机器人控制基础与实践教程（第2版）
定价：￥40.00
作者： 胡凌燕，吴肖龙，黄樊晶
出版社：高等教育出版社
- 高等教育出版社
- 9787040655445
- 2版
- 64275010-3
- 16开
- 350
- 工学
- 机械类
- 装备制造大类
- 机械类
- 本科
内容简介
本书系统讲述了有关机器人的基本组成、工作原理和相关案例的仿真。全书分三篇共15章，内容包括机器人控制基础、空间描述与变换、机器人正向运动学、机器人逆运动学、机器人的速度与力、机器人工作空间与奇异性分析、机器人动力学、机器人PID控制、机器人鲁棒自适应控制、基于PID控制的双向主从遥操作系统、遥操作系统快速有限时间控制器设计、轨迹规划、UR机器人编程控制、机器人控制仿真设计与实验等。本书配有大量实际应用案例，将理论与实际紧密结合，促进学生对理论知识的理解和应用。
本书可作为机器人工程、自动化、机械电子工程、电子信息工程等相关专业的教材，也可供机器人行业的工程技术人员和从事相关研究的教师或研究人员学习和参考。
目录
目录
前辅文
第一篇 机器人控制基础与案例
第1章 绪论
1.1 机器人的基本概念
1.2 机器人的分类
1.3 机器人的发展现状
1.4 机器人的伦理问题
第2章 机器人控制基础
2.1 机器人的系统组成
2.2 机器人传感器
2.3 机器人的技术参数
2.4 机器人坐标系
2.4.1 机器人坐标系的分类
2.4.2 案例——UR5机器人的坐标系
第3章 空间描述与变换
3.1 齐次坐标描述
3.1.1 点位置的齐次坐标描述
3.1.2 向量的齐次坐标描述
3.2 空间描述
3.2.1 坐标系在参考坐标系中的空间描述
3.2.2 物体的空间描述
3.2.3 案例——机器人的空间描述
3.3 坐标变换
3.3.1 平移的齐次坐标变换
3.3.2 旋转的坐标变换
3.3.3 平移旋转复合变换
3.3.4 逆变换
3.4 案例——机器人的坐标变换
第4章 机器人正向运动学
4.1 机器人D-H参数法正向运动学建模
4.1.1 确定机器人各关节坐标轴
4.1.2 机器人的连杆参数
4.1.3 建立关节坐标系
4.1.4 确定D-H参数表
4.1.5 n自由度机器人正向运动学方程
4.2 二自由度机器人DH法运动学建模案例
4.2.1 二自由度机器人运动学建模
4.2.2 二自由度机器人运动学建模及其结果分析
4.3 四自由度QArm机器人DH法运动学建模案例
4.3.1 四自由度QArm机器人运动学建模方法
4.3.2 四自由度QArm机器人运动学建模MATLAB程序及仿真分析
4.4 六自由度机器人DH法运动学建模案例
4.4.1 六自由度UR5机器人DH法运动学建模
4.4.2 采用DH法对六自由度DENSO机器人运动学建模分析
4.5 改进型DH法运动学建模
4.5.1 改进型DH法运动学建模方法
4.5.2 运动学案例1——二连杆平面机器人
4.5.3 运动学案例2——三连杆平面机器人
4.5.4 运动学案例3——SCARA机器人
4.6 POE法正向运动学建模
4.6.1 POE法正向运动学建模的步骤
4.6.2 POE法正向运动学建模案例——Phantom Premium机器人
4.6.3 DH法和POE法正向运动学建模的比较
第5章 机器人逆运动学
5.1 机器人逆运动学问题解的存在性与多解性
5.1.1 解的存在性
5.1.2 多解性
5.2 机器人逆运动学问题求解
5.2.1 机器人逆运动学问题求解方法
5.2.2 逆运动学问题求解案例1——几何法求解二自由度机器人逆运动学问题
5.2.3 逆运动学问题求解案例2——代数法求解二自由度机器人逆运动学问题
5.2.4 逆运动学问题求解案例3——代数法求解四自由度QArm机器人逆运动学问题
5.2.5 逆运动学问题求解案例4——代数法求解六自由度UR5机器人逆运动学问题
第6章 机器人的速度与力
6.1 数学上的雅可比矩阵
6.2 机器人速度雅可比矩阵
6.2.1 二自由度机器人运动速度
6.2.2 n自由度机器人速度雅可比矩阵
6.3 雅克比矩阵求解机器人空间作业速度案例
6.4 用雅可比矩阵求解关节力矩
6.4.1 机器人力雅可比矩阵
6.4.2 案例1——已知雅可比矩阵求解关节力矩
6.4.3 案例2——二自由度机器人末端工具力矩求解关节力矩
第7章 机器人工作空间与奇异性分析
7.1 机器人工作空间
7.1.1 机器人工作空间的基本概念
7.1.2 工作空间的求解方法
7.1.3 工作空间计算案例1——二自由度机器人的工作空间计算
7.1.4 工作空间计算案例2——六自由度UR5机器人的工作空间计算
7.1.5 工作空间计算案例3——六自由度DENSO机器人的工作空间计算
7.2 奇异性分析
7.2.1 奇异性分析原理
7.2.2 奇异性分析方法
7.2.3 奇异性分析案例——DENSO机器人奇异性分析
7.2.4 奇异点的规避方法
第8章 机器人动力学
8.1 机器人连杆速度的传递
8.1.1 机器人连杆速度的传递原理
8.1.2 机器人连杆速度传递案例——二自由度机器人
8.2 机器人连杆的加速度
