國之重器出版工程 空間機器人

第 一篇空間機器人基本理論
第 1章緒論003
1．1空間機器人的定義、特點及分類004
1．1．1空間機器人的定義004
1．1．2空間機器人的特點005
1．1．3空間機器人的分類006
1．2空間機器人的基本組成及主要研究內容008
1．2．1空間機器人的基本組成008
1．2．2空間機器人的主要研究內容009
第 2章空間機器人運動學與動力學011
2．1拓撲結構數(shù)學描述012
2．2坐標系定義與坐標變換014
2．3空間機器人運動學016
2．3．1各體位置和速度016
2．3．2末端位置和速度019
2．4空間剛性機器人動力學方程021
2．4．1用拉格朗日法建立空間剛性機器人動力學方程022
2．4．2用牛頓歐拉法建立空間剛性機器人動力學方程024
2．4．3不考慮基座浮動的情形028
2．5空間柔性機器人動力學方程030
2．5．1柔性體變形與動能030
2．5．2柔性體的彈性力與廣義力033
2．5．3柔性體間約束方程034
2．5．4柔性多體系統(tǒng)動力學模型035
2．5．5空間機器人柔性多體動力學模型036
第3章空間機器人運動規(guī)劃037
3．1空間操作機器人運動規(guī)劃038
3．1．1規(guī)劃問題描述038
3．1．2運動軌跡的選取039
3．1．3關節(jié)空間運動規(guī)劃041
3．1．4笛卡兒空間運動規(guī)劃042
3．1．5冗余機器人避關節(jié)極限和避奇異045
3．2空間移動機器人運動規(guī)劃050
3．2．1全局路徑規(guī)劃050
3．2．2局部路徑規(guī)劃054
3．2．3輪式移動機器人運動規(guī)劃059
第4章空間機器人運動控制062
4．1三環(huán)伺服運動控制064
4．1．1電機驅動與關節(jié)伺服控制064
4．1．2關節(jié)伺服控制系統(tǒng)的調試與測試075
4．2基于動力學模型的運動控制079
4．2．1基于計算力矩的控制079
4．2．2滑模變結構控制080
第5章空間機器人力控制084
5．1力位混合控制087
5．1．1自然約束和人工約束087
5．1．2力位混合控制算法088
5．2阻抗控制091
5．2．1期望阻抗的選定092
5．2．2基于位置的阻抗控制093
5．2．3基于雅可比轉置的阻抗控制094
5．2．4基于動力學模型的阻抗控制095
5．2．5多機器人協(xié)同阻抗控制100
第二篇空間機器人設計基礎

第6章空間機器人系統(tǒng)105
6．1系統(tǒng)設計107
6．1．1設計內容107
6．1．2設計原則108
6．2系統(tǒng)設計要素及約束要求109
6．2．1功能要求109
6．2．2性能要求110
6．2．3環(huán)境約束要求113
6．3系統(tǒng)總體設計115
6．4系統(tǒng)構型設計117
6．5系統(tǒng)供配電設計121
6．6系統(tǒng)信息流設計122
6．7系統(tǒng)熱設計124
6．8系統(tǒng)接口設計125
6．9系統(tǒng)工效學設計127
6．10系統(tǒng)可靠性設計128
6．11系統(tǒng)安全性設計129
6．12系統(tǒng)測試性設計130
6．13系統(tǒng)維修性設計131
6．14系統(tǒng)保障性設計132
6．15元器件、原材料及工藝的選用設計133
6．16系統(tǒng)驗證方案設計135
第7章空間機器人機械系統(tǒng)136
7．1機械系統(tǒng)設計138
7．1．1設計內容138
7．1．2設計原則140
7．2空間機器人結構142
7．2．1結構功能142
7．2．2結構材料143
7．2．3結構設計150
7．3關節(jié)155
7．3．1關節(jié)分類155
7．3．2關節(jié)的組成155
7．3．3關節(jié)設計165
7．4末端執(zhí)行器172
7．4．1末端執(zhí)行器分類172
7．4．2末端執(zhí)行器的組成174
7．4．3末端執(zhí)行器設計180
7．5移動機構184
7．5．1腿式移動機構184
7．5．2輪式移動機構187
7．5．3履帶式移動機構190
7．6壓緊釋放機構191
7．6．1壓緊釋放機構的功能191
7．6．2釋放裝置的類型192
7．6．3壓緊釋放機構設計195
7．7空間潤滑設計198
7．7．1潤滑設計的作用和要求198
7．7．2潤滑材料及潤滑方式選取199
7．7．3脂潤滑200
7．7．4固體潤滑202
7．7．5固體脂復合潤滑206
7．8機械系統(tǒng)試驗驗證技術207
7．8．1空間機器人關節(jié)功能/性能測試208
7．8．2空間機器人末端執(zhí)行器功能/性能測試210
7．8．3環(huán)境適應性試驗212
7．8．4可靠性試驗213
第8章空間機器人控制系統(tǒng)216
8．1控制系統(tǒng)的組成及基本功能217
8．2控制系統(tǒng)設計219
8．2．1控制系統(tǒng)架構219
8．2．2信息流設計221
8．2．3控制系統(tǒng)工作模式設計223
8．2．4控制系統(tǒng)硬件設計225
8．2．5控制系統(tǒng)軟件設計228
8．2．6控制系統(tǒng)可靠性與安全性設計230
第9章空間機器人感知系統(tǒng)233
9．1視覺感知系統(tǒng)設計235
9．1．1設計內容235
9．1．2設計原則239
9．2可見光視覺感知系統(tǒng)的應用241
9．2．1可見光視覺感知的基本原理241
9．2．2艙外空間機械臂視覺感知系統(tǒng)244
9．2．3艙外飛行空間機器人視覺感知系統(tǒng)246
