機器人仿真、控制與應用

前言
第1章緒論1
1.1機器人與機器人學1
1.2機器人的分類2
1.3工業(yè)機器人的組成6
1.4機器人基本參數和性能指標10
1.5機器人的發(fā)展趨勢12
1.6小結14
第2章機器人仿真工具基礎15
2.1數學建模仿真工具基礎15
2.1.1MATLAB軟件介紹15
2.1.2Simulink仿真工具箱簡介16
2.2多體系統(tǒng)建模仿真工具基礎23
2.2.1ADAMS軟件介紹23
2.2.2單連桿機器人建模仿真案例25
2.3二連桿機器人建模33
2.3.1問題描述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/輸入對象36
2.3.5創(chuàng)建轉矩37
2.3.6導出控制對象37
2.4擬人臂機器人建模39
2.4.1問題描述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
對象40
2.4.4導出控制對象40
2.5球坐標機器人（RRP）建模41
2.5.1問題描述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
對象41
2.5.4創(chuàng)建關節(jié)驅動42
2.5.5導出控制對象43
2.6二連桿機器人剛柔耦合建模44
2.6.1問題描述44
2.6.2剛柔桿的替換方法44
第3章機器人學的數學基礎45
3.1空間基本概念描述45
3.1.1點的空間描述45
3.1.2矢量的空間描述46
3.1.3剛體運動及剛體變換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
矩陣48
3.3齊次坐標變換——剛體運動變換
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57
3.5相對于參考系的坐標變換58
3.5.1相對于參考系的平移變換58
3.5.2相對于參考系的旋轉變換59
3.5.3相對于參考系的復合變換61
3.6相對于本地坐標系的變換63
3.7旋轉矩陣的指數坐標形式65
3.8剛體變換矩陣的指數坐標形式67
第4章機器人正向運動學分析71
4.1標準D-H法71
4.2修正的D-H法88
4.3機器人正向運動學的指數積公式96
第5章機器人逆向運動學分析108
5.1幾何法108
5.2直接代數法110
5.3串聯(lián)機器人逆向運動學通用解法115
第6章機器人速度分析134
6.1微分運動與雅可比矩陣134
6.2斜對稱矩陣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完整雅可比矩陣計算143
6.6剛體的空間速度與物體速度148
6.7基于指數積公式的雅可比矩陣推導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章機器人靜力學分析165
7.1連桿的受力和平衡分析165
7.2力雅可比矩陣166
7.3二連桿機器人靜力學建模171
7.3.1初始位姿調整171
7.3.2施加負載和轉矩172
7.3.3仿真設置及結果173
第8章機器人動力學分析174
8.1拉格朗日法174
8.2單連桿機械人動力學分析177
8.3二連桿機器人動力學分析177
8.4單連桿機器人動力學仿真180
8.4.1問題描述181
8.4.2創(chuàng)建系統(tǒng)變量和輸入對象181
8.4.3修正關節(jié)轉矩變量表達式182
8.5基于遞歸牛頓-歐拉法的動力學
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關節(jié)力矩的內推187
8.5.5基于牛頓-歐拉法的二連桿機械
臂動力學仿真分析188
第9章機器人軌跡規(guī)劃193
9.1軌跡規(guī)劃基本原理193
9.2關節(jié)空間軌跡規(guī)劃194
9.2.1三次多項式插值194
9.2.2五次多項式插值197
9.2.3帶拋物線過渡線性插值200
9.3直角坐標空間軌跡規(guī)劃203
9.4考慮姿態(tài)的直角坐標空間軌跡規(guī)劃212
第10章機器人控制217
10.1關節(jié)獨立PD控制217
10.2單連桿PD控制仿真218
10.3帶重力補償的單連桿PD控制219
10.4二連桿PD控制仿真221
10.5擬人臂機械手PD控制仿真222
10.6基于逆向動力學模型的控制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基于逆向動力學模型的機器人控制
仿真226
第11章機器人力的控制230
11.1機器人被動柔順控制230
11.2機器人主動柔順控制230
11.3機器人阻抗控制231
11.3.1機器人關節(jié)空間阻抗控制231
11.3.2機器人直角坐標空間阻抗
控制233
11.4機器人主動剛度控制234
11.5力位置混合控制235
11.6二連桿機器人關節(jié)空間阻抗控制
仿真236
11.7二連桿機器人直角坐標空間阻抗
控制仿真240
11.8二連桿機器人主動剛度控制仿真243
11.9二連桿機器人力位置混合控制
仿真244
第12章機器人先進控制248
12.1李雅普諾夫穩(wěn)定性判據248
12.2機器人自適應控制250
12.2.1機器人名義模型建立250
12.2.2不確定部分的RBF神經網絡
逼近251
12.2.3控制器設計與分析252
12.2.4二連桿機械臂RBF神經網絡的
自適應控制仿真253
12.3機器人滑模變結構控制259
12.3.1機器人滑?？刂频幕驹?59
12.3.2基于名義模型的二連桿機器人
滑模控制率設計260
12.3.3二連桿機械臂滑?？刂品抡?61
第13章基于視覺的機器人控制266
13.1基于位置的視覺伺服267
13.2基于圖像的視覺伺服271
第14章機器人高級應用278
14.1雙臂協(xié)作機器人建模仿真278
14.1.1雙臂協(xié)作機器人簡介278
14.1.2雙臂機器人仿真案例279
14.2人形機器人建模仿真281
14.2.1人形機器人簡介281
14.2.2人形機器人仿真案例282
14.3機器人與增材制造技術284
14.3.1金屬定向能量沉積285
14.3.2機器人非金屬增材制造裝備289
14.3.3增材制造助力機器人技術
創(chuàng)新291
第15章空間機器人294
15.1空間機器人概述294
15.1.1空間機器人定義294
15.1.2空間機器人的分類295
15.1.3空間機器人的工作環(huán)境295
15.2空間機械臂介紹296
15.2.1國際空間站的機械臂296
15.2.2中國空間站的機械臂298
15.2.3其他空間機器人301
15.3在軌制造機器人302
15.3.1在軌制造機器人優(yōu)勢303
15.3.2在軌制造機器人技術現狀304
15.4空間機器人建模仿真案例309
15.5空間機器人技術展望312
參考文獻313