8.2.1 机器人连杆加速度传递原理
8.2.2 机器人连杆加速度传递案例——二自由度机器人
8.3 机器人力和力矩平衡
8.4 牛顿-欧拉动力学建模
8.4.1 牛顿-欧拉动力学建模原理
8.4.2 牛顿-欧拉动力学建模案例——二自由度机器人动力学建模
8.5 拉格朗日动力学建模
8.5.1 拉格朗日动力学建模原理
8.5.2 拉格朗日动力学建模案例1——一自由度系统动力学建模
8.5.3 拉格朗日动力学建模案例2——质心在末端二自由度机器人动力学建模
8.5.4 拉格朗日动力学建模仿真案例3——二自由度机器人动力学建模仿真
8.5.5 拉格朗日动力学建模案例4——质心非末端的二自由度机器人
8.6 Geomagic Touch机器人动力学建模及仿真案例
8.6.1 Geomagic Touch机器人拉格朗日动力学建模
8.6.2 Geomagic Touch机器人拉格朗日动力学模型MATLAB仿真
第9章 机器人PID控制
9.1 机器人的PID控制原理
9.1.1 PID控制原理
9.1.2 机器人的PID控制
9.2 机器人PID控制案例——二自由度机器人PID控制
9.2.1 二自由度机器人动力学模型
9.2.2 PID控制器设计
9.2.3 PID稳定性分析
9.2.4 二自由度机器人关节角度PID控制仿真案例
9.3 机器人PID控制案例——三自由度机器人PID控制
9.3.1 Geomagic Touch机器人动力学模型
9.3.2 PID控制器设计
9.3.3 Geomagic Touch机器人关节角度PID控制仿真案例
9.4 四自由度QArm机器人PID控制原理
9.4.1 QArm机器人动力学模型
9.4.2 PID控制器设计
9.4.3 QArm机器人关节角度PID控制仿真案例
9.4.4 QArm机器人末端轨迹PID控制
第二篇 机器人控制高级应用与案例
第10章 机器人鲁棒自适应控制
10.1 算法原理
10.1.1 自适应控制
10.1.2 滑模控制
10.2 控制器设计
10.2.1 控制律设计
10.2.2 稳定性分析
10.3 仿真实例
第11章 基于PID控制的双向主从遥操作系统
11.1 双向主从遥操作系统PID控制
11.1.1 双向主从遥操作系统PID控制原理
11.1.2 主、从端机器人作用力分析
11.1.3 主、从端机器人动力学建模
11.1.4 离散PID控制器
11.1.5 PID控制参数整定
11.2 基于Simulink主从遥操作系统仿真
11.3 主从遥操作仿真结果及其分析
第12章 遥操作系统快速有限时间控制器设计
12.1 快速有限时间理论及加幂积分算法
12.1.1 快速有限时间理论
12.1.2 加幂积分算法
12.1.3 快速加幂积分算法
12.2 基于快速加幂积分控制的遥操作系统设计原理
12.2.1 问题描述
12.2.2 控制器设计
12.3 基于快速加幂积分控制的遥操作系统仿真
12.3.1 遥操作仿真实验平台搭建
12.3.2 仿真实验描述及设置
12.4 运行结果
第13章 轨迹规划
13.1 关节空间中轨迹规划的步骤
13.2 采用三次多项式插值函数进行轨迹规划
13.2.1 采用三次多项式插值函数进行无中间点的轨迹规划
13.2.2 案例1——使用MATLAB实现采用三次多项式插值函数进行轨迹规划
13.2.3 案例2——采用三次多项式插值函数进行轨迹规划计算示例
13.2.4 采用三次多项式插值函数进行有中间点的轨迹规划
13.2.5 案例3——在MATLAB中采用三次多项式插值函数进行含多个中间点的轨迹规划
13.3 采用高阶多项式插值函数进行轨迹规划及其案例
13.3.1 采用高阶多项式插值函数进行轨迹规划
13.3.2 案例——在MATLAB中采用五次多项式插值函数进行轨迹规划
13.4 采用带有抛物线过渡域的线性轨迹插值函数进行轨迹规划
13.4.1 采用带有抛物线过渡域的线性轨迹插值函数进行无中间点的轨迹规划
13.4.2 采用带有抛物线过渡域的线性轨迹插值函数进行有中间点的轨迹规划
13.4.3 案例——在MATLAB中采用带有抛物线过渡域的线性轨迹插值函数进行轨迹规划
13.5 笛卡儿空间中的轨迹规划步骤
13.6 直线轨迹规划
13.6.1 对位置p的三个分量直接进行插补
13.6.2 利用驱动函数D(λ)进行插补
13.6.3 案例——对位置直接进行插补
13.7 笛卡儿空间中圆弧轨迹规划
13.7.1 平面圆弧
13.7.2 空间圆弧
13.8 笛卡儿空间中样条轨迹规划
13.8.1 三次样条插补步骤
13.8.2 案例——使用MATLAB实现在笛卡儿空间中的三次样条轨迹规划
13.9 笛卡儿路径规划的几何问题
13.9.1 规划的轨迹无法到达中间点
13.9.2 规划的轨迹在奇异点附近关节速度增大
13.9.3 规划的轨迹起始点和终止点有不同的解
第14章 UR机器人编程控制
14.1 UR机器人示教器
14.2 UR机器人使用入门及初始化设置
14.2.1 UR机器人图形用户界面简介
14.2.2 初始化设置
14.3 屏幕编辑器
14.3.1 屏幕表达式编辑器
