機(jī)器人的非線性自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì) 143
7.2.1　控制律設(shè)計(jì) 144
7.2.2　參數(shù)自適應(yīng)律設(shè)計(jì) 145
7.2.3　系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 146
7.2.4　系統(tǒng)控制方案圖 147
7.3　平面二自由度并聯(lián)機(jī)器人的非線性自適應(yīng)　控制實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 148
7.4　本章小結(jié) 152　
第8章　并聯(lián)機(jī)器人的同步控制 153
8.1　平面二自由度并聯(lián)機(jī)器人的主動(dòng)關(guān)節(jié)同步控制 154
8.1.1　基于主動(dòng)關(guān)節(jié)的動(dòng)力學(xué)模型形式 154
8.1.2　主動(dòng)關(guān)節(jié)同步控制器設(shè)計(jì) 158
8.1.3　主動(dòng)關(guān)節(jié)同步控制的軌跡跟蹤實(shí)驗(yàn) 162
8.2　平面二自由度并聯(lián)機(jī)器人的工作空間同步控制 168
8.2.1　同步誤差的定義 169
8.2.2　工作空間的同步控制器設(shè)計(jì) 170
8.2.3　主動(dòng)關(guān)節(jié)同步控制與工作空間同步控制的對(duì)比實(shí)驗(yàn) 173
8.3　本章小結(jié) 176
參考文獻(xiàn) 178