机器人建模与控制

简介

contents

目录
译者序
前言
第1章导论
1.1机器人的数学模型
1.1.1机器人的符号表示
1.1.2位形空间
1.1.3状态空间
1.1.4工作空间
1.2机器人作为一种机械装置
1.2.1机器人机械臂的分类
1.2.2机器人系统
1.2.3精度和重复精度
1.2.4手腕和末端执行器
1.3常见的运动学配置
1.3.1关节型机械臂（RRR）
1.3.2球坐标机械臂（RRP）
1.3.3SCARA型机械臂（RRP）
1.3.4圆柱型机械臂（RPP）
1.3.5笛卡儿型机械臂（PPP）
1.3.6并联机械臂
1.4本书概要
习题
附注与参考
第2章刚性运动和齐次变换
2.1位置的表示方法
2.2旋转的表示方法
2.2.1平面内的旋转
2.2.2三维空间内的旋转
2.3旋转变换
2.3.1相似变换
2.4旋转的叠加
2.4.1相对于当前坐标系的旋转
2.4.2相对于固定坐标系的旋转
2.4.3旋转变换的叠加定律
2.5旋转的参数化
2.5.1欧拉角
2.5.2滚动角、俯仰角和偏航角
2.5.3转轴／角度表示
2.6刚性运动
2.7齐次变换
2.8本章总结
习题
附注与参考
第3章正运动学和逆运动学
3.1运动链
3.2Denavit—Hartenberg约定
3.2.1存在和唯 一性问题
3.2.2坐标系的配置
3.2.3实例
3.3逆运动学
3.3.1一般的逆运动学问题
3.3.2运动解耦
3.3.3逆向位置：一种几何方法
3.3.4关节型位形
3.3.5球坐标型位形
3.3.6逆向姿态
3.4本章总结
习题
附注与参考
第4章速度运动学——雅可比矩阵
4.1角速度：固定转轴情形
4.2反对称矩阵
4.2.1反对称矩阵的性质
4.2.2旋转矩阵的导数
4.3角速度：一般情况
4.4角速度求和
4.5移动坐标系上点的线速度
4.6雅可比矩阵的推导
4.6.1角速度
4.6.2线速度
4.6.3线速度和角速度雅可比矩阵的叠加
4.7工具速度
4.8分析雅可比矩阵
4.9奇点
4.9.1奇点解耦
4.9.2手腕奇点
4.9.3手臂奇点
4.10静态力／力矩关系
4.11逆速度和加速度
4.12可操作性
4.13本章总结
习题
附注与参考
第5章路径和轨迹规划
5.1位形空间
5.2基于势场的路径规划
5.2.1引力场
5.2.2斥力场
5.2.3将工作空间力映射到关节力矩
5.2.4梯度下降规划
5.3逃离局部最小值
5.4概率路线图方法
5.4.1位形空间内的采样
5.4.2连接位形对
5.4.3增强
5.4.4路径光滑化
5.5轨迹规划
5.5.1点到点运动的轨迹
5.5.2通过中间点确定的轨迹
5.6本章总结
习题
附注与参考
第6章独立关节控制
6.1驱动器的动力学
6.2独立关节模型
6.3设定点跟踪
6.3.1比例—微分补偿控制器
6.3.2比例—积分—微分补偿控制器
6.3.3饱和与柔性的影响
6.4前馈控制
6.5传动系统的动力学
6.6状态空间设计
6.6.1状态反馈控制
6.6.2观测器
6.7本章总结
习题
附注与参考
第7章动力学
7.1欧拉—拉格朗日方程
7.1.1动机
7.1.2完整约束和虚功
7.1.3达朗贝尔原理
7.2动能和势能
7.2.1惯性张量
7.2.2n—连杆机器人的动能
7.2.3n—连杆机器人的势能
7.3运动方程
7.4一些常见位形
7.5机器人动力学方程的性质
7.5.1反对称性和无源性
7.5.2惯性矩阵的界限
7.5.3参数的线性化
7.6牛顿—欧拉方法
7.6.1重温平面肘型机械臂
7.7本章总结
习题
附注与参考
第8章多变量控制
8.1重温PD控制
8.1.1关节柔性的影响
8.2逆动力学
8.2.1关节空间内的逆动力学
8.2.2任务空间内的逆动力学
8.3鲁棒和自适应运动控制
8.3.1鲁棒逆运动学
8.3.2自适应逆运动学
8.4基于无源性的运动控制
8.4.1基于无源性的鲁棒控制
8.4.2基于无源性的自适应控制
8.5本章总结
习题
附注与参考
第9章力控制
9.1坐标系和约束
9.1.1对偶基
9.1.2自然约束和人工约束
9.2网络模型和阻抗
9.2.1阻抗操作符
9.2.2阻抗操作符的分类
9.2.3戴维南和诺顿等效
9.3任务空间内的动力学和控制
9.3.1任务空间内的动力学
9.3.2阻抗控制
9.3.3混合阻抗控制
9.4本章总结
习题
附注与参考
第10章几何非线性控制
10.1背景介绍
10.1.1流形、向量场和分布
10.1.2弗罗贝尼乌斯定理
10.2反馈线性化
10.3单输入系统
10.4n—连杆机器人的反馈线性化
10.5非完整系统
10.5.1对合和完整性
10.5.2无碛控制系统
10.5.3非完整系统实例
10.6周氏定理
10.7无碛系统的控制
10.8本章总结
习题
附注与参考
第11章计算机视觉
11.1成像几何
11.1.1相机坐标系
11.1.2透视投影
11.1.3成像平面和传感器阵列
11.2相机标定
11.2.1相机的外部参数
11.2.2相机的内部参数
11.2.3确定相机参数
11.3阈值分割
11.3.1简略的统计回顾
11.3.2自动选择阈值
11.4连通区域
11.5位置和方向
11.5.1图像矩
11.5.2物体的质心和中心矩
11.5.3物体的方向
11.6本章总结
习题
附注与参考
第12章基于视觉的控制
12.1设计要点
12.1.1相机位形
12.1.2基于图像的方法与基于位置的方法
12.2相机运动和交互作用矩阵
12.3点特征的交互作用矩阵
12.3.1固定点相对于移动相机的速度
12.3.2构建交互作用矩阵
12.3.3点间交互作用矩阵的性质
12.3.4多点的交互作用矩阵
12.4基于图像的控制律
12.4.1计算相机运动
12.4.2比例控制方案
12.4.3基于图像的视觉伺服系统的表现
12.5末端执行器和相机的运动
12.6划分方法
12.7运动感知
12.8本章总结
习题
附注与参考
附录A三角函数
附录B线性代数
附录C动态系统
附录D李雅普诺夫稳定性
参考文献
索引