14.3.2 位姿编辑器
14.4 机器人控制
14.4.1 “移动”选项卡
14.4.2 “I/O”选项卡
14.4.3 “自动移动”选项卡
14.5 编程入门
14.6 编程实例
14.6.1 顺序结构
14.6.2 循环结构
14.6.3 选择结构
14.7 UR机器人编程综合应用案例
第三篇 机器人仿真设计与实验
第15章 机器人控制仿真设计与实验
15.1 实验项目1——二自由度机器人运动学实验
15.2 实验项目2——UR5机器人运动学实验
15.3 实验项目3——二自由度机器人动力学实验
15.4 实验项目4——二自由度机器人PID控制实验
15.5 实验项目5——四自由度机器人QArm的PID控制实验
15.6 实验项目6——UR机器人编程与仿真实验
参考文献
前辅文
第一篇 机器人控制基础与案例
第1章 绪论
1.1 机器人的基本概念
1.2 机器人的分类
1.3 机器人的发展现状
1.4 机器人的伦理问题
第2章 机器人控制基础
2.1 机器人的系统组成
2.2 机器人传感器
2.3 机器人的技术参数
2.4 机器人坐标系
2.4.1 机器人坐标系的分类
2.4.2 案例——UR5机器人的坐标系
第3章 空间描述与变换
3.1 齐次坐标描述
3.1.1 点位置的齐次坐标描述
3.1.2 向量的齐次坐标描述
3.2 空间描述
3.2.1 坐标系在参考坐标系中的空间描述
3.2.2 物体的空间描述
3.2.3 案例——机器人的空间描述
3.3 坐标变换
3.3.1 平移的齐次坐标变换
3.3.2 旋转的坐标变换
3.3.3 平移旋转复合变换
3.3.4 逆变换
3.4 案例——机器人的坐标变换
第4章 机器人正向运动学
4.1 机器人D-H参数法正向运动学建模
4.1.1 确定机器人各关节坐标轴
4.1.2 机器人的连杆参数
4.1.3 建立关节坐标系
4.1.4 确定D-H参数表
4.1.5 n自由度机器人正向运动学方程
4.2 二自由度机器人DH法运动学建模案例
4.2.1 二自由度机器人运动学建模
4.2.2 二自由度机器人运动学建模及其结果分析
4.3 四自由度QArm机器人DH法运动学建模案例
4.3.1 四自由度QArm机器人运动学建模方法
4.3.2 四自由度QArm机器人运动学建模MATLAB程序及仿真分析
4.4 六自由度机器人DH法运动学建模案例
4.4.1 六自由度UR5机器人DH法运动学建模
4.4.2 采用DH法对六自由度DENSO机器人运动学建模分析
4.5 改进型DH法运动学建模
4.5.1 改进型DH法运动学建模方法
4.5.2 运动学案例1——二连杆平面机器人
4.5.3 运动学案例2——三连杆平面机器人
4.5.4 运动学案例3——SCARA机器人
4.6 POE法正向运动学建模
4.6.1 POE法正向运动学建模的步骤
4.6.2 POE法正向运动学建模案例——Phantom Premium机器人
4.6.3 DH法和POE法正向运动学建模的比较
第5章 机器人逆运动学
5.1 机器人逆运动学问题解的存在性与多解性
5.1.1 解的存在性
5.1.2 多解性
5.2 机器人逆运动学问题求解
5.2.1 机器人逆运动学问题求解方法
5.2.2 逆运动学问题求解案例1——几何法求解二自由度机器人逆运动学问题
5.2.3 逆运动学问题求解案例2——代数法求解二自由度机器人逆运动学问题
5.2.4 逆运动学问题求解案例3——代数法求解四自由度QArm机器人逆运动学问题
5.2.5 逆运动学问题求解案例4——代数法求解六自由度UR5机器人逆运动学问题
第6章 机器人的速度与力
6.1 数学上的雅可比矩阵
6.2 机器人速度雅可比矩阵
6.2.1 二自由度机器人运动速度
6.2.2 n自由度机器人速度雅可比矩阵
6.3 雅克比矩阵求解机器人空间作业速度案例
6.4 用雅可比矩阵求解关节力矩
6.4.1 机器人力雅可比矩阵
6.4.2 案例1——已知雅可比矩阵求解关节力矩
6.4.3 案例2——二自由度机器人末端工具力矩求解关节力矩
第7章 机器人工作空间与奇异性分析
7.1 机器人工作空间
7.1.1 机器人工作空间的基本概念
7.1.2 工作空间的求解方法
7.1.3 工作空间计算案例1——二自由度机器人的工作空间计算
7.1.4 工作空间计算案例2——六自由度UR5机器人的工作空间计算
7.1.5 工作空间计算案例3——六自由度DENSO机器人的工作空间计算
7.2 奇异性分析
7.2.1 奇异性分析原理
7.2.2 奇异性分析方法
7.2.3 奇异性分析案例——DENSO机器人奇异性分析
7.2.4 奇异点的规避方法
第8章 机器人动力学
8.1 机器人连杆速度的传递
8.1.1 机器人连杆速度的传递原理
8.1.2 机器人连杆速度传递案例——二自由度机器人
8.2 机器人连杆的加速度
8.2.1 机器人连杆加速度传递原理
8.2.2 机器人连杆加速度传递案例——二自由度机器人
8.3 机器人力和力矩平衡
8.4 牛顿-欧拉动力学建模
8.4.1 牛顿-欧拉动力学建模原理
8.4.2 牛顿-欧拉动力学建模案例——二自由度机器人动力学建模
