機(jī)器人仿真、控制與應(yīng)用

前言
第1章緒論1
1.1機(jī)器人與機(jī)器人學(xué)1
1.2機(jī)器人的分類(lèi)2
1.3工業(yè)機(jī)器人的組成6
1.4機(jī)器人基本參數(shù)和性能指標(biāo)10
1.5機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)12
1.6小結(jié)14
第2章機(jī)器人仿真工具基礎(chǔ)15
2.1數(shù)學(xué)建模仿真工具基礎(chǔ)15
2.1.1MATLAB軟件介紹15
2.1.2Simulink仿真工具箱簡(jiǎn)介16
2.2多體系統(tǒng)建模仿真工具基礎(chǔ)23
2.2.1ADAMS軟件介紹23
2.2.2單連桿機(jī)器人建模仿真案例25
2.3二連桿機(jī)器人建模33
2.3.1問(wèn)題描述33
2.3.2創(chuàng)建載荷34
2.3.3創(chuàng)建系統(tǒng)狀態(tài)變量35
2.3.4創(chuàng)建輸出/輸入對(duì)象36
2.3.5創(chuàng)建轉(zhuǎn)矩37
2.3.6導(dǎo)出控制對(duì)象37
2.4擬人臂機(jī)器人建模39
2.4.1問(wèn)題描述39
2.4.2最終模型40
2.4.3創(chuàng)建系統(tǒng)狀態(tài)變量和輸入/輸出
對(duì)象40
2.4.4導(dǎo)出控制對(duì)象40
2.5球坐標(biāo)機(jī)器人（RRP）建模41
2.5.1問(wèn)題描述41
2.5.2最終模型41
2.5.3創(chuàng)建系統(tǒng)狀態(tài)變量和輸入/輸出
對(duì)象41
2.5.4創(chuàng)建關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)42
2.5.5導(dǎo)出控制對(duì)象43
2.6二連桿機(jī)器人剛?cè)狁詈辖?4
2.6.1問(wèn)題描述44
2.6.2剛?cè)釛U的替換方法44
第3章機(jī)器人學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)45
3.1空間基本概念描述45
3.1.1點(diǎn)的空間描述45
3.1.2矢量的空間描述46
3.1.3剛體運(yùn)動(dòng)及剛體變換47
3.2剛體位姿的空間描述47
3.2.1剛體位置的空間描述47
3.2.2剛體姿態(tài)的空間描述——旋轉(zhuǎn)
矩陣48
3.3齊次坐標(biāo)變換——剛體運(yùn)動(dòng)變換
矩陣50
3.4剛體姿態(tài)的其他描述方法52
3.4.1RPY角52
3.4.2歐拉角54
3.4.3四元數(shù)57
3.5相對(duì)于參考系的坐標(biāo)變換58
3.5.1相對(duì)于參考系的平移變換58
3.5.2相對(duì)于參考系的旋轉(zhuǎn)變換59
3.5.3相對(duì)于參考系的復(fù)合變換61
3.6相對(duì)于本地坐標(biāo)系的變換63
3.7旋轉(zhuǎn)矩陣的指數(shù)坐標(biāo)形式65
3.8剛體變換矩陣的指數(shù)坐標(biāo)形式67
第4章機(jī)器人正向運(yùn)動(dòng)學(xué)分析71
4.1標(biāo)準(zhǔn)D-H法71
4.2修正的D-H法88
4.3機(jī)器人正向運(yùn)動(dòng)學(xué)的指數(shù)積公式96
第5章機(jī)器人逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)分析108
5.1幾何法108
5.2直接代數(shù)法110
5.3串聯(lián)機(jī)器人逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)通用解法115
第6章機(jī)器人速度分析134
6.1微分運(yùn)動(dòng)與雅可比矩陣134
6.2斜對(duì)稱矩陣137
6.3角速度及角速度疊加原理141
6.4線速度疊加原理142
6.5完整雅可比矩陣計(jì)算143
6.6剛體的空間速度與物體速度148
6.7基于指數(shù)積公式的雅可比矩陣推導(dǎo)151
6.8雅可比矩陣的逆與奇異性157
6.9雅可比矩陣的偽逆159
6.10雅可比矩陣與靈巧度162
第7章機(jī)器人靜力學(xué)分析165
7.1連桿的受力和平衡分析165
7.2力雅可比矩陣166
7.3二連桿機(jī)器人靜力學(xué)建模171
7.3.1初始位姿調(diào)整171
7.3.2施加負(fù)載和轉(zhuǎn)矩172
7.3.3仿真設(shè)置及結(jié)果173
第8章機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析174
8.1拉格朗日法174
8.2單連桿機(jī)械人動(dòng)力學(xué)分析177
8.3二連桿機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析177
8.4單連桿機(jī)器人動(dòng)力學(xué)仿真180