9．2．4艙內飛行空間機器人視覺感知系統(tǒng)247
9．2．5艙內類人型空間機器人視覺感知系統(tǒng)248
9．3激光視覺感知系統(tǒng)的應用252
9．3．1激光視覺感知的基本原理252
9．3．2艙外空間機械臂視覺感知系統(tǒng)254
9．3．3艙內類人型空間機器人視覺感知系統(tǒng)257
9．4試驗驗證259
第 10章空間機器人遙操作系統(tǒng)261
10．1空間機器人遙操作系統(tǒng)設計263
10．1．1空間機器人遙操作系統(tǒng)的特點、功能及組成263
10．1．2遙操作系統(tǒng)設計原則265
10．1．3主要技術指標267
10．2典型空間機器人遙操作系統(tǒng)268
10．2．1指令遙操作系統(tǒng)269
10．2．2雙邊遙操作系統(tǒng)270
10．2．3共享遙操作系統(tǒng)278
10．2．4智能代理遙操作系統(tǒng)279
第 11章空間機器人系統(tǒng)仿真281
11．1仿真在空間機器人研制中的作用283
11．2常用空間機器人仿真類型286
11．2．1按實現(xiàn)方式分類286
11．2．2按時間關系分類287
11．3空間機器人仿真中的兩個關鍵問題288
11．3．1仿真目標288
11．3．2模型驗證289
11．4基于仿真的任務驗證291
11．5常用機器人仿真軟件294
11．5．1MATLAB294
11．5．2SimulationX295
11．6基于MATLAB/SimMechanics的機器人仿真樣例297
第三篇空間機器人設計實例
第 12章大型空間機械臂設計實例303
12．1設計要求與約束條件306
12．1．1設計要求306
12．1．2約束條件308
12．2系統(tǒng)總體設計310
12．2．1任務分析310
12．2．2總體設計312
12．2．3機械臂機械系統(tǒng)設計315
12．3控制系統(tǒng)設計319
12．3．1控制系統(tǒng)的組成319
12．3．2系統(tǒng)控制策略320
12．3．3控制系統(tǒng)硬件設計321
12．3．4控制系統(tǒng)軟件設計324
12．4感知系統(tǒng)設計326
12．4．1感知系統(tǒng)的組成326
12．4．2視覺測量系統(tǒng)策略327
12．4．3視覺測量系統(tǒng)信息總線設計328
12．4．4視覺測量系統(tǒng)硬件設計328
12．4．5視覺測量系統(tǒng)軟件設計330
12．5設計驗證331
12．5．1驗證項目矩陣331
12．5．2驗證方案332
第 13章空間移動機器人設計實例335
13．1設計要求與約束條件337
13．1．1設計要求337
13．1．2約束條件338
13．2系統(tǒng)總體設計340
13．2．1任務分析340
13．2．2總體方案設計342
13．3機械系統(tǒng)設計348
13．3．1驅動轉向模塊設計349
13．3．2主動懸架模塊設計350
13．3．3差動支撐模塊設計351
13．3．4壓緊釋放模塊設計352
13．4控制系統(tǒng)設計354
13．4．1控制系統(tǒng)總體設計354
13．4．2控制系統(tǒng)模式設計355
13．4．3伺服驅動方案設計356
13．5感知系統(tǒng)設計359
13．5．1感知系統(tǒng)整體構造359
13．5．2視覺感知系統(tǒng)設計360
13．5．3導航相機設計362
13．5．4避障相機設計362
13．5．5太陽敏感器設計363
13．6設計驗證364
13．6．1車體爬坡能力驗證364
13．6．2車體越障能力驗證365
13．6．3車體抬升能力驗證366
13．6．4抬輪行走能力驗證367
第 14章行星表面采樣機械臂設計實現(xiàn)369
14．1設計要求與約束條件370
14．1．1任務要求370
14．1．2功能要求370
14．1．3性能要求370
14．1．4接口要求371
14．1．5環(huán)境適應性要求371
14．2系統(tǒng)總體設計373
14．2．1任務分析373
14．2．2總體設計374
14．3機械系統(tǒng)設計379
14．3．1系統(tǒng)組成379
14．3．2關節(jié)設計379
14．3．3臂桿設計381
14．3．4采樣器設計382
14．3．5壓緊機構設計383
14．4控制系統(tǒng)設計385
14．4．1系統(tǒng)架構設計385
14．4．2控制單元設計385
14．4．3關節(jié)控制系統(tǒng)設計387
14．4．4控制系統(tǒng)軟件架構387
14．5感知系統(tǒng)設計389
14．5．1觸地傳感組件設計389
14．5．2視覺系統(tǒng)設計389
14．6設計驗證392
14．6．1試驗驗證項目392
14．6．2抗力學環(huán)境試驗393
14．6．3抗熱學環(huán)境試驗393
14．6．4抗塵土試驗394
14．6．5高溫展開試驗394
14．6．6末端采樣試驗394
14．6．7著陸姿態(tài)拉偏試驗396
第四篇總結與展望
第 15章空間機器人現(xiàn)狀399
15．1空間機器人的發(fā)展歷程400
15．2空間機器人的研究現(xiàn)狀403
15．3小結413
第 16章空間機器人展望415
16．1空間機器人產品416
16．1．1軟體機器人417
16．1．2飛行機器人419
16．1．3空間云機器人420
16．1．4空間多機器人系統(tǒng)421
16．1．5人工智能空間機器人422
16．2空間機器人技術424
16．3小結433
參考文獻434
符號定義444
英文縮略語446
索引448