8.5 拉格朗日动力学建模
8.5.1 拉格朗日动力学建模原理
8.5.2 拉格朗日动力学建模案例1——一自由度系统动力学建模
8.5.3 拉格朗日动力学建模案例2——质心在末端二自由度机器人动力学建模
8.5.4 拉格朗日动力学建模仿真案例3——二自由度机器人动力学建模仿真
8.5.5 拉格朗日动力学建模案例4——质心非末端的二自由度机器人
8.6 Geomagic Touch机器人动力学建模及仿真案例
8.6.1 Geomagic Touch机器人拉格朗日动力学建模
8.6.2 Geomagic Touch机器人拉格朗日动力学模型MATLAB仿真
第9章 机器人PID控制
9.1 机器人的PID控制原理
9.1.1 PID控制原理
9.1.2 机器人的PID控制
9.2 机器人PID控制案例——二自由度机器人PID控制
9.2.1 二自由度机器人动力学模型
9.2.2 PID控制器设计
9.2.3 PID稳定性分析
9.2.4 二自由度机器人关节角度PID控制仿真案例
9.3 机器人PID控制案例——三自由度机器人PID控制
9.3.1 Geomagic Touch机器人动力学模型
9.3.2 PID控制器设计
9.3.3 Geomagic Touch机器人关节角度PID控制仿真案例
9.4 四自由度QArm机器人PID控制原理
9.4.1 QArm机器人动力学模型
9.4.2 PID控制器设计
9.4.3 QArm机器人关节角度PID控制仿真案例
9.4.4 QArm机器人末端轨迹PID控制
第二篇 机器人控制高级应用与案例
第10章 机器人鲁棒自适应控制
10.1 算法原理
10.1.1 自适应控制
10.1.2 滑模控制
10.2 控制器设计
10.2.1 控制律设计
10.2.2 稳定性分析
10.3 仿真实例
第11章 基于PID控制的双向主从遥操作系统
11.1 双向主从遥操作系统PID控制
11.1.1 双向主从遥操作系统PID控制原理
11.1.2 主、从端机器人作用力分析
11.1.3 主、从端机器人动力学建模
11.1.4 离散PID控制器
11.1.5 PID控制参数整定
11.2 基于Simulink主从遥操作系统仿真
11.3 主从遥操作仿真结果及其分析
第12章 遥操作系统快速有限时间控制器设计
12.1 快速有限时间理论及加幂积分算法
12.1.1 快速有限时间理论
12.1.2 加幂积分算法
12.1.3 快速加幂积分算法
12.2 基于快速加幂积分控制的遥操作系统设计原理
12.2.1 问题描述
12.2.2 控制器设计
12.3 基于快速加幂积分控制的遥操作系统仿真
12.3.1 遥操作仿真实验平台搭建
12.3.2 仿真实验描述及设置
12.4 运行结果
第13章 轨迹规划
13.1 关节空间中轨迹规划的步骤
13.2 采用三次多项式插值函数进行轨迹规划
13.2.1 采用三次多项式插值函数进行无中间点的轨迹规划
13.2.2 案例1——使用MATLAB实现采用三次多项式插值函数进行轨迹规划
13.2.3 案例2——采用三次多项式插值函数进行轨迹规划计算示例
13.2.4 采用三次多项式插值函数进行有中间点的轨迹规划
13.2.5 案例3——在MATLAB中采用三次多项式插值函数进行含多个中间点的轨迹规划
13.3 采用高阶多项式插值函数进行轨迹规划及其案例
13.3.1 采用高阶多项式插值函数进行轨迹规划
13.3.2 案例——在MATLAB中采用五次多项式插值函数进行轨迹规划
13.4 采用带有抛物线过渡域的线性轨迹插值函数进行轨迹规划
13.4.1 采用带有抛物线过渡域的线性轨迹插值函数进行无中间点的轨迹规划
13.4.2 采用带有抛物线过渡域的线性轨迹插值函数进行有中间点的轨迹规划
13.4.3 案例——在MATLAB中采用带有抛物线过渡域的线性轨迹插值函数进行轨迹规划
13.5 笛卡儿空间中的轨迹规划步骤
13.6 直线轨迹规划
13.6.1 对位置p的三个分量直接进行插补
13.6.2 利用驱动函数D(λ)进行插补
13.6.3 案例——对位置直接进行插补
13.7 笛卡儿空间中圆弧轨迹规划
13.7.1 平面圆弧
13.7.2 空间圆弧
13.8 笛卡儿空间中样条轨迹规划
13.8.1 三次样条插补步骤
13.8.2 案例——使用MATLAB实现在笛卡儿空间中的三次样条轨迹规划
13.9 笛卡儿路径规划的几何问题
13.9.1 规划的轨迹无法到达中间点
13.9.2 规划的轨迹在奇异点附近关节速度增大
13.9.3 规划的轨迹起始点和终止点有不同的解
第14章 UR机器人编程控制
14.1 UR机器人示教器
14.2 UR机器人使用入门及初始化设置
14.2.1 UR机器人图形用户界面简介
14.2.2 初始化设置
14.3 屏幕编辑器
14.3.1 屏幕表达式编辑器
14.3.2 位姿编辑器
14.4 机器人控制
14.4.1 “移动”选项卡
14.4.2 “I/O”选项卡
14.4.3 “自动移动”选项卡
14.5 编程入门
14.6 编程实例
14.6.1 顺序结构
14.6.2 循环结构