8.4.1問(wèn)題描述181
8.4.2創(chuàng)建系統(tǒng)變量和輸入對(duì)象181
8.4.3修正關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩變量表達(dá)式182
8.5基于遞歸牛頓-歐拉法的動(dòng)力學(xué)
方程184
8.5.1剛體的線加速度和角加速度185
8.5.2慣性張量185
8.5.3速度和加速度的外推186
8.5.4關(guān)節(jié)力矩的內(nèi)推187
8.5.5基于牛頓-歐拉法的二連桿機(jī)械
臂動(dòng)力學(xué)仿真分析188
第9章機(jī)器人軌跡規(guī)劃193
9.1軌跡規(guī)劃基本原理193
9.2關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃194
9.2.1三次多項(xiàng)式插值194
9.2.2五次多項(xiàng)式插值197
9.2.3帶拋物線過(guò)渡線性插值200
9.3直角坐標(biāo)空間軌跡規(guī)劃203
9.4考慮姿態(tài)的直角坐標(biāo)空間軌跡規(guī)劃212
第10章機(jī)器人控制217
10.1關(guān)節(jié)獨(dú)立PD控制217
10.2單連桿PD控制仿真218
10.3帶重力補(bǔ)償?shù)膯芜B桿PD控制219
10.4二連桿PD控制仿真221
10.5擬人臂機(jī)械手PD控制仿真222
10.6基于逆向動(dòng)力學(xué)模型的控制224
10.6.1非線性模型的反饋線性化224
10.6.2模型線性化 閉環(huán)反饋控制225
10.7基于逆向動(dòng)力學(xué)模型的機(jī)器人控制
仿真226
第11章機(jī)器人力的控制230
11.1機(jī)器人被動(dòng)柔順控制230
11.2機(jī)器人主動(dòng)柔順控制230
11.3機(jī)器人阻抗控制231
11.3.1機(jī)器人關(guān)節(jié)空間阻抗控制231
11.3.2機(jī)器人直角坐標(biāo)空間阻抗
控制233
11.4機(jī)器人主動(dòng)剛度控制234
11.5力位置混合控制235
11.6二連桿機(jī)器人關(guān)節(jié)空間阻抗控制
仿真236
11.7二連桿機(jī)器人直角坐標(biāo)空間阻抗
控制仿真240
11.8二連桿機(jī)器人主動(dòng)剛度控制仿真243
11.9二連桿機(jī)器人力位置混合控制
仿真244
第12章機(jī)器人先進(jìn)控制248
12.1李雅普諾夫穩(wěn)定性判據(jù)248
12.2機(jī)器人自適應(yīng)控制250
12.2.1機(jī)器人名義模型建立250
12.2.2不確定部分的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
逼近251
12.2.3控制器設(shè)計(jì)與分析252
12.2.4二連桿機(jī)械臂RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的
自適應(yīng)控制仿真253
12.3機(jī)器人滑模變結(jié)構(gòu)控制259
12.3.1機(jī)器人滑?？刂频幕驹?59
12.3.2基于名義模型的二連桿機(jī)器人
滑?？刂坡试O(shè)計(jì)260
12.3.3二連桿機(jī)械臂滑?？刂品抡?61
第13章基于視覺(jué)的機(jī)器人控制266
13.1基于位置的視覺(jué)伺服267
13.2基于圖像的視覺(jué)伺服271
第14章機(jī)器人高級(jí)應(yīng)用278
14.1雙臂協(xié)作機(jī)器人建模仿真278
14.1.1雙臂協(xié)作機(jī)器人簡(jiǎn)介278
14.1.2雙臂機(jī)器人仿真案例279
14.2人形機(jī)器人建模仿真281
14.2.1人形機(jī)器人簡(jiǎn)介281
14.2.2人形機(jī)器人仿真案例282
14.3機(jī)器人與增材制造技術(shù)284
14.3.1金屬定向能量沉積285
14.3.2機(jī)器人非金屬增材制造裝備289
14.3.3增材制造助力機(jī)器人技術(shù)
創(chuàng)新291
第15章空間機(jī)器人294
15.1空間機(jī)器人概述294
15.1.1空間機(jī)器人定義294
15.1.2空間機(jī)器人的分類(lèi)295
15.1.3空間機(jī)器人的工作環(huán)境295
15.2空間機(jī)械臂介紹296
15.2.1國(guó)際空間站的機(jī)械臂296
15.2.2中國(guó)空間站的機(jī)械臂298
15.2.3其他空間機(jī)器人301
15.3在軌制造機(jī)器人302
15.3.1在軌制造機(jī)器人優(yōu)勢(shì)303
15.3.2在軌制造機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀304
15.4空間機(jī)器人建模仿真案例309
15.5空間機(jī)器人技術(shù)展望312
參考文獻(xiàn)313