14.6.3 选择结构
14.7 UR机器人编程综合应用案例
第三篇 机器人仿真设计与实验
第15章 机器人控制仿真设计与实验
15.1 实验项目1——二自由度机器人运动学实验
15.2 实验项目2——UR5机器人运动学实验
15.3 实验项目3——二自由度机器人动力学实验
15.4 实验项目4——二自由度机器人PID控制实验
15.5 实验项目5——四自由度机器人QArm的PID控制实验
15.6 实验项目6——UR机器人编程与仿真实验
参考文献
前辅文
第一篇 机器人控制基础与案例
第1章 绪论
1.1 机器人的基本概念
1.2 机器人的分类
1.3 机器人的发展现状
1.4 机器人的伦理问题
第2章 机器人控制基础
2.1 机器人的系统组成
2.2 机器人传感器
2.3 机器人的技术参数
2.4 机器人坐标系
2.4.1 机器人坐标系的分类
2.4.2 案例——UR5机器人的坐标系
第3章 空间描述与变换
3.1 齐次坐标描述
3.1.1 点位置的齐次坐标描述
3.1.2 向量的齐次坐标描述
3.2 空间描述
3.2.1 坐标系在参考坐标系中的空间描述
3.2.2 物体的空间描述
3.2.3 案例——机器人的空间描述
3.3 坐标变换
3.3.1 平移的齐次坐标变换
3.3.2 旋转的坐标变换
3.3.3 平移旋转复合变换
3.3.4 逆变换
3.4 案例——机器人的坐标变换
第4章 机器人正向运动学
4.1 机器人D-H参数法正向运动学建模
4.1.1 确定机器人各关节坐标轴
4.1.2 机器人的连杆参数
4.1.3 建立关节坐标系
4.1.4 确定D-H参数表
4.1.5 n自由度机器人正向运动学方程
4.2 二自由度机器人DH法运动学建模案例
4.2.1 二自由度机器人运动学建模
4.2.2 二自由度机器人运动学建模及其结果分析
4.3 四自由度QArm机器人DH法运动学建模案例
4.3.1 四自由度QArm机器人运动学建模方法
4.3.2 四自由度QArm机器人运动学建模MATLAB程序及仿真分析
4.4 六自由度机器人DH法运动学建模案例
4.4.1 六自由度UR5机器人DH法运动学建模
4.4.2 采用DH法对六自由度DENSO机器人运动学建模分析
4.5 改进型DH法运动学建模
4.5.1 改进型DH法运动学建模方法
4.5.2 运动学案例1——二连杆平面机器人
4.5.3 运动学案例2——三连杆平面机器人
4.5.4 运动学案例3——SCARA机器人
4.6 POE法正向运动学建模
4.6.1 POE法正向运动学建模的步骤
4.6.2 POE法正向运动学建模案例——Phantom Premium机器人
4.6.3 DH法和POE法正向运动学建模的比较
第5章 机器人逆运动学
5.1 机器人逆运动学问题解的存在性与多解性
5.1.1 解的存在性
5.1.2 多解性
5.2 机器人逆运动学问题求解
5.2.1 机器人逆运动学问题求解方法
5.2.2 逆运动学问题求解案例1——几何法求解二自由度机器人逆运动学问题
5.2.3 逆运动学问题求解案例2——代数法求解二自由度机器人逆运动学问题
5.2.4 逆运动学问题求解案例3——代数法求解四自由度QArm机器人逆运动学问题
5.2.5 逆运动学问题求解案例4——代数法求解六自由度UR5机器人逆运动学问题
第6章 机器人的速度与力
6.1 数学上的雅可比矩阵
6.2 机器人速度雅可比矩阵
6.2.1 二自由度机器人运动速度
6.2.2 n自由度机器人速度雅可比矩阵
6.3 雅克比矩阵求解机器人空间作业速度案例
6.4 用雅可比矩阵求解关节力矩
6.4.1 机器人力雅可比矩阵
6.4.2 案例1——已知雅可比矩阵求解关节力矩
6.4.3 案例2——二自由度机器人末端工具力矩求解关节力矩
第7章 机器人工作空间与奇异性分析
7.1 机器人工作空间
7.1.1 机器人工作空间的基本概念
7.1.2 工作空间的求解方法
7.1.3 工作空间计算案例1——二自由度机器人的工作空间计算
7.1.4 工作空间计算案例2——六自由度UR5机器人的工作空间计算
7.1.5 工作空间计算案例3——六自由度DENSO机器人的工作空间计算
7.2 奇异性分析
7.2.1 奇异性分析原理
7.2.2 奇异性分析方法
7.2.3 奇异性分析案例——DENSO机器人奇异性分析
7.2.4 奇异点的规避方法
第8章 机器人动力学
8.1 机器人连杆速度的传递
8.1.1 机器人连杆速度的传递原理
8.1.2 机器人连杆速度传递案例——二自由度机器人
8.2 机器人连杆的加速度
8.2.1 机器人连杆加速度传递原理
8.2.2 机器人连杆加速度传递案例——二自由度机器人
8.3 机器人力和力矩平衡
8.4 牛顿-欧拉动力学建模
8.4.1 牛顿-欧拉动力学建模原理
8.4.2 牛顿-欧拉动力学建模案例——二自由度机器人动力学建模
8.5 拉格朗日动力学建模
8.5.1 拉格朗日动力学建模原理
8.5.2 拉格朗日动力学建模案例1——一自由度系统动力学建模
8.5.3 拉格朗日动力学建模案例2——质心在末端二自由度机器人动力学建模
8.5.4 拉格朗日动力学建模仿真案例3——二自由度机器人动力学建模仿真
8.5.5 拉格朗日动力学建模案例4——质心非末端的二自由度机器人
8.6 Geomagic Touch机器人动力学建模及仿真案例
8.6.1 Geomagic Touch机器人拉格朗日动力学建模
8.6.2 Geomagic Touch机器人拉格朗日动力学模型MATLAB仿真
第9章 机器人PID控制
9.1 机器人的PID控制原理
9.1.1 PID控制原理
9.1.2 机器人的PID控制
9.2 机器人PID控制案例——二自由度机器人PID控制
9.2.1 二自由度机器人动力学模型
9.2.2 PID控制器设计
9.2.3 PID稳定性分析
9.2.4 二自由度机器人关节角度PID控制仿真案例
9.3 机器人PID控制案例——三自由度机器人PID控制
9.3.1 Geomagic Touch机器人动力学模型
9.3.2 PID控制器设计
9.3.3 Geomagic Touch机器人关节角度PID控制仿真案例
9.4 四自由度QArm机器人PID控制原理
9.4.1 QArm机器人动力学模型
9.4.2 PID控制器设计
9.4.3 QArm机器人关节角度PID控制仿真案例
9.4.4 QArm机器人末端轨迹PID控制
第二篇 机器人控制高级应用与案例
第10章 机器人鲁棒自适应控制
10.1 算法原理
10.1.1 自适应控制
10.1.2 滑模控制
10.2 控制器设计
10.2.1 控制律设计
10.2.2 稳定性分析
10.3 仿真实例
第11章 基于PID控制的双向主从遥操作系统
11.1 双向主从遥操作系统PID控制
11.1.1 双向主从遥操作系统PID控制原理
11.1.2 主、从端机器人作用力分析
11.1.3 主、从端机器人动力学建模
11.1.4 离散PID控制器
11.1.5 PID控制参数整定
11.2 基于Simulink主从遥操作系统仿真
11.3 主从遥操作仿真结果及其分析
第12章 遥操作系统快速有限时间控制器设计
12.1 快速有限时间理论及加幂积分算法
12.1.1 快速有限时间理论
12.1.2 加幂积分算法
12.1.3 快速加幂积分算法
12.2 基于快速加幂积分控制的遥操作系统设计原理
12.2.1 问题描述
12.2.2 控制器设计
12.3 基于快速加幂积分控制的遥操作系统仿真
12.3.1 遥操作仿真实验平台搭建
12.3.2 仿真实验描述及设置
12.4 运行结果
第13章 轨迹规划
13.1 关节空间中轨迹规划的步骤
13.2 采用三次多项式插值函数进行轨迹规划
13.2.1 采用三次多项式插值函数进行无中间点的轨迹规划
13.2.2 案例1——使用MATLAB实现采用三次多项式插值函数进行轨迹规划
13.2.3 案例2——采用三次多项式插值函数进行轨迹规划计算示例
13.2.4 采用三次多项式插值函数进行有中间点的轨迹规划
13.2.5 案例3——在MATLAB中采用三次多项式插值函数进行含多个中间点的轨迹规划
13.3 采用高阶多项式插值函数进行轨迹规划及其案例
13.3.1 采用高阶多项式插值函数进行轨迹规划
13.3.2 案例——在MATLAB中采用五次多项式插值函数进行轨迹规划
13.4 采用带有抛物线过渡域的线性轨迹插值函数进行轨迹规划
13.4.1 采用带有抛物线过渡域的线性轨迹插值函数进行无中间点的轨迹规划
13.4.2 采用带有抛物线过渡域的线性轨迹插值函数进行有中间点的轨迹规划
13.4.3 案例——在MATLAB中采用带有抛物线过渡域的线性轨迹插值函数进行轨迹规划
13.5 笛卡儿空间中的轨迹规划步骤
13.6 直线轨迹规划
13.6.1 对位置p的三个分量直接进行插补
13.6.2 利用驱动函数D(λ)进行插补
13.6.3 案例——对位置直接进行插补
13.7 笛卡儿空间中圆弧轨迹规划
13.7.1 平面圆弧
13.7.2 空间圆弧
13.8 笛卡儿空间中样条轨迹规划
13.8.1 三次样条插补步骤
13.8.2 案例——使用MATLAB实现在笛卡儿空间中的三次样条轨迹规划
13.9 笛卡儿路径规划的几何问题
13.9.1 规划的轨迹无法到达中间点
13.9.2 规划的轨迹在奇异点附近关节速度增大
13.9.3 规划的轨迹起始点和终止点有不同的解
第14章 UR机器人编程控制
14.1 UR机器人示教器
14.2 UR机器人使用入门及初始化设置
14.2.1 UR机器人图形用户界面简介
14.2.2 初始化设置
14.3 屏幕编辑器
14.3.1 屏幕表达式编辑器
14.3.2 位姿编辑器
14.4 机器人控制
14.4.1 “移动”选项卡
14.4.2 “I/O”选项卡
14.4.3 “自动移动”选项卡
14.5 编程入门
14.6 编程实例
14.6.1 顺序结构
14.6.2 循环结构
14.6.3 选择结构
14.7 UR机器人编程综合应用案例
第三篇 机器人仿真设计与实验
第15章 机器人控制仿真设计与实验
15.1 实验项目1——二自由度机器人运动学实验
15.2 实验项目2——UR5机器人运动学实验
15.3 实验项目3——二自由度机器人动力学实验
15.4 实验项目4——二自由度机器人PID控制实验
15.5 实验项目5——四自由度机器人QArm的PID控制实验
15.6 实验项目6——UR机器人编程与仿真实验
参考文献
前辅文
第一篇 机器人控制基础与案例
第1章 绪论
1.1 机器人的基本概念
1.2 机器人的分类
1.3 机器人的发展现状
1.4 机器人的伦理问题
第2章 机器人控制基础
2.1 机器人的系统组成
2.2 机器人传感器
2.3 机器人的技术参数
2.4 机器人坐标系
2.4.1 机器人坐标系的分类
2.4.2 案例——UR5机器人的坐标系
第3章 空间描述与变换
3.1 齐次坐标描述
3.1.1 点位置的齐次坐标描述
3.1.2 向量的齐次坐标描述
3.2 空间描述
3.2.1 坐标系在参考坐标系中的空间描述
3.2.2 物体的空间描述
3.2.3 案例——机器人的空间描述
3.3 坐标变换
3.3.1 平移的齐次坐标变换
3.3.2 旋转的坐标变换
3.3.3 平移旋转复合变换
3.3.4 逆变换
3.4 案例——机器人的坐标变换
第4章 机器人正向运动学
4.1 机器人D-H参数法正向运动学建模
4.1.1 确定机器人各关节坐标轴
4.1.2 机器人的连杆参数
4.1.3 建立关节坐标系
4.1.4 确定D-H参数表
4.1.5 n自由度机器人正向运动学方程
4.2 二自由度机器人DH法运动学建模案例
4.2.1 二自由度机器人运动学建模
4.2.2 二自由度机器人运动学建模及其结果分析
4.3 四自由度QArm机器人DH法运动学建模案例
4.3.1 四自由度QArm机器人运动学建模方法
4.3.2 四自由度QArm机器人运动学建模MATLAB程序及仿真分析
4.4 六自由度机器人DH法运动学建模案例
4.4.1 六自由度UR5机器人DH法运动学建模
4.4.2 采用DH法对六自由度DENSO机器人运动学建模分析
4.5 改进型DH法运动学建模
4.5.1 改进型DH法运动学建模方法
4.5.2 运动学案例1——二连杆平面机器人
4.5.3 运动学案例2——三连杆平面机器人
4.5.4 运动学案例3——SCARA机器人
4.6 POE法正向运动学建模
4.6.1 POE法正向运动学建模的步骤
4.6.2 POE法正向运动学建模案例——Phantom Premium机器人
4.6.3 DH法和POE法正向运动学建模的比较
第5章 机器人逆运动学
5.1 机器人逆运动学问题解的存在性与多解性
5.1.1 解的存在性
5.1.2 多解性
5.2 机器人逆运动学问题求解
5.2.1 机器人逆运动学问题求解方法
5.2.2 逆运动学问题求解案例1——几何法求解二自由度机器人逆运动学问题
5.2.3 逆运动学问题求解案例2——代数法求解二自由度机器人逆运动学问题
5.2.4 逆运动学问题求解案例3——代数法求解四自由度QArm机器人逆运动学问题
5.2.5 逆运动学问题求解案例4——代数法求解六自由度UR5机器人逆运动学问题
第6章 机器人的速度与力
6.1 数学上的雅可比矩阵
6.2 机器人速度雅可比矩阵
6.2.1 二自由度机器人运动速度
6.2.2 n自由度机器人速度雅可比矩阵
6.3 雅克比矩阵求解机器人空间作业速度案例
6.4 用雅可比矩阵求解关节力矩
6.4.1 机器人力雅可比矩阵
6.4.2 案例1——已知雅可比矩阵求解关节力矩
6.4.3 案例2——二自由度机器人末端工具力矩求解关节力矩
第7章 机器人工作空间与奇异性分析
7.1 机器人工作空间
7.1.1 机器人工作空间的基本概念
7.1.2 工作空间的求解方法
7.1.3 工作空间计算案例1——二自由度机器人的工作空间计算
7.1.4 工作空间计算案例2——六自由度UR5机器人的工作空间计算
7.1.5 工作空间计算案例3——六自由度DENSO机器人的工作空间计算
7.2 奇异性分析
7.2.1 奇异性分析原理
7.2.2 奇异性分析方法
7.2.3 奇异性分析案例——DENSO机器人奇异性分析
7.2.4 奇异点的规避方法
第8章 机器人动力学
8.1 机器人连杆速度的传递
8.1.1 机器人连杆速度的传递原理
8.1.2 机器人连杆速度传递案例——二自由度机器人
8.2 机器人连杆的加速度
8.2.1 机器人连杆加速度传递原理
8.2.2 机器人连杆加速度传递案例——二自由度机器人
8.3 机器人力和力矩平衡
8.4 牛顿-欧拉动力学建模
8.4.1 牛顿-欧拉动力学建模原理
8.4.2 牛顿-欧拉动力学建模案例——二自由度机器人动力学建模
8.5 拉格朗日动力学建模
8.5.1 拉格朗日动力学建模原理
8.5.2 拉格朗日动力学建模案例1——一自由度系统动力学建模
8.5.3 拉格朗日动力学建模案例2——质心在末端二自由度机器人动力学建模
8.5.4 拉格朗日动力学建模仿真案例3——二自由度机器人动力学建模仿真
8.5.5 拉格朗日动力学建模案例4——质心非末端的二自由度机器人
8.6 Geomagic Touch机器人动力学建模及仿真案例
8.6.1 Geomagic Touch机器人拉格朗日动力学建模
8.6.2 Geomagic Touch机器人拉格朗日动力学模型MATLAB仿真
第9章 机器人PID控制
9.1 机器人的PID控制原理
9.1.1 PID控制原理
9.1.2 机器人的PID控制
9.2 机器人PID控制案例——二自由度机器人PID控制
9.2.1 二自由度机器人动力学模型
9.2.2 PID控制器设计
9.2.3 PID稳定性分析
9.2.4 二自由度机器人关节角度PID控制仿真案例
9.3 机器人PID控制案例——三自由度机器人PID控制
9.3.1 Geomagic Touch机器人动力学模型
9.3.2 PID控制器设计
9.3.3 Geomagic Touch机器人关节角度PID控制仿真案例
9.4 四自由度QArm机器人PID控制原理
9.4.1 QArm机器人动力学模型
9.4.2 PID控制器设计
9.4.3 QArm机器人关节角度PID控制仿真案例
9.4.4 QArm机器人末端轨迹PID控制
第二篇 机器人控制高级应用与案例
第10章 机器人鲁棒自适应控制
10.1 算法原理
10.1.1 自适应控制
10.1.2 滑模控制
10.2 控制器设计
10.2.1 控制律设计
10.2.2 稳定性分析
10.3 仿真实例
第11章 基于PID控制的双向主从遥操作系统
11.1 双向主从遥操作系统PID控制
11.1.1 双向主从遥操作系统PID控制原理
11.1.2 主、从端机器人作用力分析
11.1.3 主、从端机器人动力学建模
11.1.4 离散PID控制器
11.1.5 PID控制参数整定
11.2 基于Simulink主从遥操作系统仿真
11.3 主从遥操作仿真结果及其分析
第12章 遥操作系统快速有限时间控制器设计
12.1 快速有限时间理论及加幂积分算法
12.1.1 快速有限时间理论
12.1.2 加幂积分算法
12.1.3 快速加幂积分算法
12.2 基于快速加幂积分控制的遥操作系统设计原理
12.2.1 问题描述
12.2.2 控制器设计
12.3 基于快速加幂积分控制的遥操作系统仿真
12.3.1 遥操作仿真实验平台搭建
12.3.2 仿真实验描述及设置
12.4 运行结果
第13章 轨迹规划
13.1 关节空间中轨迹规划的步骤
13.2 采用三次多项式插值函数进行轨迹规划
13.2.1 采用三次多项式插值函数进行无中间点的轨迹规划
13.2.2 案例1——使用MATLAB实现采用三次多项式插值函数进行轨迹规划
13.2.3 案例2——采用三次多项式插值函数进行轨迹规划计算示例
13.2.4 采用三次多项式插值函数进行有中间点的轨迹规划
13.2.5 案例3——在MATLAB中采用三次多项式插值函数进行含多个中间点的轨迹规划
13.3 采用高阶多项式插值函数进行轨迹规划及其案例
13.3.1 采用高阶多项式插值函数进行轨迹规划
13.3.2 案例——在MATLAB中采用五次多项式插值函数进行轨迹规划
13.4 采用带有抛物线过渡域的线性轨迹插值函数进行轨迹规划
13.4.1 采用带有抛物线过渡域的线性轨迹插值函数进行无中间点的轨迹规划
13.4.2 采用带有抛物线过渡域的线性轨迹插值函数进行有中间点的轨迹规划
13.4.3 案例——在MATLAB中采用带有抛物线过渡域的线性轨迹插值函数进行轨迹规划
13.5 笛卡儿空间中的轨迹规划步骤
13.6 直线轨迹规划
13.6.1 对位置p的三个分量直接进行插补
13.6.2 利用驱动函数D(λ)进行插补
13.6.3 案例——对位置直接进行插补
13.7 笛卡儿空间中圆弧轨迹规划
13.7.1 平面圆弧
13.7.2 空间圆弧
13.8 笛卡儿空间中样条轨迹规划
13.8.1 三次样条插补步骤
13.8.2 案例——使用MATLAB实现在笛卡儿空间中的三次样条轨迹规划
13.9 笛卡儿路径规划的几何问题
13.9.1 规划的轨迹无法到达中间点
13.9.2 规划的轨迹在奇异点附近关节速度增大
13.9.3 规划的轨迹起始点和终止点有不同的解
第14章 UR机器人编程控制
14.1 UR机器人示教器
14.2 UR机器人使用入门及初始化设置
14.2.1 UR机器人图形用户界面简介
14.2.2 初始化设置
14.3 屏幕编辑器
14.3.1 屏幕表达式编辑器
14.3.2 位姿编辑器
14.4 机器人控制
14.4.1 “移动”选项卡
14.4.2 “I/O”选项卡
14.4.3 “自动移动”选项卡
14.5 编程入门
14.6 编程实例
14.6.1 顺序结构
14.6.2 循环结构
14.6.3 选择结构
14.7 UR机器人编程综合应用案例
第三篇 机器人仿真设计与实验
第15章 机器人控制仿真设计与实验
15.1 实验项目1——二自由度机器人运动学实验
15.2 实验项目2——UR5机器人运动学实验
15.3 实验项目3——二自由度机器人动力学实验
15.4 实验项目4——二自由度机器人PID控制实验
15.5 实验项目5——四自由度机器人QArm的PID控制实验
15.6 实验项目6——UR机器人编程与仿真实验
参考文献
